可以通過提高或降低電壓和電流來改變交付給設備的功率。但這種方法并不總是産生預期的效果。脈沖寬度調制（或PWM）可以用來更好地控制可變負載。

什麼是脈沖寬度調制？

負載設備被設計成在提供一定的電壓、消耗一定的電流時能有效地運行并執行各自的任務。為了改變負載的參數，可以降低電壓，但這往往會産生負面影響，如降低電機的扭矩，或将電壓降低到晶體管或LED系列的正向偏壓水平以下。為了在不犧牲操作能力的情況下提供可變控制，需要一種不同的方法。

了解交流和直流電路中的信号對于設備的正常運行至關重要

一個PWM，或 "脈沖寬度調制 "信号被用來通過以高頻率開關信号來減少供應給一個電氣設備的電力。随着信号的相對開啟時間的增加或減少，信号的平均電壓也随之增加或減少。這個平均電壓提供了一個等效的較低功率，同時在脈沖的導通時間内仍然保持全電壓。有兩個關鍵參數控制着PWM信号--開關的頻率和導通時間的相對長度，稱為 "占空比"。

PWM載波頻率

脈沖的開關速度，或頻率，取決于使用該信号的負載設備。對于電熱器或電機，頻率可以很慢，也許在幾十到幾百赫茲之間。但對于像繼電器或LED這樣的固态設備，頻率可能需要高得多--也許是幾萬赫茲。關鍵的決定因素是負載設備的響應速度。

PWM占空比

PWM信号的占空比是指信号開啟的相對時間，以百分比表示。如果占空比為100%，信号将一直處于開啟狀态。如果它被降低到50%，信号将在一半的脈沖中開啟，另一半則關閉。當控制電機或加熱器時，我們使用占空比來決定功率。如果我們的PWM控制器輸出12伏的直流電壓，那麼50%的占空比将提供相當于6伏的直流電為負載供電。

PWM 信号顯示 250 Hz 載波頻率下的各種占空比

用于直流電動機速度控制的PWM

直流電動機的速度和方向是由施加的電壓決定的--改變或扭轉電壓的極性，電動機将以類似的方式作出反應。電壓可以通過提高電路中的串聯電阻來改變，這反過來又降低了通過電機的電流。這種電壓的變化可以通過串聯電阻、電位器或變阻器來完成。雖然這些設備對電壓的微小變化可能是有效的，但随着電流的下降，電機的功率和扭矩也會下降。此外，這些設備産生的巨大阻力會産生大量的熱量，可能會對電氣系統中的其他設備造成損害。

改變電壓的一個更有效的方法是使用PWM控制器。這些設備使用模拟輸入，利用設備的額定電壓轉換為0-100%的占空比。有時這些設備會有一個固定的輸入電壓，但會驅動一個固态繼電器，允許用戶提供一個輔助電路，使用适合電機的任何電壓來驅動電機。PWM信号之所以對電機有效，是因為電機的旋轉慣性。當信号變為低電平時，電機仍在旋轉，并有足夠的慣性在電壓為零的那幾秒鐘内提供扭矩。警告：如果頻率太低，電機會出現激增，因為它開始在物理上追趕脈沖電壓。

直流電機速度控制器

用于電池充電的PWM

随着電動汽車變得越來越流行，充電站所涉及的技術也在不斷進步。太陽能電池闆也正在成為郊區的一個流行趨勢，作為降低電費或回饋環境的一種手段。随着電池開始充滿，傳輸到電池的功率需要減少。通過使用PWM控制器，可以準确控制供電量。

降低充電器電壓會有問題，因為電池電壓最終會高于小規模涓流充電的要求，電池會開始放電。

太陽能充電控制器

用于三相應用的VFD中的PWM

變頻驅動器是一種控制三相交流電機的設備。VFD将産生一個固定的交流電壓振幅，以不同的頻率來控制電機的速度。在VFD内部，傳入的電壓從交流轉換為直流，然後通過一系列大功率晶體管轉換為交流，以創造一個重新創造交流波形的PWM信号。這種應用與直流電動機控制略有不同，因為占空比并不直接決定應用于電動機的恒定等效功率，而是用于控制應用電壓以真正的正弦波交替方式轉換極性的速度。

PWM 用于為交流應用重新創建正弦波

PWM生成設備

市場上有許多設備可以産生PWM信号，或者用最小的輸入來驅動設備。對于工業應用，有一些獨立的設備，有一個表盤或模拟輸入來調整速度。對于安裝，你隻需要提供電源和電機，其他一切都包含在外殼内。

一些PLC制造商有可以配置為PWM輸出的輸出，不過要注意的是，繼電器輸出沒有支持PWM輸出的速度或使用壽命。這些輸出通常不能直接驅動大的負載，但它們可以驅動固态繼電器。

大多數微控制器包含多個PWM輸出，可以用隻需要占空比的内部功能進行編程，并提供3.3-12伏的輸出來驅動晶體管或固态繼電器進行放大。

創建一個PWM信号

創建一個PWM信号将完全取決于産生信号的設備。如果使用帶有指定PWM輸出卡的PLC，你将需要通過選定的現場總線技術向該卡提供一個頻率和占空比值。一些PLC可能有供應商提供的功能塊，這些功能塊的參數在操作前需要設置。

一些電機控制器将接受0-10V或4-20MA的模拟值，這些模拟值将被縮放以輸出0-100%範圍的占空比。像Arduino這樣的微控制器使用它們的數字輸出來提供PWM信号，隻需寫一個輸出命令，參數在0-255之間，代表整個占空比範圍。

總結

與電子學的任何方面一樣，對于所有的負載控制挑戰絕對沒有單一的解決方案。PWM是許多負載類型的有效解決方案，但必須為直流和交流應用正确選擇實施方案，并且必須考慮每個單獨設備的響應速度和功率要求。如果大家對科技技術感興趣，請點個贊呗。

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