2. PWM 控制原理：频率、占空比与驱动核心

做镜头驱动，绕不开 PWM。说白了，PWM 就是通过快速开关电压，让电机“感觉”到一个平均电压。你想想看，电机是个惯性系统，它不会跟着每一个脉冲剧烈抖动，而是平滑地响应平均值。这个平均值的大小，就由占空比决定。

我个人习惯把 PWM 比作水龙头。频率是开关龙头的快慢，占空比是每次打开的大小。频率太低，水流会一抖一抖的；频率太高，水龙头本身可能扛不住。镜头驱动里，我们既要让电机转得稳，又要让对焦速度快，这里面的门道不少。

2.1 PWM 频率与占空比

先看两个核心参数：

• 频率：每秒开关的次数，单位 Hz。频率越高，电机运行越平滑，但开关损耗也越大。
• 占空比：高电平时间占整个周期的比例，单位 %。占空比 50% 意味着一半时间开、一半时间关，平均电压就是电源电压的一半。

举个例子，电源电压 3.3V，占空比 60%，电机得到的平均电压就是 3.3V × 60% = 1.98V。这个电压直接决定了电机的转速和力矩。

我在项目中遇到过一个问题：频率选低了，电机在低速时“咔咔”响，像在打嗝。后来把频率从 1kHz 提到 20kHz，声音没了，但驱动芯片烫得厉害。这就是频率的取舍——太低有噪声，太高有热损。

参数	频率过低	频率过高
电机噪声	明显，可闻	几乎无
电流纹波	大	小
开关损耗	小	大
驱动芯片温度	低	高
对焦平滑度	差	好

镜头驱动常用的 PWM 频率范围是 10kHz ~ 50kHz。低于 10kHz，人耳能听到啸叫；高于 50kHz，驱动芯片的开关损耗会明显上升。我一般从 20kHz 起步调试，再根据实际纹波和温升微调。

2.2 H 桥驱动电路

电机要正转、反转、刹车、滑行，靠什么？H 桥。名字很形象，四个开关管组成一个“H”形，电机在中间横杠上。

H 桥有四种基本状态：

1. 正转：左上 + 右下导通，电流从左向右流过电机。
2. 反转：右上 + 左下导通，电流从右向左流过电机。
3. 刹车：下管全通或上管全通，电机两端短路，快速制动。
4. 滑行：所有管断开，电机自由旋转。

嗯，这里要注意：刹车和滑行是两码事。刹车时电机会瞬间停住，但会产生很大的反向电动势；滑行时电机慢慢停，适合惯性走位的场景。

下面这张图是 H 桥的基本结构和工作流程，我画出来方便你理解：

2.3 电流纹波抑制

电流纹波是 PWM 驱动的“副产品”。每次开关管导通或关断，电流都会上下波动。纹波大了，电机会抖动，对焦就不准。

纹波大小主要受三个因素影响：

• 电感：电机线圈的电感越大，纹波越小。但电感大了，电流响应变慢。
• 频率：频率越高，纹波越小。但频率高了，开关损耗增加。
• 占空比：50% 占空比时纹波最大，两端（0% 或 100%）纹波最小。

抑制纹波的常用方法：

1. 增加 PWM 频率：最简单，但注意热损。
2. 串联电感：在电机前端加一个额外的电感，成本低效果好。
3. 使用同步整流：用 MOSFET 代替二极管续流，降低压降和纹波。
4. 软件滤波：在 ADC 采样时做多次平均，但治标不治本。

2.4 死区时间设置

H 桥里，上下两个管子不能同时导通。如果 Q1 和 Q2 同时打开，电源直接对地短路，瞬间大电流会烧毁芯片。为了防止这种情况，我们需要在切换时插入一段“死区时间”——两个管子都关断的短暂间隔。

死区时间怎么设？

• 太短：有直通风险，芯片可能冒烟。
• 太长：电机在死区里没有驱动力，电流断续，对焦会卡顿。

我一般从 50ns 开始试，用示波器看上下管的栅极波形，确保一个完全关断后另一个才开启。不同驱动芯片的死区时间不同，有的芯片内部已经集成了死区控制，外部只需要配个电阻。

驱动芯片类型	典型死区时间	调节方式
DRV8837	100ns	固定内部
L298N	1μs	外部 RC
分立 MOSFET	50~200ns	软件配置

死区时间设置不当的后果：

• 死区过短 → 直通短路 → 芯片过热保护或烧毁
• 死区过长 → 电流断续 → 电机抖动、对焦不准
• 死区不对称 → 正反转性能不一致 → 镜头来回对焦位置偏移

嗯，这里要特别提醒：死区时间不是越大越好。有些工程师为了保险，把死区设到 1μs，结果电机在低速时一顿一顿的。你想想看，20kHz 的 PWM 周期才 50μs，死区占了 1μs，占空比精度就损失了 2%。

总结一下，PWM 控制的核心就是平衡。频率、占空比、纹波、死区，每个参数都牵一发动全身。做镜头驱动，没有万能参数，只有针对具体电机和负载的调优过程。