什么是PWM，如何测量它

PWM代表的是脉宽调制，它表示脉冲宽度的可变性质，可以从一个特定的源产生，如离散IC, MCU，或晶体管电路。

什么是脉宽调制

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

当电源电压的开/关速率被不同的优化时，我们说电压是PWM或脉宽调制。

你们都必须熟悉如何在电压v/s时间图上出现恒定的直流电势，如下图所示:

在上面的图像中，我们可以看到9V水平的一条直线，这是因为9V水平不随时间变化，因此我们可以看到一条直线。

现在，如果这个9V在每一秒后被接通和关闭，那么上面的图会是这样的:

我们可以清楚地看到，现在9V线不再是每一秒后块的形式的直线评级器，因为9V在每一秒后交替开关ON和OFF。

上面的轨迹看起来像矩形块，因为当9V被打开和关闭时，操作是瞬间的，它突然使9V变为零电平，然后突然变为9V电平，从而在图上形成矩形形状。

上述条件产生脉动电压，脉动电压有两个参数需要测量，即峰值电压和平均电压或均方根电压。

峰值和平均电压

在第一幅图像中，峰值电压显然是9V，平均电压也是9V，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的频率打开/关闭(1秒ON, 1秒OFF)，但峰值仍然等于9V，因为峰值总是在ON期间达到9V标记。但是这里的平均电压不是9V，而是4.5V，因为电压的接通和断开是在50%的速率下完成的。

在PWM讨论中，这种开关率被称为PWM的占空比，因此在上述情况下，它是50%的占空比。

当你用数字万用表在直流量程上测量PWM时，你总是会在仪表上得到平均值读数。

新爱好者经常会对这种解读感到困惑，并将其视为峰值，这是完全错误的。

如上所述，PWM的峰值将基本上等于输入电路的电源电压，而仪表上的平均电压将是PWM开/关周期的平均值。

用PWM开关Mosfet

因此，如果你正在用PWM开关一个mosfet，并发现栅极电压为，例如3V，不要惊慌，因为这可能只是仪表显示的平均电压，峰值电压可能与电路的电源电压一样高。

因此，mosfet可以被期望通过这些峰值和平均电压将只影响它的传导周期，而不是器件的开关规格。

正如我们在前几节中讨论的，PWM基本上涉及到脉冲宽度的变化，换句话说，直流电源的ON和OFF周期。

让我们举例来说，你想要一个PWM输出的ON时间比ON时间少50%。

让我们假设你选择的ON时间是1/2秒，那么OFF时间将等于1秒，这将导致占空比为1/2秒ON和1秒OFF，如下图所示。

PWM占空比分析

在这个例子中，pwm被优化为产生峰值电压为9V，但平均电压为3.15V，因为ON时间只是一个完整的ON/OFF周期的35%。

一个完整的周期是指允许给定脉冲完成一个完整的ON时间和一个OFF时间的时间周期。

类似地，我们可以用以下数据来优化频率的脉冲宽度:

在一个完整的循环中，可以看到ON时间比OFF时间增加了65%，因此这里的电压平均值为5.85V。

上面讨论的平均电压也称为均方根值或电压的均方根值。

由于这些都是矩形或方形脉冲，只需将占空比乘以峰值电压，就可以简单地计算出均方根值。

优化PWM来模拟正弦波

然而，在PWM被优化以模拟交流脉冲的情况下，RMS的计算变得有点复杂。

让我们以下面的PWM为例，它被优化，以改变其宽度，对应于一个正弦交流信号的变化幅度或水平。

你可以通过我以前的一篇文章了解更多，我在其中解释了如何使用IC 555产生正弦波等效PWM输出．

正如我们在上面的图像中看到的，脉冲的宽度随着正弦波的瞬时水平而变化。当正弦波趋向于达到峰值时，相应的脉冲宽度变宽，反之亦然。

使用变频调速

这说明由于正弦波电压电平随时间不断变化，因此pwm也随时间不断变化，其宽度不断变化。这种PWM也被称为SPWM或正弦波脉宽调制。

因此，在上述情况下，脉冲从来不是恒定的，而是随着时间不同而改变其宽度。

这使得其有效值或平均值的计算有点复杂，我们不能简单地将占空比乘以这里的峰值电压来获得有效值。

尽管推导RMS表达式的实际公式相当复杂，但是经过适当的推导之后，最终的实现实际上变得相当简单。

计算PWM的有效值电压

因此，计算响应于正弦波的变化PWM电压的RMS可以通过将0.7(常数)乘以峰值电压得到。

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

PWM在电子电路中的作用?

你会发现PWM的概念本质上是与
包含电感器的电路设计，特别是降压升压拓扑，如逆变器，smpMPPT、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。

使用带电感的PWM

要理解PWM如何影响电感输出的电压和电流，首先要了解电感如何在脉动电压的影响下工作。

在我之前的一篇文章中我解释了降压升压电路是如何工作的，这是一个典型的例子，说明如何使用pwm或变化的脉冲宽度来衡量电感输出的尺寸。

众所周知，由“本质”，电感总是反对突然施加的电压，并允许它通过后，只有在一定的时间，取决于其绕组规格，并在这一过程中，它储存了等量的能量。

现在，如果在上述过程中，电压突然关闭，电感器再次无法应对这一突然消失的应用电压，并试图通过释放存储在其中的电流来平衡。

电感器对PWM的反应

因此，电感器将试图通过存储电流来反对电压的开关，并试图通过“踢”存储的能量回系统来平衡电压的突然开关。

这种反冲被称为电感器的反电动势，这种能量的内容(电压、电流)将取决于电感器的绕组规格。

基本上，匝数决定电动势是否应该高于电源电压或低于电源电压，电线的厚度决定电感器可能能够呈现的电流量。

还有另一个方面，上面的电感，这是时间的电压开/关周期。

这就是使用PWM变得至关重要的地方。

虽然匝数从根本上决定了特定的输出值，但这些也可以通过输入一个优化的PWM引入电感来改变。

通过可变PWM，我们可以强迫电感以任何期望的速率来产生/转换电压和电流，要么是电压升高(降低电流)，要么是电流升高(降低电压)，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。