调制是一种非线性电气过程，其中一个信号（载波）的参数使用另一个信号（调制、信息）来改变。在通信技术中，频率、幅度和相位调制被广泛使用。在电力电子和微处理器技术中，脉宽调制已变得普遍。
什么是 PWM（脉冲宽度调制）
对原始信号进行脉宽调制后，原始信号的幅度、频率和相位保持不变。矩形脉冲的持续时间（宽度）在信息信号的作用下会发生变化。在英文技术文献中，缩写为 PWM——脉冲宽度调制。
PWM 的工作原理
脉宽调制信号以两种方式形成：
- 模拟;
- 数字的。
使用创建 PWM 信号的模拟方法，将锯齿或三角信号形式的载波馈送到反相器 比较器输入, 和信息 - 关于非反相。如果瞬时载波电平高于调制信号，则比较器的输出为零，如果低于 - 1。输出是一个离散信号，其频率与载波三角形或锯齿的频率相对应，脉冲长度与调制电压的电平成正比。
例如，三角信号的脉宽调制是线性增加的。输出脉冲的持续时间与输出信号的电平成正比。
模拟 PWM 控制器也以现成的微电路的形式提供，其中安装了比较器和载波生成电路。有用于连接外部频率设置元件和提供信息信号的输入。从输出中删除一个控制强大外键的信号。还有用于反馈的输入——它们是维持设定的控制参数所必需的。例如，TL494 芯片就是这样。对于消费者功率相对较小的情况，可以使用带有内置按键的 PWM 控制器。 LM2596 微电路的内部密钥专为高达 3 安培的电流而设计。
数字方法是使用专门的微电路或微处理器执行的。脉冲长度由内部程序控制。许多微控制器，包括流行的 PIC 和 AVR，都有一个内置模块，用于“板载”硬件实现 PWM，要接收 PWM 信号，您需要激活模块并设置其操作参数。如果没有这样的模块，那么PWM可以纯粹通过软件来组织，这并不难。这种方法通过灵活使用输出提供更多的权力和自由，但使用更多的控制器资源。
PWM 信号的特性
PWM信号的重要特征是：
- 幅度（U）；
- 频率（f）；
- 占空比 (S) 或占空比 D。
根据负载设置以伏特为单位的幅度。它必须提供消费者的额定电源电压。
脉冲宽度调制的信号频率从以下考虑中选择：
- 频率越高，控制精度越高。
- 频率不能低于 PWM 控制的设备的响应时间，否则会出现明显的受控参数纹波。
- 频率越高，开关损耗越大。这是因为密钥的切换时间是有限的。在锁定状态下，关键元件上的所有电源电压都会下降，但几乎没有电流。在打开状态下，满载电流流过按键，但电压降很小，因为通过电阻为几欧姆。在这两种情况下，功耗都可以忽略不计。从一种状态到另一种状态的转变发生得很快，但不会立即发生。在解锁-锁定过程中，部分打开的元件上会出现很大的电压降，同时有很大的电流流过它。此时，耗散功率达到高值。这段时间很短，关键还没来得及显着热身。但是随着每单位时间这种时间间隔的频率增加，它变得更多，并且热损失增加。因此，要构建密钥，使用快速元素很重要。
- 开车时 电动马达 频率必须远离人可听到的区域 - 25 kHz 及以上。因为在较低的 PWM 频率下，会出现令人不快的哨声。
这些要求往往相互冲突，因此在某些情况下频率的选择是一种折衷。
调制值表征占空比。由于脉冲重复率是恒定的，周期的持续时间也是恒定的（T=1/f）。周期由一个脉冲和一个暂停组成，其持续时间分别为 t小鬼 和T停顿， 和T小鬼+t停顿=T。占空比是脉冲持续时间与周期的比值 - S \u003d t小鬼/T。但实际上使用倒数更方便 - 填充因子：D=1/S=T/t小鬼.将填充因子表示为百分比更为方便。
PWM和SIR有什么区别
在国外的技术文献中，脉宽调制和脉宽调节（PWR）没有区别。俄罗斯专家正试图区分这些概念。其实PWM是一种调制方式，即载波信号在另一种影响下的变化，调制一个。载波信号充当信息的载体，调制信号设置此信息。而脉冲宽度调节是使用 PWM 来调节负载模式。
PWM的原因及应用
脉宽调制的原理用于 强大的异步电动机的速度控制器.在这种情况下，可调频率调制信号（单相或三相）由小功率正弦波发生器产生并以模拟方式叠加在载波上。输出是一个 PWM 信号，它被馈送到所需功率的按键。然后，您可以通过低通滤波器（例如，通过简单的 RC 电路）将得到的脉冲序列传递，并选择原始正弦波。或者您可以不使用它 - 由于发动机的惯性，过滤会自然发生。显然，载波频率越高，输出波形越接近原始正弦波。
一个自然的问题出现了——为什么不可能立即放大发生器的信号，例如， 使用强大的晶体管?因为以线性模式运行的调节元件将在负载和按键之间重新分配功率。在这种情况下，大量的功率被浪费在关键元件上。如果一个强大的控制元件在按键模式下运行（三极管、三端双向可控硅开关、RGBT 晶体管），那么功率会随着时间的推移而分布。损失会低得多，效率会高得多。
在数字技术中，没有特别的替代脉冲宽度调节的方法。那里的信号幅度是恒定的，电压和电流只能通过沿脉冲宽度调制载波并随后对其进行平均来改变。因此，PWM被用来调节那些可以平均脉冲信号的物体上的电压和电流。平均以不同的方式发生：
- 由于负载惯性。因此，热电加热器和白炽灯的热惯性允许受调节的物体在脉冲之间的暂停中不会显着冷却。
- 由于感知的惯性。 LED 有时间从一个脉冲到另一个脉冲熄灭，但人眼不会注意到这一点，而是将其视为具有不同强度的恒定发光。此原理用于控制 LED 显示器的点的亮度。但是仍然存在频率为数百赫兹的难以察觉的眨眼，并导致眼睛疲劳。
- 由于机械惯性。此属性用于有刷直流电机的控制。使用正确选择的调节频率，电机没有时间在停顿中减速。
因此，PWM 用于电压或电流的平均值起决定性作用的地方。除了提到的常见情况外，PWM 方法还调节焊机和电池充电器等的平均电流。
如果不可能进行自然平均，在许多情况下，这个角色可以由已经提到的低通滤波器（低通滤波器) 以 RC 链的形式。出于实际目的，这已经足够了，但必须了解，使用低通滤波器不可能将原始信号与 PWM 隔离而不会失真。毕竟，PWM 频谱包含无限数量的谐波，这些谐波不可避免地会落入滤波器的通带。因此，人们不应该对重建的正弦曲线的形状产生幻想。
非常高效和有效的 PWM RGB LED 控制。该器件具有三个 p-n 结 - 红色、蓝色、绿色。通过分别改变每个通道的发光亮度，您可以获得几乎任何颜色的 LED 发光（纯白色除外）。使用 PWM 创建照明效果的可能性是无穷无尽的。
脉宽调制数字信号最常见的应用是控制流过负载的平均电流或电压。但是这种调制类型的非标准使用也是可能的。这一切都取决于开发人员的想象力。
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