我发现汽车有非常多 PWM 控制的应用，比如汽车上的各种电机的控制，通常都需要应用到 PWM 来调节输入给电机的电压，以获得预期的转速或转矩。
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以及汽车上的很多电磁阀的控制，也会用到 PWM 控制电压大小，以获取更精准液体或气体（液压阀或气压阀）的压力或者流量。
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可以电机和电磁阀的控制大家能感知到有限，更直接灯光的闪烁，比如亮度，通常也都使用到了 PWM 的调节控制。
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这些都是我所能了解和感知到的 PWM 在汽车电子控制方面的应用，本文不对此应用再做展开，而是回归到 PWM，通过介绍 PWM 的基础概念与基本原理，让大家让更好地理解我们所看到和所感知到的世界。
1. 什么是 PWM？
PWM （Pulse Width modulation）代表脉冲宽度调制， 是一种通过调节脉冲信号的占空比 （高电平时间占整个周期的比例）来控制平均电压或功率的技术。要了解 PWM 涉及到三个关键概念： 频率 、 占空比和振幅 。
1）PWM 频率
PWM 频率是指
每秒脉冲信号的周期数（Hz）。比如频率在一段时间内为 1，这为我们提供了以时间为单位的周期计数，信号的定时器周期为 20ms，则其频率将为 50Hz，即
频率 =1/定时器周期。
因此对于 PWM 控制来说，一般信号的定时器周期是固定的，每个方波周期从而 PWM 频率是固定不变，即方波周期 T 相等。
2）PWM 占空比
占空比（Duty cycle）表示信号在整个时间段内保持高电平的时间，即上图的 t1 与 T 的比例，或 t1 与（t1+t2）的 比例。 占空比= t1/T100% 或 占空比= t1/（t1+t2）100%
因此我们需要知道信号在多少周期内是高电平的。让我们将最高时间设置为 6ms，将最低时间设置为 4ms,总时间段为 10ms。那么占空比=6/10*100%=60%。
当高电平等于总时间段时，占空比是 100%，即 最大占空比；当 高电平时间为 0 时，则占空比 0%，即 最小占空比。因此不难理解通过控制高电平时间就可以得到不同的占空比。
3) PWM 振幅
PWM 振幅是信号的最大电压和最小电压之间的差值，即振幅=Vmax–Vmin，对于数字信号，最小电压大多为 0，所以振幅是 Vmax。假设 PWM 信号是一个在 0 到 5V 之间振荡，当该信号的占空比为 50%，那么输出电压将不是 5V 而是 2.5V。
当我们将这个 50%占空比的方波施加到 LED 上时，LED 将 获得 2.5V 的电压而呈现一定的亮度。如果我们想 LED 更亮一点，那么我们给更大的占空比，即 LED 能获得更大的电压，如果我们想 LED 更暗一点，那么 那么我们给更小的占空比，即 LED 能获得更小的电压。
2. 如何生成 PWM？
通常使用运算放大器和比较器电路等模拟电路生成 PWM 信号，以使用运算放大器 生成 PWM 信号为例。
为了使用运算放大器产生数字信号，我们使用运算放大器作为比较器电路。运算放大器由两个端子组成：一个同相端子和一个反相端子。我们在运算放大器的同相输入端施加三角波，在反相引脚处施加控制电压输入。
下图显示了生成 PWM 信号的整个过程：
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从上图中可知：当施加到同相输入端的 三角电压小于施加到反相输入端的控制电压时，比较器电路的输出低电平，反之则比较器输出高电平。由此也可以看出数字信号或 PWM 的高电平时间取决于控制电压的大小 。
为了获得更高的占空比，我们需要减小控制电压的值。为了获得更低的占空比，我们需要增加控制电压的值。这就是在模拟电子元件下生成 PWM 的原理。
这里 运算放大器输入端的信号还可以是不同类型，比如另一种常见类型是正弦脉宽调制（SPWM），即改变脉冲宽度以使其类似于正弦波形的过程称为正弦脉冲宽度调制。通过使用 正弦波 参考来改变脉冲宽度，SPWM 最大限度地减少了谐波失真并产生了更平滑的输出。这点对于逆变器和电机控制系统中至关重要。
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作者：YiXingCourse
来源：汽车MCU软件设计
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