脉冲宽度调制

PWM 或 PWM（脉冲宽度调制）是一种控制负载电源的方法。控制在于以恒定的脉冲重复率改变脉冲持续时间。脉冲宽度调制可用于模拟、数字、二进制和三进制。

脉宽调制的使用可以提高电转换器的效率，尤其是脉冲转换器，如今脉冲转换器构成了各种电子设备二次电源的基础。在 PWM 的参与下，当今的反激式和正向式单路、推挽式和半桥式以及桥式开关转换器都受到控制，这也适用于谐振转换器。

脉冲宽度调制允许您调整手机、智能手机、笔记本电脑液晶显示屏的背光亮度。 PWM 实现于 焊接机，汽车逆变器，充电器等。今天的每个充电器都在其操作中使用 PWM。

键控模式双极晶体管和场效应晶体管用作现代高频转换器中的开关元件。这意味着晶体管的部分时间段完全打开，部分时间段完全关闭。

由于在仅持续数十纳秒的瞬态状态下，开关释放的功率与开关功率相比较小，因此，开关上以热量形式释放的平均功率可以忽略不计。在这种情况下，在闭合状态下，作为开关的晶体管的电阻很小，其两端的电压降接近于零。

在开路状态下，晶体管的电导率接近于零，电流几乎不会流过它。这使得创建具有高效率（即热损失低）的紧凑型转换器成为可能。 ZCS（零电流开关）谐振转换器最大限度地减少了这些损耗。

在模拟型 PWM 发生器中，控制信号由模拟比较器生成，例如，当三角波或三极管信号施加到比较器的反相输入端并且调制连续信号施加到非反相输入端时。

接收到输出脉冲 矩形的，它们的重复率等于锯齿波（或三角波）的频率，脉冲正部分的持续时间与施加到非反相输入的调制直流信号电平的时间有关比较器高于馈送到反相输入端的锯齿波信号的电平。当锯齿电压高于调制信号时，输出将是脉冲的负部分。

如果将锯齿波施加到比较器的同相输入端，调制信号施加到反相输入端，则当锯齿波电压高于调制信号值时，方波输出脉冲将具有正值应用于反相输入，负 - 当锯齿电压低于调制信号时。模拟 PWM 生成的一个示例是 TL494 芯片，该芯片目前广泛用于开关电源的构造中。

数字PWM用于二进制数字技术。输出脉冲也只取两个值（开或关）之一，平均输出电平接近所需的电平。这里，锯齿波信号是使用N位计数器获得的。

PWM 数字设备也以恒定频率运行，必然超过受控设备的响应时间，这种方法称为过采样。在时钟边沿之间，数字 PWM 输出保持稳定，高或低，具体取决于数字比较器输出的当前状态，数字比较器将计数器信号的电平与近似数字信号的电平进行比较。

输出被计时为具有状态 1 和 0 的脉冲序列，时钟的每个状态可以反转也可以不反转。脉冲的频率与接近信号的电平成正比，连续的单元可以形成更宽、更长的脉冲。

由此产生的可变宽度脉冲将是时钟周期的倍数，频率将等于 1 / 2NT，其中 T 是时钟周期，N 是时钟周期数。此处可以实现时钟频率方面的较低频率。所描述的数字生成方案是一位或两级 PWM、脉冲编码 PCM 调制。

这种两级脉冲编码调制本质上是一个频率为 1/T、宽度为 T 或 0 的脉冲序列。过采样用于在较长时间段内进行平均。高质量的 PWM 是通过单比特脉冲密集调制实现的，也称为脉冲频率调制。

在数字脉宽调制中，充满周期的矩形子脉冲可以出现在周期的任何地方，然后只有它们的数量影响该周期信号的平均值。因此，如果我们将周期分为 8 个部分，则脉冲组合为 11001100、11110000、11000101、10101010 等。会给出同期平均值，但个别单位让关键三极管的占空比变重。

谈到 PWM，电子学界的名人与机械有类似的类比。如果在发动机可以打开或关闭后用发动机转动沉重的飞轮，飞轮将旋转并继续旋转或在发动机关闭时由于摩擦而停止。

但是如果发动机每分钟开启几秒钟，那么飞轮的转动就会因为惯性以一定的速度保持下去。并且发动机开启的时间越长，飞轮的旋转速度就越高。因此，对于 PWM，输出信号为开和关信号（0 和 1），结果为平均值。通过对脉冲电压随时间的积分，我们得到脉冲下的面积，对工作身体的影响将与使用电压平均值的工作相同。

这就是转换器的工作原理，其中开关每秒发生数千次，频率达到兆赫兹单位。专用PWM控制器广泛用于控制节能灯镇流器、电源、 电机变频器 ETC。

脉冲周期的总持续时间与导通时间（脉冲的正部分）之比称为占空比。因此，如果开启时间为 10 μs，周期持续 100 μs，则在 10 kHz 的频率下，占空比将为 10，他们写为 S = 10。反向占空比称为占空比周期，英文 Duty cycle 或简称 DC。

因此，对于给定的示例，DC = 0.1 因为 10/100 = 0.1。使用脉宽调制，通过调整脉冲的占空比，即通过改变直流电流，可以在电子或其他电气设备（例如电动机）的输出端获得所需的平均值。