脈寬調制（PWM）是電子學許多領域廣為采用的一個基本概念。它是一種簡單的平均方法，用于從微波爐功率百分比設定到LED調光等各種應用。PWM雖在某些方面相當復雜，但實施方法卻很簡單。

解釋PWM的最簡單方法之一是借助LED照明。以推薦的電流值點亮LED，主要是為了獲得最佳亮度。關乎工作電流的次要參數是發熱和長期可靠性。與調整工作電流不同，LED的點亮時間是使用占空比以脈沖方式實現的。以這種方式，LED雖看似被調光了，但從電流的角度看，它仍“愉悅”地一如既往工作著。

當我以一定百分比的功率啟動微波爐時，我可以聽到風扇在連續工作；但隨著功率的升降，風扇速度也隨之周期性變化。在某種程度上，該操作類似于LED調光，其中：在啟動（ON）時間內的100％功率被平均以獲得功率的百分比設置。

變速電機驅動是通過對導通時間進行平均、將PWM方法用于控制電機速度的另一個領域。

在過去30年左右時間，PWM一直是操作開關電源（SMPS）最喜歡使用的方法。“能干”的半導體、特別是開關晶體管的發展使得PWM成為能量轉移的可靠方法。典型的降壓穩壓器輸入電壓（Vin）和輸出電壓（Vout）比就是PWM的占空比（D），其中：

Vout / Vin = D

因此，降壓（buck）穩壓器產生的輸出電壓是輸入電壓的百分比（平均）。

生成PWM波形非常容易。所需要的只是：將給定頻率的三角波或鋸齒波饋送到比較器的負端，將調制信號饋送到比較器的正端。為實現完全100％的占空比脈寬，波形的峰峰值必須超過調制信號范圍。

圖1：PWM波形生成過程。

PWM Modulator： PWM調制器

Why ramp symmetry doesn’t matter： 為什么斜對稱不重要

到目前為止，PWM是基于恒定頻率和后沿調制的直接平均信號。換句話，時鐘啟動一個PWM信號、到后沿終止就是該脈沖的占空比。然而，還有其它的PWM方法（包括后沿調制）。弗吉尼亞理工大學的電力電子學研究探討了這種方法，發現在升壓和反激轉換器中，它有能消弭（offset）右半平面零點的優勢。類似工作的摘錄表示：“它顯示了固定頻率、前沿調制PWM如何在實際的升壓和反激轉換器中消除不希望的正零。這導致閉環特性的實質性改進。采用了幾種技術來預測這一結果。提出了消除正零的設計過程。提供了實驗驗證。”

然而，根據Ray Ridley博士的觀點：前沿調制雖解決了某些問題，但似乎也帶來了其它問題。其網站稱：“注意：這是對現有衛星電力系統的分析，該系統通過巧妙和直觀的設計，成功消除了RHP零點。不建議你也以這種方式構建升壓轉換器或反激轉換器，但你有時可能會遇到這種現象。若你涉足轉換器控制理論，那么這是篇有趣的論文。但因為該方法需要使用高等效串聯電阻（ESR）電容，從而導致損耗和噪聲的提高，所以在大多數情況下并不實用。”

其它形式的PWM還包括同時調制波形的前沿和后沿。維基百科對PWM的解釋包括一張圖，它顯示了三種調制類型（前沿、中間、后尾），如下所示：

圖2：三種類型的PWM信號（藍色）：前沿調制（上）、后沿調制（中）和居中脈沖（兩個邊沿都被調制，底部）。綠線是鋸齒波（第一和第二種情況）和三角波（第三種情況），用于使用交集方法產生PWM波形。（圖片來自維基百科）

用模擬方式生成PWM不是唯一方法。隨著數字控制為電子技術增加越來越多的智能，數字PWM方法正變得越來越普遍。科羅拉多大學的朋友們再次在電力電子研究領域研究了數字PWM。我發現這個工作很有趣，因為它不僅涉及了采樣和A/D轉換，有關文獻也涉及了與控制相關的狀態方程以及環路增益方程。還提及了顯示環路增益和相位性能的波特圖。

最后，就PWM來說，它絕非只是基本的平均，其內涵要豐富地多。當在系統控制環路中正確實現PWM，就可以優化穩定性和響應時間。我喜歡這個主題和閱讀。 我希望你也如此。除了本位的介紹之外，關于PWM，可學的還有很多。