脉宽调制

脉宽调制 (PWM) 使用数字信号来控制电源应用，并且使用最少的硬件就可以很容易地转换回模拟信号。

模拟系统，例如线性电源，往往会产生大量热量，因为它们基本上是承载大量电流的可变电阻器。数字系统通常不会产生那么多热量。开关设备产生的几乎所有热量都在转换期间（很快完成），而设备既不是打开也不是关闭，而是介于两者之间。这是因为幂遵循以下公式：

P =E I，或瓦特 =电压 X 电流

如果电压或电流接近零，那么功率将接近零。 PWM 充分利用了这一事实。

PWM 可以具有模拟控制系统的许多特性，即数字信号可以自由运行。 PWM 不必捕获数据，尽管高端控制器有例外。

工作周期

任何方波的参数之一是占空比。大多数方波是 50%，这是讨论它们时的标准，但它们不必是对称的。 ON时间可以在信号关闭到完全打开之间、0%到100%之间以及两者之间的所有范围内完全变化。

下面显示的是 10%、50% 和 90% 占空比的示例。虽然每个频率相同，但这不是必需的。

PWM 流行的原因很简单。许多负载，例如电阻器，将功率集成为与百分比匹配的数字。转换为其模拟等效值很简单。 LED 对电流的响应非常非线性，给 LED 一半的额定电流，您仍然可以获得 LED 可以产生的一半以上的光。使用 PWM，LED 产生的光级非常线性。稍后将介绍的电机对 PWM 也非常敏感。

产生 PWM 的几种方法之一是使用锯齿波和比较器。如下图所示，锯齿波（或三角波）不需要对称，但波形的线性度很重要。锯齿波的频率就是信号的采样率。

如果不涉及任何计算，PWM 会很快。限制因素是比较器的频率响应。这可能不是问题，因为很多用途的速度都相当低。一些微控制器内置 PWM，可以按需记录或创建信号。

PWM 的用途千差万别。它是 D 类音频放大器的核心，通过增加电压来增加最大输出，并通过选择超出人类听觉的频率（通常为 44Khz）可以使用 PWM。扬声器不响应高频而是复制低频，即音频信号。更高的采样率可用于获得更好的保真度，100Khz 或更高的频率并非闻所未闻。

另一个流行的应用是电机速度控制。电机作为一类需要非常高的电流才能运行。能够通过 PWM 改变它们的速度可以将整个系统的效率提高很多。 PWM 在低 RPM 下控制电机速度比线性方法更有效。

H 桥

PWM 通常与 H 桥结合使用。这种配置之所以如此命名是因为它类似于字母 H，并且允许负载两端的有效电压加倍，因为电源可以在负载的两侧切换。对于电感负载，例如电机，二极管用于抑制可能损坏晶体管的电感尖峰。电机中的电感也倾向于抑制波形的高频分量。此配置也可用于 D 类音频放大器的扬声器。

虽然基本准确，但这个 H 桥的原理图有一个严重的缺陷，在 MOSFET 之间转换时，顶部和底部的晶体管可能会同时开启，并且将首当其冲地受到电源所能提供的影响。这种情况称为直通 并且可能发生在 H 桥中使用的任何类型的晶体管上。如果电源足够强大，晶体管将无法生存。它是通过在晶体管前面使用驱动器来处理的，这些驱动器允许一个在允许另一个打开之前关闭。

开关电源

开关电源 (SMPS) 也可以使用 PWM，但也存在其他方法。在主要开关组件之后添加使用电感器和电容器中存储的功率的拓扑可以将这些设备的效率提高到相当高的水平，在某些情况下超过 90%。下面是这种配置的一个例子。

在这种情况下，效率以瓦数来衡量。如果您有一个效率为 90% 的 SMPS，并且它以 10 安培将 12VDC 转换为 5VDC，则 12V 侧将拉动大约 4.6 安培。未计入的 10%（5 瓦）将显示为废热。虽然噪音稍大，但这种类型的稳压器会比线性稳压器运行时温度低得多。

相关工作表：

• 设计项目：脉宽调制 (PWM) 信号发生器工作表

• 信号调制工作表