脈衝寬度調製

PWM 或 PWM（脈衝寬度調製）是一種控制負載電源的方法。控制在於以恆定的脈衝重複率改變脈衝持續時間。脈衝寬度調製可用於模擬、數字、二進制和三進制。

脈寬調製的使用可以提高電轉換器的效率，尤其是脈沖轉換器，如今脈沖轉換器構成了各種電子設備二次電源的基礎。在 PWM 的參與下，當今的反激式和正向式單路、推挽式和半橋式以及橋式開關轉換器都受到控制，這也適用於諧振轉換器。

脈衝寬度調製允許您調整手機、智能手機、筆記本電腦液晶顯示屏的背光亮度。 PWM 實現於 焊接機，汽車逆變器，充電器等。今天的每個充電器都在其操作中使用 PWM。

鍵控模式雙極晶體管和場效應晶體管用作現代高頻轉換器中的開關元件。這意味著晶體管的部分時間段完全打開，部分時間段完全關閉。

由於在僅持續數十納秒的瞬態狀態下，開關釋放的功率與開關功率相比較小，因此，開關上以熱量形式釋放的平均功率可以忽略不計。在這種情況下，在閉合狀態下，作為開關的晶體管的電阻很小，其兩端的電壓降接近於零。

在打開狀態下，晶體管的電導率接近於零，電流幾乎不會流過它。這使得創建具有高效率（即熱損失低）的緊湊型轉換器成為可能。 ZCS（零電流開關）諧振轉換器最大限度地減少了這些損耗。

在模擬型 PWM 發生器中，控制信號由模擬比較器生成，例如，當三角波或三極管信號施加到比較器的反相輸入端並且調製連續信號施加到非反相輸入端時。

接收到輸出脈衝 矩形的，它們的重複率等於鋸齒波（或三角波）的頻率，脈沖正部分的持續時間與施加到非反相輸入的調製直流信號電平的時間有關比較器高於饋送到反相輸入端的鋸齒波信號的電平。當鋸齒電壓高於調製信號時，輸出將是脈衝的負部分。

如果將鋸齒波施加到比較器的同相輸入端，調製信號施加到反相輸入端，則當鋸齒波電壓高於調製信號值時，方波輸出脈衝將具有正值應用於反相輸入，負 - 當鋸齒電壓低於調製信號時。模擬 PWM 生成的一個示例是 TL494 芯片，該芯片目前廣泛用於開關電源的構造中。

數字PWM用於二進制數字技術。輸出脈衝也只取兩個值之一（開或關），平均輸出電平接近所需的電平。這裡，鋸齒波信號是使用N位計數器獲得的。

PWM 數字設備也以恆定頻率運行，必然超過受控設備的響應時間，這種方法稱為過採樣。在時鐘邊沿之間，數字 PWM 輸出保持穩定，高或低，具體取決於數字比較器輸出的當前狀態，數字比較器將計數器信號的電平與近似數字信號的電平進行比較。

輸出被計時為具有狀態 1 和 0 的脈衝序列，時鐘的每個狀態可以反轉也可以不反轉。脈衝的頻率與接近信號的電平成正比，連續的單元可以形成更寬、更長的脈衝。

由此產生的可變寬度脈衝將是時鐘週期的倍數，頻率將等於 1 / 2NT，其中 T 是時鐘週期，N 是時鐘週期數。此處可以實現時鐘頻率方面的較低頻率。所描述的數字生成方案是一位或兩級 PWM、脈衝編碼 PCM 調製。

這種兩級脈衝編碼調製本質上是一個頻率為 1/T、寬度為 T 或 0 的脈衝序列。過採樣用於在較長時間段內進行平均。高質量的 PWM 是通過單比特脈衝密集調製實現的，也稱為脈衝頻率調製。

在數字脈寬調製中，充滿週期的矩形子脈衝可以出現在周期的任何地方，然後只有它們的數量影響該週期信號的平均值。因此，如果我們將周期分為 8 個部分，則脈衝組合為 11001100、11110000、11000101、10101010 等。會給出同期平均值，但個別單位讓關鍵三極管的佔空比變重。

談到 PWM，電子學界的名人與機械有類似的類比。如果在發動機可以打開或關閉後用發動機轉動沉重的飛輪，飛輪將旋轉並繼續旋轉或在發動機關閉時由於摩擦而停止。

但是如果發動機每分鐘開啟幾秒鐘，那麼飛輪的轉動就會因為慣性以一定的速度保持下去。並且發動機開啟的時間越長，飛輪的旋轉速度就越高。因此，對於 PWM，輸出信號為開​​和關信號（0 和 1），結果為平均值。通過對脈衝電壓隨時間的積分，我們得到脈衝下的面積，對工作身體的影響將與使用電壓平均值的工作相同。

這就是轉換器的工作原理，其中開關每秒發生數千次，頻率達到兆赫茲單位。專用PWM控制器廣泛用於控制節能燈鎮流器、電源、 電機變頻器 ETC。

脈衝週期的總持續時間與導通時間（脈衝的正部分）之比稱為佔空比。因此，如果開啟時間為 10 μs，週期持續 100 μs，則在 10 kHz 的頻率下，佔空比將為 10，他們寫為 S = 10。反向佔空比稱為佔空比週期，英文 Duty cycle 或簡稱 DC。

因此，對於給定的示例，DC = 0.1 因為 10/100 = 0.1。使用脈寬調製，通過調整脈衝的佔空比，即通過改變直流電流，可以在電子或其他電氣設備（例如電動機）的輸出端獲得所需的平均值。