脈寬調(diào)制（PWM）概念及 555 定時(shí)器應(yīng)用詳解
一、脈寬調(diào)制的概念
脈寬調(diào)制（PWM）是一種通過調(diào)節(jié)方波占空比來控制功率輸出的技術(shù)。具體而言，電路會(huì)產(chǎn)生特定頻率的方波信號(hào)，通過調(diào)整高電平在每個(gè)周期內(nèi)所占的時(shí)間比例（即占空比），可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速、LED 亮度等負(fù)載功率的精準(zhǔn)控制。在一個(gè)周期內(nèi)，高電平持續(xù)時(shí)間與總周期時(shí)間的比值即為占空比。高電平持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，占空比越高，輸出功率也隨之增大。因此，只需調(diào)節(jié)每個(gè)周期內(nèi)高電平的持續(xù)時(shí)間，就能方便地改變輸出功率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)各種負(fù)載的精確控制。
二、555 定時(shí)器 PWM 電路及原理
基于 555 定時(shí)器的 PWM 電路因其成本低、外圍元件少且可靠性高而被廣泛應(yīng)用，特別是在電機(jī)調(diào)速和 LED 調(diào)光等領(lǐng)域。
（一）555 PWM 調(diào)光電路
該電路能夠有效調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速和 LED 亮度，無需復(fù)雜調(diào)試，具有很高的實(shí)用性。測(cè)試表明，其性能完全滿足實(shí)際應(yīng)用需求。
（二）寬范圍 PWM 產(chǎn)生電路
為了實(shí)現(xiàn)寬范圍的輸入電壓適應(yīng)性（即寬穩(wěn)壓范圍），可以在 555 定時(shí)器的基礎(chǔ)上，通過添加一個(gè)二極管和一個(gè)電位器，將其改造成一個(gè)寬范圍 PWM 電路。
以下是該寬范圍 PWM 電路的一些關(guān)鍵設(shè)計(jì)特點(diǎn)和參數(shù)：
（三）電路組成與參數(shù)設(shè)置
僅需在異步模式運(yùn)行的 555 定時(shí)器電路中增加一個(gè)二極管和一個(gè)電位器，即可生成占空比可調(diào)范圍在 1% 到 99% 的脈寬調(diào)制信號(hào)。該電路能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高功率開關(guān)器件（如電動(dòng)機(jī)）的有效控制。
（四）電路應(yīng)用
電動(dòng)機(jī)速度控制 ：此電路的輸出可用于驅(qū)動(dòng) MOSFET，進(jìn)而控制流經(jīng)電動(dòng)機(jī)的電流，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)速度的平滑調(diào)節(jié)，調(diào)速范圍可達(dá)約 90%。
燈光強(qiáng)度控制 ：在燈光控制系統(tǒng)中應(yīng)用該 PWM 信號(hào)，可以有效調(diào)節(jié)燈光強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)燈光的無級(jí)調(diào)光。
開關(guān)電源 ：在開關(guān)電源中，PWM 調(diào)節(jié)允許輸出電壓在一定范圍內(nèi)可變。通過 555 定時(shí)器的 VC 引腳（5 腳）引入反饋信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的精確控制。當(dāng)輸出電壓超過預(yù)設(shè)閾值時(shí)，PWM 信號(hào)周期提前結(jié)束，從而維持輸出電壓穩(wěn)定。此外，微處理器可以通過數(shù)字電位器直接調(diào)節(jié) PWM 信號(hào)，進(jìn)而控制電動(dòng)機(jī)速度、燈光強(qiáng)度或電源輸出電壓。
（五）周期因子（DF）相關(guān)計(jì)算
周期因子（DF）與電阻比值 a 相關(guān)，其中 a 是終端 2 和終端 1 之間電阻與終端 3 和終端 1 之間電阻的比值。在選擇 R3 = R1 和 R2 = 100×R1 的情況下，DF 的可調(diào)范圍為 1% 至 99%。在此應(yīng)用中，可使用數(shù)字電位器替代 R2，但需注意數(shù)字電位器的峰值電流限制。例如，對(duì)于一個(gè) 100kΩ 的數(shù)字電位器，R1 和 R3 可選為 1kΩ，此時(shí)峰值電流約為 5mA。
（六）二極管應(yīng)用和波形關(guān)系
標(biāo)準(zhǔn)二極管可以在遞減線性條件下用作 D。對(duì)于理想二極管，k = 0.693，
DF 和 α 之間呈線性關(guān)系。下圖展示了當(dāng) α 變化時(shí)，VOUT 的波形變化情況。
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