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线路板设计脉冲宽度调制特性以及频率和占空比的影响
在线路板设计中，调制是对某物的控制或改变影响的应用。我们也将其称为频率的音调，强度或音调的变化，就像人类的声音一样。
但是，在应用方面，我们通常会遇到用于控制直流电动机或LED等设备的调制技术。在这种情况下，该技术称为脉冲宽度调制（PWM）。
脉宽调制技术
如前所述，调制是指对设备或系统施加控制的能力。因此，诸如此类的方法存在于电子领域内的众多应用中。调制作为控制方法最常见的用途之一是PWM。
由于其自适应特性，我们遇到了PWM的广泛使用。PWM是一种减轻施加的电信号的平均可传递功率量的技术。而且，通过有效地将信号切成不同的部分来实现该过程。在功能操作方面，PWM通过控制其传递给负载的平均电流和电压来实现此控制。通过快速打开和关闭负载和电源之间的开关来实现此方法。
但是，如果我们比较开关的接通和断开时间，则接通时间与断开时间的增加会增加提供给负载的总功率。通常，这种控制方法具有许多有益的应用。例如，PWM与最大功率点跟踪（MPPT）配对是减少太阳能电池板输出以促进其被电池使用的主要方法之一。
脉宽调制频率
总体而言，PWM主要适用于运行惯性设备（例如电动机），该惯性设备不受这种明显切换的影响那么快。对于具有PWM的LED，这同样适用，因为其线性方式会影响其输入电压，从而影响其功能。但是，PWM开关频率必须足够高，以不影响负载，但是负载感知到的结果波形也应该是平滑的。
通常，电源必须切换的频率会根据设备及其应用的不同而有很大差异。例如，切换必须在电炉中每分钟进行几次，并且对于PC电源和音频放大器而言，切换频率必须达到数十或数百kHz。使用PWM的显着优点之一是开关器件中的功率损耗非常低。实际上，在开关的断开阶段，实际上没有电流。同样，在开关的接通阶段，在将功率传输到其负载时，开关两端的电压实际上没有下降。
由于功率损耗是电压和电流的结果，因此这实际上转化为PWM的功率损耗为零。此外，由于数字技术的特性（即1和0，或ON和OFF状态），PWM非常适合数字控制。通常，数字技术的内在本质不费吹灰之力就可以发挥PWM功能的作用，因此很容易设置必要的占空比。
PWM特性
PWM信号是一种创建数字脉冲以控制模拟电路的方法。有两个主要成分定义了PWM信号的行为：
占空比：占空比是系统或信号处于活动状态时一个周期的分数。我们通常将占空比表示为比率或百分比。周期是信号结束整个开-关周期所花费的时间。
频率：在特定时期内某事物重复或发生的频率。换句话说，通常每秒计算的产生波的振动发生的速率，例如声波，无线电波或光波。
关于占空比，当信号为高电平时，我们将其称为ON，占空比描述了信号处于ON状态的时间。我们用百分比来衡量或量化占空比。该百分比表示一个周期（时间间隔）内数字信号打开的特定时间，该时间间隔是波形频率的倒数。
例如，在开状态下花费一半时间而在关状态下花费一半时间的数字信号将具有50％的占空比，即理想的方波。在开状态下花费四分之三时间而在关状态下花费四分之一时间的数字信号的占空比为75％。
PWM特性续
我们讨论了非常适合PWM功能的各种应用，包括LED和电机（伺服）。由于频率是PWM技术的主要组成部分，因此可以理解，频率会影响PWM在应用程序中施加控制的能力。因此，例如，如果要控制LED以获得适当的调光效果，则方波频率的确需要足够高。
例如，人眼会注意到LED在关闭和打开的情况下，在1 Hz下20％的占空比。然而，在100
Hz或更高的频率下20％的占空比将仅显示稍弱的暗光输出。
如您所知，我们可以利用PWM控制电动机（伺服）。我们也可以使用它来控制伺服电机的角度。在应用方面，当我们将其连接到组装或制造环境中的机械设备（如机械臂）时，这是有益的。这是理想的，因为伺服器使用的轴根据其控制线旋转到特定位置。
PWM频率
频率或周期特定于控制特定的伺服器。通常，伺服电动机会每20 ms进行一次1 ms到2 ms之间的脉冲更新。这相当于在50 Hz时占空比为5％到10％。现在，如果脉冲为1.5 ms，则伺服电动机将为90度，1
ms，0度以及2 ms，180度。总之，通过将伺服值更新为1毫秒至2毫秒之间的值，我们可以获得完整的运动范围。
PWM当前也用于特定的通信系统中，其占空比用于通过通信通道传递信息。总体而言，PWM是一种从高频脉冲生成低频输出信号的方法或技术。
通过在较高和较低电压（DC轨）之间快速切换逆变器支路的输出电压，低频输出基本上成为整个开关周期的平均电压。
PWM作为一种控制技术非常适合各种应用。除占空比外，PWM频率是其作为控制方法功能的基础。