脉冲宽度调制

脉冲宽度调制（PWM）使用数字信号来控制功率应用，并且可以很容易地通过最少的硬件转换回模拟信号。

模拟系统，如线性电源，由于基本上是携带大量电流的可变电阻，因此倾向于产生大量热量。数字系统通常不会产生这么多热量。几乎所有由开关设备产生的热量都在过渡期间（这可以快速完成），当设备既不开也不关，而是介于两者之间时。这是因为功率遵循以下公式：

P = E I，或瓦特 = 电压 X 电流

如果电压或电流接近零，那么功率将接近零。PWM充分利用了这一事实。

PWM可以具有模拟控制系统的许多特性，因为数字信号可以自由旋转。PWM不需要捕获数据，尽管在高端控制器中对此有例外。

占空比

任何方波的参数之一是占空比。大多数方波是50%，这是在讨论它们时的常态，但它们不必是对称的。ON时间可以在信号完全关闭到完全打开之间完全变化，从0%到100%，以及两者之间的所有范围。

下面展示的是10%、50%和90%占空比的例子。虽然每个的频率相同，但这不是一个要求。

PWM之所以受欢迎的原因很简单。许多负载，如电阻器，将功率整合成一个与百分比相匹配的数字。转换为其模拟等效值是直接的。LED对电流的响应非常非线性，给LED一半的额定电流，你仍然可以得到超过一半的LED所能产生的光。通过PWM，LED产生的光水平非常线性。稍后将讨论的电机对PWM也响应良好。产生PWM的几种方式之一是使用锯齿波形和比较器。如下所示，锯齿波（或三角波）不必对称，但波形的线性很重要。锯齿波形的频率是信号的采样率. 如果没有涉及任何计算，PWM可以非常快。限制因素是比较器的频率响应。这可能不是问题，因为相当多的应用速度相当低。一些微控制器内置了PWM功能，可以根据需要记录或创建信号。PWM的应用非常广泛。它是D类音频放大器的核心，通过增加电压可以增加最大输出，通过选择超出人类听觉范围的频率（通常是44Khz），可以使用PWM。扬声器不会响应高频，但会复制低频，即音频信号。可以使用更高的采样率以获得更好的保真度，100Khz或更高的采样率并不罕见。 另一个流行的应用是电机速度控制。作为一个类别，电机需要非常高的电流来运行。能够通过PWM改变它们的速度可以大大提高整个系统的效率。与线性方法相比，PWM在控制低转速下的电机速度更为有效。H桥PWM经常与H桥一起使用。这种配置之所以被称为H桥，是因为它类似于字母H，并且可以通过负载的两侧切换电源，从而将负载上的有效电压加倍。在感性负载的情况下，例如电机，使用二极管来抑制可能损坏晶体管的感性尖峰。电机中的电感也倾向于排斥波形的高频分量。这种配置也可以用于D类音频放大器的扬声器。虽然基本准确，但这个H桥的电路图有一个严重缺陷，即在MOSFET之间切换时，顶部和底部的两个晶体管可能会同时导通，从而承受电源的全部冲击。这种情况被称为直通（shoot through），并且可能发生在H桥中使用的任何类型的晶体管上。如果电源足够强大，晶体管将无法承受。这是通过在晶体管前面使用驱动器来处理的，允许一个晶体管关闭后才允许另一个晶体管导通。 效率在这种情况下是以瓦特为单位来衡量的。如果你有一个90%效率的SMPS，并且它将12VDC转换为5VDC，输出电流为10安培，那么12V端将大约需要4.6安培的电流。未被计算在内的10%（5瓦特）将表现为浪费的热量。虽然这种调节器稍微有些噪音，但它的运行会比线性对应物凉爽得多。