什么是PWM:脉冲宽度调制

在电路中常常会见到诸如逆变器、转换器、SMPS电路和速度控制器等电路,在这些电路中,有一个共同点,那就是它们都包含了许多的电子开关。这些开关其实是一些具体的电子元件,如MOSFET、IGBT、TRIAC等。为了控制这些电子元件,我们通常使用一种叫做PWM的信号(脉冲宽度调制)。实际运用中,PWM信号常被用于驱动伺服电机以及一些具体的场景,如控制LED的亮度。PWM信号通常是完全相反的两种电平信号。在本文中,我们将了解PWM以及与之相关的一些参数,以便我们在后续的能够很好的使用它们。

脉冲宽度调制信号波形图

什么是PWM(脉冲宽度调制)?

PWM表示脉冲宽度调制,现在我们先将PWM理解为一种信号,它可以从微控制器或555定时器等数字集成电路中产生,它是一系列脉冲,这些脉冲将以方波的形式出现。也就是说,在任何给定的时间点,波型要么是高电平或者是低电平。为了便于理解,让我们假设有一个5V的PWM信号,高电平时PWM信号电压是5V,低电平时PWM信号是0V。信号保持在高电平的持续时间称为“接通时间”,信号保持在低电平的持续时间称为“断开时间”。对于PWM信号我们需要关注两个与之相关的重要参数,一个是PWM占空比,另一个是PWM信号的频率。

PWM的占空比

如前面所述,PWM信号在特定的时间内保持接通状态,然后在剩余的时间内保持断开状态。占空比是指在一个脉冲循环内,接通时间相对于总时间所占的比例。在一段连续工作时间内脉冲高电平时间与总时间的比值。如果信号总是处于高电平,它的占空比是百分之百;如果信号总是处于低电平,那么它的占空比是0%。计算占空比的公式如下所示:

占空比 =接通时间 / (接通时间 + 断开时间)

下图显示了一个具有50%占空比的PWM信号。正如您所看到的,PWM信号只在一半的时间内保持接通状态。

PWM信号的占空比

也就是说,通过控制从0%到100%的占空比,我们可以控制PWM信号的“接通时间”,从而控制信号的宽度。由于我们可以通过调节脉冲信号的宽度控制接通时间,所以将这种控制方式称为“脉冲宽度调制”。

PWM频率

PWM信号的频率决定了PWM完成一个信号周期的速度。周期是指PWM信号完成一个接通和关闭的时间。计算频率的公式如下所示

频率 = 1 / 总持续时间
总持续时间 = 接通时间 + 断开时间

通常,微控制器产生的PWM信号在500HZ左右,这样的高频率信号可被用于高速开关元件,如逆变器或转换器。但并不是所有的元器件都需要高频率。例如,为了控制伺服电机,我们需要用50HZ的频率来产生PWM信号,PWM信号的频率也可以通过所有微控制器的程序来控制。

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