2. PWM 原理：占空比、电压电流与频率的博弈

各位好，欢迎来到第二讲。今天咱们聊聊 PWM 的基本原理。

很多人觉得 PWM 很简单，不就是方波嘛。但说实话，我在项目里见过太多因为 PWM 没吃透导致的翻车现场。电机抖得像跳舞，或者 MOS 管烧得冒烟，根源往往就在这几个参数上。

咱们今天就把 PWM 的底裤扒干净。从占空比到电压电流关系，再到频率选择，一个一个说清楚。

2.1 什么是 PWM？

PWM，全称 Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制。说白了，就是用数字信号模拟模拟电压。

你想想看，单片机只能输出 0V 或 3.3V，但电机需要 1.5V、2.0V 这种中间值怎么办？PWM 就是答案——通过快速开关，让负载感受到的平均电压等于我们想要的值。

举个例子。电源是 12V，占空比 50%，那平均电压就是 6V。占空比 75%，平均电压就是 9V。简单吧？

2.2 占空比与电压/电流的关系

这里有个坑，我当年刚入行时踩过。占空比和电压是线性关系没错，但和电流不是。

电压关系：

• 占空比 0% → 平均电压 0V
• 占空比 50% → 平均电压 0.5 × Vcc
• 占空比 100% → 平均电压 Vcc

电流关系：

电流取决于负载的阻抗特性。对于电机这种感性负载，电流是连续的，不会像电压那样跳变。我习惯用示波器看电流波形——你会发现电流纹波和 PWM 频率直接相关。

2.3 PWM 频率对电机控制的影响

频率选择是个权衡。选高了有选高的问题，选低了有选低的麻烦。

频率范围	优点	缺点
低频（1kHz 以下）	开关损耗小，MOS 管发热低	电机噪音大，电流纹波大，低速抖动明显
中频（1kHz ~ 20kHz）	平衡了噪音和损耗，大多数应用首选	需要根据具体电机调整
高频（20kHz 以上）	人耳听不到噪音，电流平滑，低速性能好	开关损耗大，驱动芯片发热严重，对布线要求高

频率选择的几个原则：

1. 避开人耳敏感区： 如果产品有噪音要求，选 20kHz 以上。我做过一个家用产品，客户投诉噪音，最后把频率从 16kHz 改到 22kHz，问题解决。
2. 考虑电机电感： 电感越大，允许的频率越低。小电机电感小，频率可以高一些。
3. 开关损耗： 频率每翻一倍，开关损耗大约翻一倍。别盲目追求高频。

2.4 PWM 知识体系总览

下面这张图把 PWM 的核心知识点串起来了。你可以看到占空比、频率、电压电流之间的关系，以及它们如何影响电机控制。

2.5 实际调试中的注意事项

讲完理论，说点实战经验。

避坑指南：

• 死区时间： 如果你用 H 桥驱动，一定要加死区。我曾经忘了加，上下管直通，MOS 管直接炸了。嗯，那味道记忆犹新。
• 频率与电感的匹配： 电机电感 L 和 PWM 频率 f 的关系是：电流纹波 ≈ V / (L × f)。纹波太大，电机发热严重。
• 测量工具： 别信万用表测 PWM 电压。万用表测的是平均值，但电机看的是有效值。用示波器才是正道。