利用PWM控制占空比

1、什么是占空比 占空比（DutyCycle）在电信领域中意思： 在一串理想的脉冲序列中（如方波），正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。 例如：脉冲宽度1血，信号周期4 pS的脉冲序列占空比为0.25。 在一段连续工作时间内脉冲占用的时间与总时间的比值。 在 CVSD 调制（continuouslyvariableslopedeltamodulation ）中，比特 1 ”的平均比例（未完成）。 7 I 1 在周期型的现象中，现象发生的时间与总时间的比。 11 负载周期在中文成语中有句话可以形容：一天捕渔，三天晒网，则负载周期为0.25。 占空比是高电平所占周期时间与整个周期时间的比值。 占空比越

2、大，高电平持续的时间越长，电路的开通时间就越长 I # I# PWM值增加则占空比减少！（请先看下面关于PWM的定义） 占空比的图例 LJ 什么是占空比（另一种解释） 占空比是指高电平在一个周期之内所占的时间比率。方波的占空比为50%,占空比为0.1，说明正 电平所占时间为0.1个周期。 正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。例如：正脉冲宽度1 ps,信号周期10 ps的脉冲序列占空比 为 0.1。 什么是PWM 1. 脉冲宽度调制（PWM ）是英文“PulseWidthModulation ”的缩写，简称脉宽调制。它是利用微处理器的数字 输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用于

3、测量，通信，功率控制与变换等许多领域。 脉冲宽度调制（PWM ）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用， 方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任 来源网络 何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通 (ON)或断(OFF) 的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被 断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。 2. PWM控制的基本原理 理论基础：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，

4、其效果基本相同。冲量指窄脉冲 的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。 图1形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 面积等效原理： 分别将如图1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节(R-L电路)上，如图2a所示。其输出电流i(t) 对不同窄脉冲时的响应波形如图2b所示。从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其 下降段则几乎完全相同。脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t) 也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。 图2冲量相同的各种

5、窄脉冲的响应波形 3. PWM相关概念 来源网络 占空比：就是输出的 PWM中，高电平保持的时间与该 PWM的时钟周期的时间之比 女口，一 PWM的频率是1000Hz，那么它的时钟周期就是1ms，如果高电平出现的时间是200us，那 么低电平的时间肯定是 800us，那么占空比就是 200 : 1000，也就是说 PWM的占空比就是1 : 5。 分辨率：占空比最小能达到的值，如8位的PWM，理论的分辨率就是 1 : 255（单斜率），16位的的 PWM理论就是1 : 65535（单斜率）。 频率：如16位的PWM，它的分辨率达到了 1 : 65535，要达到这个分辨率，T/C就必须从0计数到

6、65535才能达到。相对于周期就是65535*计数脉冲时间。 双斜率/单斜率： 假设一个PWM从0计数到80，之后又从0计数到80?这个就是单斜率。 假设一个PWM从0计数到80，之后是从80计数到0?这个就是双斜率。 可见，双斜率的计数时间多了一倍，所以输出的PWM频率就慢了一半，但是分辨率却是1 : （80+80） =1: 160，就是提高了一倍。 假设PWM是单斜率，设定最高计数是80，我们再设定一个比较值是10,那么T/C从0计数到10 时（这时计数器还是一直往上计数，直到计数到设定值80），单片机就会根据你的设定，控制某个10 口在这 个时候是输出1还是输出0还是端口取反，这样，就是

7、PWM的最基本的原理了。 4. 单片机产生PWM 4.1 :单片机控制开关电源方式 单片机控制开关电源，单从对电源输出的控制来说，可以有几种控制方式 其一是单片机输出一个电压 （经DA芯片或PWM方式）,用作电源的基准电压这种方式仅仅是用单片机 代替了原来的基准电压，可以用按键输入电源的输出电压值 ，单片机并没有加入电源的反馈环 ，电源电路并没 有什么改动这种方式最简单 其二是单片机扩展 AD，不断检测电源的输出电压，根据电源输出电压与设定值之差 ，调整DA的输出，控 制PWM芯片，间接控制电源的工作.这种方式单片机已加入到电源的反馈环中 ，代替原来的比较放大环节，单 片机的程序要采用比较复杂

8、的 PID算法 来源网络 其三是单片机扩展 AD,不断检测电源的输出电压，根据电源输出电压与设定值之差，输出PWM波,直接 控制电源的工作这种方式单片机介入电源工作最多 第三种方式是最彻底的单片机控制开关电源，但对单片机的要求也最高要求单片机运算速度快，而且能 够输出足够高频率的 PWM波这样的单片机显然价格也高. 4.2 :使用单片机产生 PWM MCS51单片机 假设51单片机晶振频率为12MHz。51单片机内部含有两个 16位可编程定时器/计数器，可设置计数 器位数16位，13位，8位 计数器位数16，振荡周期12分频后脉冲计数，则计数一次为1us，每个PWM周期为65536us，频 率

9、为1*1000000/65536=15Hz 。频率太低，导致开关电源严格的电惯性。 计数器位数13，振荡周期12分频后脉冲计数，则计数一次为1us，每个PWM周期为8192us，频率 为1*1000000/8192=122Hz 。音频范围之内，不可忍受。 计数器位数8，振荡周期12分频后脉冲计数，则计数一次为1us，每个PWM周期为256us，频率为 1*1000000/256=3906Hz 。音频范围之内，且频率远远低于现阶段开关电源的频率范围。 AVR单片机 AVR单片机采用精简指令集，时钟频率最高为16MHz。 不过必须注意,9位分辨率是说功率管导通-关断这个周期中，可以分成512份,单就导通而言，假定占空 比为0.5,则只能分成256份.考虑到脉冲宽度与电源的输出并非线性关系 ，需要至少再打个对折，也就是说，电 源输出最多只能控制到 1/128,无论负载变化还是网电源电压变化，控制的程度只能到此为止. 还要注意，上面所述只有一个 PWM波,是单端工作.如果要推挽工作（包括半桥）,那就需要两个PWM波, 上述控制精度还要减半，只能控制到约1/64.对要求不高的电源例如电池充电，可以满足使