1. PWM調(diào)速技術(shù)概述

PWM（Pulse Width Modulation，脈寬調(diào)制）是微型直流電機(jī)最常用的調(diào)速方法之一，通過調(diào)節(jié)占空比（Duty Cycle）來控制電機(jī)平均電壓，從而實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。相比傳統(tǒng)的可變電阻調(diào)速，PWM調(diào)速具有效率高、響應(yīng)快、發(fā)熱低等優(yōu)勢(shì)。

2. PWM調(diào)速基本原理

（1）PWM信號(hào)解析

頻率（Frequency）：通常選擇1kHz~20kHz（過高可能增加開關(guān)損耗，過低會(huì)導(dǎo)致電機(jī)振動(dòng)或噪聲）。

占空比（Duty Cycle）：決定電機(jī)平均電壓，計(jì)算公式：

?Vavg=Vin×Duty CycleVavg?=Vin?×Duty Cycle

例如，12V電源、50%占空比 → 平均電壓6V。

（2）調(diào)速原理

高占空比 → 平均電壓高 → 轉(zhuǎn)速快

低占空比 → 平均電壓低 → 轉(zhuǎn)速慢

（3）PWM對(duì)電機(jī)的影響

電感性負(fù)載特性：電機(jī)線圈會(huì)平滑電流波動(dòng)，使轉(zhuǎn)速更穩(wěn)定。

換向噪聲：PWM可能導(dǎo)致電刷換向火花（有刷電機(jī)），需優(yōu)化頻率或加濾波電路。

3. PWM調(diào)速硬件實(shí)現(xiàn)方案

（1）H橋驅(qū)動(dòng)電路

功能：實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn) + PWM調(diào)速。

常用芯片：L298N、DRV8833、TB6612FNG等。

電路示例：

MCU PWM信號(hào) → H橋驅(qū)動(dòng) → 電機(jī)

（2）MOSFET開關(guān)電路

適用于大電流微型電機(jī)，如N溝道MOSFET（IRLZ44N）。

關(guān)鍵參數(shù)：導(dǎo)通電阻（Rds(on)）、開關(guān)速度。

（3）專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC

例如MX1508、A4950，集成PWM控制和保護(hù)功能（過流、過熱）。

4. PWM調(diào)速軟件實(shí)現(xiàn)

（1）基于MCU的PWM生成

（2）PID閉環(huán)控制

通過編碼器反饋實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)速（適用于無刷電機(jī)或高精度應(yīng)用）。

控制邏輯：

設(shè)定轉(zhuǎn)速 → PID計(jì)算 → PWM調(diào)整 → 電機(jī) → 編碼器反饋

5. PWM參數(shù)優(yōu)化

（1）頻率選擇

有刷電機(jī)：5kHz~20kHz（避免可聽噪聲）。

無刷電機(jī)（BLDC）：通常更高（>20kHz），需匹配控制器。

（2）死區(qū)時(shí)間（Dead Time）

H橋切換時(shí)加入微小延遲，防止上下管直通短路。

（3）EMC優(yōu)化

添加續(xù)流二極管（如1N4148）或RC濾波，減少電磁干擾。

6. 對(duì)比其他調(diào)速方法

調(diào)速方法 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)

PWM調(diào)速 效率高、響應(yīng)快 可能引入高頻噪聲

可變電阻 簡(jiǎn)單、無噪聲 效率低、發(fā)熱嚴(yán)重

電壓調(diào)節(jié) 線性控制 能量浪費(fèi)大

7. 典型應(yīng)用案例

機(jī)器人關(guān)節(jié)控制：通過PWM實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

無人機(jī)電調(diào)（ESC）：無刷電機(jī)的高頻PWM控制。

智能小車：H橋 + PWM實(shí)現(xiàn)前進(jìn)/后退/變速。

8. 常見問題與解決

電機(jī)抖動(dòng)：提高PWM頻率或增加濾波電容。

電刷火花：改用無刷電機(jī)或降低PWM頻率。

驅(qū)動(dòng)芯片過熱：檢查MOSFET散熱或降低占空比。

9. 未來發(fā)展趨勢(shì)

高頻PWM：減少噪聲，提高效率（如100kHz以上）。

智能算法：結(jié)合AI優(yōu)化PID參數(shù)，自適應(yīng)負(fù)載變化。

集成化驅(qū)動(dòng)：SoC方案（如STM32內(nèi)置電機(jī)控制外設(shè)）。

10. 總結(jié)

PWM調(diào)速技術(shù)是微型直流電機(jī)控制的核心方法，合理選擇頻率、占空比和驅(qū)動(dòng)電路可顯著提升性能。未來隨著半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)步，PWM調(diào)速將向更高效率、更智能化方向發(fā)展。