聽我一句勸，PWM波你把握不住

PWM有著非常廣泛的應用，比如直流電機的無極調(diào)速，開關(guān)電源、逆變器等等，個人認為，要充分理解或掌握模擬電路、且有所突破，很有必要吃透這三個知識點：

• PWM

• 電感

• 紋波

PWM是一種技術(shù)手段，PWM波是在這種技術(shù)手段控制下的脈沖波，如果你不理解是把握不住PWM波的！

如下圖所示，這種比喻很形象也很恰當，希望對學習的朋友有所幫助與啟發(fā)。

PWM全稱Pulse Width Modulation：脈沖寬度調(diào)制（簡稱脈寬調(diào)制，通俗的講就是調(diào)節(jié)脈沖的寬度），是電子電力應用中非常重要的一種控制技術(shù)，在理解TA之前我們先來了解幾個概念 。

理解PWM可以參考這些文章怎么把PWM信號轉(zhuǎn)為模擬量淺析PWM控制電機轉(zhuǎn)速的原理PWM原理及其應用

脈沖波的基本信息如下圖所示：

• 脈沖周期T：單位是時間，比如納秒ns、微妙μs、毫秒ms等；

• 脈沖頻率f：單位是赫茲Hz、千赫茲kHz等，與脈沖周期成倒數(shù)關(guān)系，即f=1/T；

• 脈沖寬度W：簡稱脈寬，是脈沖高電平持續(xù)的時間，單位是時間，比如納秒ns、微妙μs、毫秒ms等；

• 占空比D：脈寬除以脈沖周期得到的值，百分數(shù)表示，比如50%，也常有小數(shù)或分數(shù)表示的，比如0.5或1/2。

以上之間的關(guān)系如下圖所列的公式：

工程應用中的PWM波是幅值、周期（或頻率）不變，脈寬（或占空比）可調(diào)的脈沖波，接下來我們來認清該PWM波到底是什么，TA隱藏著什么思想？

當我們想要控制一個直流電機的轉(zhuǎn)速，我們可以通過改變其兩端電壓即可，但是該種方法有很大的局限性，可調(diào)直流電源構(gòu)造復雜、成本高昂，應用起來很不現(xiàn)實。

所以我們采用另外的控制方式：電壓源→驅(qū)動器→直流電機，電壓源提供直流電壓，不同的驅(qū)動器控制不同的直流電機，應用非常靈活，其中驅(qū)動器對電機的調(diào)速控制就是利用PWM。

可調(diào)直流電源控制與PWM控制都是能調(diào)速的，那么它們有什么相同之處呢？

如下圖，電機為某相同轉(zhuǎn)速時，紅色代表驅(qū)動器輸出幅值不變的PWM波，藍色代表可調(diào)直流電源輸出的電壓，兩者都是直接作用到負載。

由以上得知：

當PWM波的占空比越大時，所對應的直流電壓與PWM波的幅值越接近；反之與0V越接近。

周期的紅色PWM波脈寬下的矩形面積之和與藍色直流電壓的面積相等，即伏秒積相等：

U紅(幅值) × ton = U藍 × T

兩端同時除以T，得到如下關(guān)系式：

U紅(幅值) × 占空比 = U藍

例如當PWM波的幅值為24V，占空比為50%時，與直流電壓12V作用到電機上所產(chǎn)生的效果是一模一樣的，即速度相同，即24V×50%=12V。

另外，既然滿足這個關(guān)系，那PWM波的頻率是不是可以隨意了，答案當然不是，頻率太低會導致電機運轉(zhuǎn)不暢，振動大，噪音大；頻率太高會導致驅(qū)動器開關(guān)損耗較大，甚至有電機會嘯叫而不轉(zhuǎn)的情況。

一般1k~30k的PWM頻率較為普遍，幾百Hz的也有，實際上還是根據(jù)電機功率在測試時確定合適的PWM頻率范圍為宜。

如下圖為實物測試，脈寬在變化，周期不變的PWM波。

所加負載如下圖，為PWM控制電機調(diào)速實物測試，有刷直流電機的PWM無極調(diào)速，其中LED是并聯(lián)在電機輸入端的，其亮弱反映電機速度的變化。

要點：

• PWM波其實就是一種脈寬可連續(xù)調(diào)節(jié)的矩形脈沖波；

• 占空比其實就是描述脈寬與脈沖周期的比值，是量化值，便于分析研究，當我們用占空比來表達時，對脈寬就不那么關(guān)心了；

• 占空比調(diào)節(jié)就是脈寬調(diào)節(jié)，表達不一樣，但本質(zhì)是一樣的；

• PWM波滿足伏秒積計算：U紅(幅值) × 占空比 = U藍，作用效果與直流電壓一樣。