用“时间”来模拟“电压”
想象一个简单的场景：你想用一盏灯泡来模拟一个较暗的亮度，你有两种方法：
（图片来源网络，侵删）
- 真实调光（模拟电路）：使用一个可变电阻器，通过减小加在灯泡两端的实际电压来降低亮度，这就像调光灯的旋钮。
- 开关调光（PWM）：你以非常快的速度反复地“开”和“关”灯泡，如果你“开”的时间占总时间的50%，“关”的时间也占50%，灯泡的平均亮度就大约是最大亮度的一半，如果你“开”的时间占20%，“关”的时间占80%，亮度就更低。
PWM技术采用的就是第二种思想。
它并不是真的去改变输出的电压值,而是通过在一个周期内，快速地输出“高电平”（如5V）和“低电平”（如0V），通过控制“高电平”所占时间的比例，来让负载（如电机、灯泡）感受到一个平均电压。
关键术语
要理解PWM,必须了解三个核心参数：
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频率：指PWM信号每秒钟重复“开”和“关”一个周期的次数，单位是赫兹，频率越高，开关切换的速度就越快。
（图片来源网络，侵删）- 影响：频率太高，对开关器件（如MOS管）的损耗大；频率太低，负载（如电机）可能会产生明显的噪音或振动，需要根据负载特性选择合适的频率。
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周期：指一个完整的“开”和“关”循环所需要的时间，周期是频率的倒数。
周期 = 1 / 频率
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占空比：这是PWM最核心的概念，它指在一个周期内，高电平（“开”的时间）所占的百分比。
占空比 = (高电平时间 / 周期) × 100%- 占空比的取值范围是 0% 到 100%。
工作原理详解
PWM通过改变占空比来控制负载的平均电压，从而实现控制目的。
我们以一个5V的PWM信号驱动一个直流电机为例：
（图片来源网络，侵删）
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占空比 = 100%：
- 信号在一个周期内始终为高电平（5V）。
- 电机始终获得最大电压,转速最快。
- 平均电压 = 5V
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占空比 = 50%：
- 信号在一个周期内,一半时间为高电平（5V），一半时间为低电平（0V）。
- 电机获得一个脉冲电压,由于脉冲频率很高，电机的转动有惯性，它“感觉”到的不是忽高忽低的电压，而是一个平均值。
- 平均电压 = 5V × 50% = 2.5V
- 电机转速大约是最大转速的一半。
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占空比 = 25%：
- 信号在一个周期内,四分之一时间为高电平（5V），四分之三时间为低电平（0V）。
- 平均电压 = 5V × 25% = 1.25V
- 电机转速变得更慢。
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占空比 = 0%：
- 信号始终为低电平（0V）。
- 电机不转。
- 平均电压 = 0V
PWM技术的优点
- 效率高：控制电路（通常是MOS管或三极管）工作在“开”和“关”两种状态，其导通损耗和截止损耗都非常小，因此能量转换效率很高。
- 精度高：通过数字方式控制占空比，可以实现非常精确的电压或功率控制。
- 灵活性高：同一个PWM信号可以控制多种不同类型的负载，只需改变占空比即可。
- 成本低：实现PWM控制的电路相对简单，成本较低。
主要应用
- 电机控制：精确控制直流电机的转速和方向。
- LED调光：实现无级调光、呼吸灯等效果，且不会产生色偏。
- 伺服控制：控制舵机转到特定的角度。
- 开关电源：如手机充电器、电脑电源，通过PWM控制开关管的导通时间来稳定输出电压。
- 加热控制：如电烙铁、3D打印机的热床，通过PWM控制平均功率来精确控制温度。
PWM技术的核心原理是：通过以固定频率快速切换高/低电平，并改变高电平在一个周期内所占的时间比例（即占空比），从而在负载上产生一个可变的平均电压，实现对电机、LED、加热器等设备功率、转速、亮度或温度的精确控制。
