PWM（脈寬調(diào)制）作為一種廣泛應(yīng)用的信號控制技術(shù)，其核心要素之一便是占空比。深入理解占空比的概念、計算方法以及在不同應(yīng)用場景中的作用，對于掌握 PWM 技術(shù)至關(guān)重要。

一、占空比的概念

占空比（Duty Cycle）是用于衡量周期性信號中特定狀態(tài)（通常為高電平）在一個完整周期內(nèi)所占時間比例的參數(shù)。

具體而言，它反映了信號處于高電平狀態(tài)的時間與整個周期時間的比值，以百分比形式呈現(xiàn)，范圍在 0% 至 100% 之間。

其計算公式為：

占空比 =（脈沖高電平持續(xù)時間（Ton）/ 脈沖周期（T））×100%

其中，脈沖高電平持續(xù)時間（Ton）是指脈沖信號維持高電平狀態(tài)的時長；脈沖周期（T）則是信號從起始點到再次重復(fù)所需的時間，等于高電平時間與低電平時間之和。

例如，若某脈沖信號的高電平持續(xù)時間為 6 毫秒（ms），周期為 10 毫秒（ms），則其占空比為（6/10）×100% = 60%。

二、PWM 與占空比的關(guān)系

PWM 技術(shù)通過調(diào)節(jié)信號的占空比來實現(xiàn)對電路輸出的精準(zhǔn)控制。在電路控制領(lǐng)域，PWM 應(yīng)用廣泛，涵蓋模擬信號數(shù)字化、電機速度調(diào)控以及燈光亮度調(diào)節(jié)等多個方面。

在實際應(yīng)用中，通過改變控制器設(shè)置或調(diào)整硬件連接方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對 PWM 信號占空比的有效控制。以單片機為例，其通常配備專門的 PWM 通道用于輸出脈寬調(diào)制信號，借助軟件設(shè)定相應(yīng)數(shù)值，即可靈活改變 PWM 信號的占空比，進而滿足不同電路輸出控制需求。

三、應(yīng)用場景分析

電機控制

占空比與電機平均電壓呈正相關(guān)關(guān)系，占空比越大，電機獲得的平均電壓越高，進而導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)速加快。在電機控制應(yīng)用中，需根據(jù)電機性能及實際需求選擇合適的 PWM 信號頻率范圍，一般在 50Hz 至 20kHz 之間。這一頻率范圍旨在平衡電機運行的穩(wěn)定性與能耗，確保電機在高效、穩(wěn)定的狀態(tài)下運行。

LED 調(diào)光

借助高頻 PWM 信號（頻率大于 80Hz），通過調(diào)節(jié)占空比可實現(xiàn)對 LED 亮度的無極調(diào)節(jié)，且不會產(chǎn)生肉眼可見的閃爍現(xiàn)象。當(dāng)占空比增大時，LED 的亮態(tài)時間延長，人眼感知到的亮度也隨之增加；反之，占空比減小，LED 亮度降低。

電源轉(zhuǎn)換

在 BUCK（降壓）或 BOOST（升壓）等電源轉(zhuǎn)換電路中，占空比的調(diào)節(jié)對輸出電壓與輸入電壓的比值起著關(guān)鍵作用。通過精確控制 PWM 信號的占空比，可實現(xiàn)對輸出電壓的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，滿足不同負(fù)載對電壓的需求，提高電源轉(zhuǎn)換效率及穩(wěn)定性。
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