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PWM 与占空比

脉冲宽度调制(PWM)控制平均驱动电平,基于其开启时间的比例。 即使具有相同的占空比,运动也会因目标响应的速度而异。

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PWM 亮度与速度控制
PWM 亮度与速度控制实验场景 →

意义与机制

一个周期 T 内的导通时间为 Ton 时,占空比 D=Ton/T。改变导通时的电压与改变导通时间占比,是两种不同的控制方法。

当电压快速切换,或者处理具有显著的热或机械惯性,这些情况下的效应往往趋向平均。当切换速度较慢时,波动可能会变得明显。

关系与条件

理想 PWM 的平均电压为 DV,介于 0 和 V 之间。我们通过改变目标系统的响应时间常数和开关频率比来比较纹波。

实际的 LED 亮度与电机转速之间的关系,并非总是线性的。这需要与一种忽略电流路径、负载力矩和摩擦的模型进行区分。

观察实验中需要注意的事物

理想的 PWM 平均电压等于占空比乘以电源电压。

LED 的亮度近似于电压成比例; 忽略电机负载力矩和起动摩擦。 在屏幕上进行实验; 不要使用实际电源、插座或高电压进行重复。

关键关系与符号

Vavg = DV · τ y′ + y = u(t)

符号及公式中使用的单位
符号含义单位
D占空比 Ton/T0~1
T切换周期s
τ系统响应的时间常数s

工作实例

在 50% 的占空比和 6 V 的电源下,当频率从 100 Hz 变为 500 Hz 时,平均电压是多少?

3 V

常见误解

  • 并非平均电压相同,则开关波形或瞬时电流也一定相同。

通过实验探索这个概念

参考文献

OpenStax · 物理学:大学教材,第二卷 (英文版)