什么是PWM，如何测量

PWM代表脉冲宽度调制，表示可能由特定源（如离散IC、MCU或晶体管电路）产生的脉冲宽度的可变性质。

什么是PWM

简单地说，PWM过程就是以不同的ON/OFF定时比以特定的速率开关电源电压，这里开关电压的ON长度可能更大，更小，或等于开关的OFF长度。

例如，PWM可能包含一个固定的电压，以2秒ON 1秒OFF、1秒ON 2秒OFF或1秒ON 1秒OFF的速率开关ON和OFF。

当电源电压的ON/OFF率不同地优化时，我们说电压是PWM或脉宽调制。

大家一定都很熟悉恒定的直流电势是如何在电压v/s时间图上出现的，如下图所示:

在上面的图像中，我们可以看到一条直线在9V电平，这是实现的，因为9V电平不随时间变化，因此我们可以看到一条直线。

现在，如果这个9V每隔1秒就打开和关闭，那么上面的图表会是这样的:

我们可以清楚的看到现在的9V线在每一秒之后不再是一个直线的块形式的额定，因为9V在每一秒之后交替的开关ON和OFF。

上述轨迹看起来像矩形块，因为当9V接通和断开时，操作是瞬间的，这会使9V突然变为零电平，然后突然变为9V电平，从而在图形上形成矩形。

上述条件产生脉动电压，该电压有两个待测量参数，即：峰值电压和平均电压或RMS电压。

峰值和平均电压

在第一个图像中，峰值电压显然是9V，平均电压也是9V，这仅仅是因为电压是恒定的，没有任何中断。

然而，在第二幅图像中，尽管电压以1hz的频率开/关(1秒ON, 1秒OFF)，峰值仍然等于9V，因为在ON期间峰值总是达到9V标记。但这里的平均电压不是9V，而是4.5V，因为电压的形成和断开是以50%的速率完成的。

在PWM讨论中，该开/关速率称为PWM的占空比，因此在上述情况下为50%占空比。

当你用数字万用表在直流范围上测量PWM时，你总是会得到仪表上的平均值读数。

新爱好者经常对这个读数感到困惑，并把它当作峰值，这是完全错误的。

如上所述，PWM的峰值基本上等于馈送到电路的电源电压，而电表上的平均电压将是PWMs的开/关周期的平均值。

PWM开关Mosfet

所以如果你用PWM开关mosfet，发现门电压是，比如说3V，不要惊慌，因为这可能只是仪表显示的平均电压，峰值电压可能和电路的供电电压一样高。

因此，可以预期的mosfet是良好的，完全通过这些峰值和平均电压将只影响其传导周期，而不是器件的开关规格。

正如我们在前几节中讨论的，PWM从根本上涉及到脉冲宽度的变化，换句话说，直流的开和关周期。

让我们举个例子，你想要一个PWM输出的ON时间比ON时间少50%。

假设选择的接通时间为1/2秒，则断开时间等于1秒，这将产生1/2秒接通和1秒断开的占空比，如下图所示。

PWM占空比分析

在这个例子中，pwm经过优化，峰值电压为9V，但平均电压为3.15V，因为开启时间仅为一个完整开/关周期的35%。

一个完整的周期是指允许给定脉冲完成其一个完整的开启时间和一个关闭时间的时间段。

类似地，可以使用以下数据优化频率的脉冲宽度：

这里可以看到，在一个完整的周期中，ON时间比OFF时间增加了65%，因此这里电压的平均值变成了5.85V。

上述平均电压也称为电压的RMS或均方根值。

由于这些都是矩形或方形脉冲，均方根可以简单地通过占空比百分比与峰值电压相乘来计算。

优化PWM模拟正弦波

然而，在PWM优化模拟交流脉冲的情况下，有效值的计算变得有点复杂。

让我们以下面的PWM为例，该PWM经过优化，可根据正弦交流信号的变化幅度或电平改变其宽度。

您可以通过我之前的一篇文章了解更多信息，在这篇文章中，我已经解释了如何将IC 555用于产生正弦波等效PWM输出.

正如我们在上面的图像中所看到的，脉冲的宽度随正弦波的瞬时电平而变化。当正弦波趋向于达到峰值时，相应的脉冲宽度变得更宽，反之亦然。

使用变频调速

这表明，由于正弦波电压水平随着时间不断变化，PWM也随着时间不断变化，其宽度也不断变化。这种PWM也称为SPWM或正弦波脉宽调制。

因此，在上述情况下，脉冲绝不是恒定的，而是随着时间的不同而改变其宽度。

这使得其RMS或平均值计算有点复杂，我们不能简单地将占空比乘以此处的峰值电压以获得RMS。

尽管推导RMS表达式的实际公式相当复杂，但经过适当的推导之后，最终的实现实际上非常容易。

计算PWM的有效值电压

因此，为了计算响应于正弦波的变化PWM电压的RMS，可通过将峰值电压乘以0.7（常数）来获得。

所以对于一个9V峰值，我们得到9 x 0.7 = 6.3V，这是RMS电压或9V峰值PWM模拟正弦波的平均值。

PWM在电子电路中的作用?

你会发现PWM的概念本质上与
涉及电感的电路设计，尤其是降压-升压拓扑，如逆变器，smp、MPPT、LED驱动电路等。

没有一个电感PWM功能可能没有实际价值或角色在一个给定的电路,这是因为只有一个电感器的固有特性将不同脉宽转换为等量的加强(增加)或下台(逆)电压或电流,这成为整个和唯一的PWM技术。

利用电感的PWM

要了解PWM如何影响电感器输出的电压和电流，首先必须了解电感器在脉动电压影响下的行为。

在我之前的一篇文章中，我解释了降压升压电路如何工作，这是一个经典的例子来说明如何使用PWMs或变化的脉冲宽度来测量电感输出。

众所周知，在“本质上”，电感总是反对突然施加的电压通过它，并只允许它在一定的时间后通过，这取决于它的绕组规格，在这个过程中，它存储了等量的能量。

现在，如果在上述过程中，电压突然关闭，电感再次无法应付这种突然消失的施加电压，并试图通过释放其存储的电流来平衡它。

电感器对PWM的反应

因此，一个电感器将试图通过存储电流来反对电压的接通，并试图通过“踢”回系统的存储能量来响应电压的突然关闭来平衡电压。

这种反冲称为电感器的反电动势，能量（电压、电流）的含量取决于电感器绕组规格。

基本上，匝数决定了EMF的电压是高于电源电压还是低于电源电压，导线的厚度决定了电感器可能产生的电流量。

上面的电感还有另一个方面，那就是电压ON/OFF周期的定时。

这就是PWM的使用变得至关重要的地方。

虽然匝数从根本上决定了一个特定的输出值，但这些也可以根据需要，通过给一个优化的PWM引入一个电感。

通过可变PWM，我们可以强制电感器以任何期望的速率产生/转换电压和电流，无论是作为升压电压（降低的电流），还是作为升压电流（降低的电压），反之亦然。

在某些应用程序中可以使用PWM即使没有一个电感器,比如调光LED灯,或在单片机定时器电路,输出可能优化生成电压在不同的开关,关闭时间控制负荷按其预定的工作规范。