調製是一種非線性電氣過程，其中一個信號（載波）的參數使用另一個信號（調製、信息）來改變。在通信技術中，頻率、幅度和相位調製被廣泛使用。在電力電子和微處理器技術中，脈寬調製已變得普遍。
什麼是 PWM（脈衝寬度調製）
對原始信號進行脈寬調製後，原始信號的幅度、頻率和相位保持不變。矩形脈衝的持續時間（寬度）在信息信號的作用下會發生變化。在英文技術文獻中，縮寫為 PWM——脈衝寬度調製。
PWM 的工作原理
脈寬調製信號以兩種方式形成：
- 模擬;
- 數字的。
使用創建 PWM 信號的模擬方法，將鋸齒或三角信號形式的載波饋送到反相器 比較器輸入, 和信息 - 關於非反相。如果瞬時載波電平高於調製信號，則比較器的輸出為零，如果低於 - 1。輸出是一個離散信號，其頻率與載波三角形或鋸齒的頻率相對應，脈衝長度與調製電壓的電平成正比。
例如，三角信號的脈寬調製是線性增加的。輸出脈衝的持續時間與輸出信號的電平成比例。
模擬 PWM 控制器也以現成的微電路的形式提供，其中安裝了比較器和載波生成電路。有用於連接外部頻率設置元件和提供信息信號的輸入。從輸出中刪除一個控制強大外鍵的信號。還有用於反饋的輸入——它們是維持設定的控制參數所必需的。例如，TL494 芯片就是這樣。對於消費者功率相對較小的情況，可以使用帶有內置按鍵的 PWM 控制器。 LM2596 微電路的內部密鑰專為高達 3 安培的電流而設計。
數字方法是使用專門的微電路或微處理器執行的。脈衝長度由內部程序控制。許多微控制器，包括流行的 PIC 和 AVR，都有一個內置模塊，用於“板載”硬件實現 PWM，要接收 PWM 信號，您需要激活模塊並設置其操作參數。如果沒有這樣的模塊，那麼PWM可以純粹通過軟件來組織，這並不難。這種方法通過靈活使用輸出提供更多的權力和自由，但使用更多的控制器資源。
PWM 信號的特性
PWM信號的重要特徵是：
- 幅度（U）；
- 頻率（f）；
- 佔空比 (S) 或占空比 D。
根據負載設置以伏特為單位的幅度。它必須提供消費者的額定電源電壓。
脈衝寬度調製的信號頻率從以下考慮中選擇：
- 頻率越高，控制精度越高。
- 頻率不能低於 PWM 控制的設備的響應時間，否則會出現明顯的受控參數紋波。
- 頻率越高，開關損耗越大。這是因為密鑰的切換時間是有限的。在鎖定狀態下，關鍵元件上的所有電源電壓都會下降，但幾乎沒有電流。在打開狀態下，滿載電流流過按鍵，但電壓降很小，因為通過電阻為幾歐姆。在這兩種情況下，功耗都可以忽略不計。從一種狀態到另一種狀態的轉變發生得很快，但不會立即發生。在解鎖-鎖定過程中，部分打開的元件上會出現很大的電壓降，同時有很大的電流流過它。此時，耗散功率達到高值。這段時間很短，關鍵還沒來得及顯著熱身。但是隨著每單位時間這種時間間隔的頻率增加，它變得更多，並且熱損失增加。因此，要構建密鑰，使用快速元素很重要。
- 開車時 電動馬達 頻率必須遠離人可聽到的區域 - 25 kHz 及以上。因為在較低的 PWM 頻率下，會出現令人不快的哨聲。
這些要求往往相互衝突，因此在某些情況下頻率的選擇是一種折衷。
調製值表征占空比。由於脈衝重複率是恆定的，週期的持續時間也是恆定的（T=1/f）。週期由一個脈沖和一個暫停組成，其持續時間分別為 t小鬼 和T停頓， 和T小鬼+t停頓=T。佔空比是脈衝持續時間與週期的比值 - S \u003d t小鬼/T。但實際上使用倒數更方便 - 填充因子：D=1/S=T/t小鬼.將填充因子表示為百分比更為方便。
PWM和SIR有什麼區別
在國外的技術文獻中，脈寬調製和脈寬調節（PWR）沒有區別。俄羅斯專家正試圖區分這些概念。其實PWM是一種調製方式，即載波信號在另一種影響下的變化，調製一個。載波信號充當信息的載體，調製信號設置此信息。而脈衝寬度調節是使用 PWM 對負載模式進行調節。
PWM的原因及應用
脈寬調製原理用於 大功率異步電動機的速度控制器.在這種情況下，可調頻率調製信號（單相或三相）由小功率正弦波發生器產生並以模擬方式疊加在載波上。輸出是一個 PWM 信號，它被饋送到所需功率的按鍵。然後，您可以通過低通濾波器（例如，通過簡單的 RC 電路）將得到的脈衝序列傳遞，並選擇原始正弦波。或者您可以不使用它 - 由於發動機的慣性，過濾會自然發生。顯然，載波頻率越高，輸出波形越接近原始正弦波。
一個自然的問題出現了——為什麼不可能立即放大發生器的信號，例如， 使用強大的晶體管?因為以線性模式運行的調節元件將在負載和按鍵之間重新分配功率。在這種情況下，大量的功率被浪費在關鍵元件上。如果一個強大的控制元件在按鍵模式下運行（三極管、三端雙向可控矽開關、RGBT 晶體管），那麼功率會隨著時間分配。損失會低得多，效率會高得多。
在數字技術中，沒有特別的替代脈衝寬度調節的方法。那裡的信號幅度是恆定的，電壓和電流只能通過沿脈衝寬度調製載波並隨後對其進行平均來改變。因此，PWM被用來調節那些可以平均脈衝信號的物體上的電壓和電流。平均以不同的方式發生：
- 由於負載慣性。因此，熱電加熱器和白熾燈的熱慣性允許被調節的物體在脈沖之間的暫停中不會明顯冷卻。
- 由於感知的慣性。 LED 有時間從一個脈衝到另一個脈衝熄滅，但人眼不會注意到這一點，而是將其視為具有不同強度的恆定發光。此原理用於控制 LED 顯示器的點的亮度。但是仍然存在頻率為數百赫茲的難以察覺的眨眼，並導致眼睛疲勞。
- 由於機械慣性。此屬性用於有刷直流電機的控制。使用正確選擇的調節頻率，電機沒有時間在停頓中減速。
因此，PWM 用於電壓或電流的平均值起決定性作用的地方。除了提到的常見情況外，PWM 方法還調節焊機和電池充電器等的平均電流。
如果不可能進行自然平均，在許多情況下，這個角色可以由已經提到的低通濾波器（低通濾波器) 以 RC 鏈的形式。出於實際目的，這已經足夠了，但必須理解，使用低通濾波器不可能將原始信號與 PWM 隔離而不會失真。畢竟，PWM 頻譜包含無數次諧波，這些諧波不可避免地會落入濾波器的通帶。因此，人們不應該對重建的正弦曲線的形狀產生幻想。
非常高效和有效的 PWM RGB LED 控制。該器件具有三個 p-n 結 - 紅色、藍色、綠色。通過分別改變每個通道的發光亮度，您可以獲得幾乎任何顏色的 LED 發光（純白色除外）。使用 PWM 創建照明效果的可能性是無窮無盡的。
脈寬調製數字信號最常見的應用是控制流過負載的平均電流或電壓。但這種調製類型的非標準使用也是可能的。這一切都取決於開發人員的想像力。
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