PWM本身不是一种“稳压”技术，而是一种“控制”技术
最关键的一点是：PWM（脉冲宽度调制）本身不是一种稳压技术，而是一种非常高效的、用于实现稳压的“控制技术”或“调制技术”。
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打个比方：
- 稳压技术是最终目标，让这个水龙头流出的水压始终保持稳定”。
- PWM技术是实现这个目标的方法，通过快速开关水龙头的阀门，并控制每次打开的时间长短，来模拟一个稳定的平均水压”。
有了这个基础,我们再深入探讨。
什么是PWM？（Pulse Width Modulation）
PWM 的全称是 脉冲宽度调制，我们可以把它拆解来看：
- 脉冲：指的是一种“开”和“关”的、不连续的数字信号，一个5V的电源，要么输出5V（开），要么输出0V（关），在这两个状态之间快速切换。
- 宽度：指的是“开”状态持续的时间。
- 调制：指的是改变这个“宽度”的动作。
在上图中,周期T是固定的（信号从开始到下一个开始的时间），但高电平的时间（Ton）是变化的，这个高电平时间占整个周期的比例，我们称之为占空比。
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占空比 = (高电平时间 / 周期) × 100%
PWM的核心思想就是：在一个固定频率的周期信号中，通过改变高电平（或低电平）的持续时间（即占空比）来“调制”信号的输出。
PWM如何实现“稳压”？
我们把PWM和稳压联系起来,这背后涉及到一个非常重要的原理：低通滤波。
想象一下,你用一个非常快的开关（比如每秒开关几万甚至几百万次）来控制一个直流电源，连接到一个负载（比如一个LED灯或一个电机）上。
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- 当开关“开”时，电压瞬间加到负载上。
- 当开关“关”时，电压变为0V。
如果开关频率足够快,人眼或普通电路是跟不上这种高速变化的，我们（或负载）感受到的，并不是那个瞬间的5V或0V，而是一个平均电压。
这个平均电压的计算公式非常简单： Vout = Vmax × 占空比
Vout是我们感受到的平均输出电压。Vmax是输入的最高电压（比如5V）。占空比是0到1之间的一个值。
稳压过程如下：
- 设定目标电压：假设我们想要一个稳定的 3V 输出，输入是固定的5V。
- 计算需要的占空比：根据公式
3V = 5V × 占空比，我们需要的占空比是3 / 5 = 0.66，即66%。 - 控制PWM信号：控制器（如MCU、CPU）会生成一个频率固定的PWM信号，并始终保持其占空比为66%。
- 滤波：PWM信号经过一个简单的RC低通滤波电路（一个电阻和一个电容），滤除高频的开关噪声，平滑成稳定的3.3V直流电。
- 反馈与调节（关键！）：真正的稳压系统是一个闭环控制系统。
- 我们会实时测量输出电压
Vout。 - 如果因为负载变化等原因,
Vout从3.3V 下降到3.2V，控制器会检测到这个误差。 - 为了纠正这个误差,控制器会增大PWM的占空比（比如从66%增加到67%），从而使平均输出电压
Vout重新回升到3.3V。 - 反之,
Vout升高了，控制器就减小占空比。
- 我们会实时测量输出电压
通过这种“测量-比较-调整”的快速循环，PWM控制器能够精确地维持输出电压的稳定。
PWM稳压技术的优势（为什么它如此流行？）
相比于传统的线性稳压技术（如使用三极管或LDO），PWM技术（通常指开关电源）有压倒性的优势：
| 特性 | PWM稳压技术 (开关电源) | 传统线性稳压技术 |
|---|---|---|
| 效率 | 极高 (>85%) | 较低 |
| 工作原理 | 通过快速开关，让能量“按需”传递，损耗很小 | 通过调整晶体管的“电阻”来消耗多余电压，损耗大 |
| 损耗计算 | 损耗 ≈ (电流)² × 开关元件的导通电阻 | 损耗 = (输入电压 - 输出电压) × 输出电流 |
| 发热问题 | 发热小，可以做得更小、更轻 | 发热巨大，需要巨大的散热片，体积笨重 |
| 体积/重量 | 小、轻 | 大、重 |
| 应用场景 | 几乎所有现代电子设备：手机充电器、电脑电源、LED驱动、主板供电等 | 对噪声要求极高、电流很小的场合，如音频电路、传感器参考电压 |
举个例子说明效率差异： 假设一个输入12V，需要输出5V/1A的稳压模块。
- 线性稳压：损耗 = (12V - 5V) × 1A = 7W，这7W全部变成了热量！效率只有 5V / 12V ≈ 41.7%。
- PWM稳压：假设效率为90%，那么损耗只有 (5V × 1A) / 90% - (5V × 1A) ≈ 0.56W，发热量小得多。
- PWM不是稳压技术，而是一种控制技术，它通过改变脉冲信号的“占空比”来控制输出能量的大小。
- PWM稳压的实现：在一个闭环系统中，控制器通过测量输出电压，动态调整PWM的占空比，再经过低通滤波，最终得到一个高度稳定的直流电压。
- 核心优势：高效率、低发热、小体积，使其成为现代电源管理技术的绝对主流。
下次你看到手机充电器、电脑电源或者主板上的那些小巧的芯片时，可以想到，它们内部很可能就在以极高的频率进行着PWM操作，为你提供稳定而高效的电力。
