PWM如何驱动直流电机：原理与应用

本文探讨了PWM（脉宽调制）如何驱动直流电机，通过分析直流电机的工作原理、PWM信号的作用、以及电机驱动模块的使用来全面了解其控制方法。

1. 直流电机的工作原理

直流电机是一种将电能转化为机械能的设备，电流在电机内部的磁场中产生力矩，推动转子旋转。电机的转速与其接收的电压成正比：电压越高，转速越快。然而，直接调节电压并不方便，于是引入了PWM技术，通过控制电压的平均值来间接调节电机转速。

2. PWM控制电机转速的原理

PWM通过快速切换高低电平来调节电机获取的平均电压。其核心在于占空比，即高电平持续时间与整个周期的比例：

因此，通过控制PWM信号的占空比，可以精准控制电机的转速。

3. 占空比与转速的关系

占空比决定了电机的平均驱动电压，进而影响电机的转速。占空比公式如下：

平均电压=电源电压×占空比\text{平均电压} = \text{电源电压} \times \text{占空比}平均电压=电源电压×占空比

通过调节占空比的大小，可以更高效、更容易地控制电机的转速，而无需改变电源电压。

4. PWM频率对电机的影响

除了占空比，PWM信号的频率也会影响电机的性能。频率过低时，电机可能会出现“脉动”现象，甚至发出类似蜂鸣器的噪音。这种电磁噪音是由于电机的振动与电流波动一致，尤其在20Hz到20kHz的可听范围内。

解决办法：

5. 电机驱动模块详解（以TB6612为例）

在控制直流电机时，通常使用电机驱动模块。以TB6612为例，它能够控制双电机的速度与方向。TB6612模块的关键引脚和功能如下：

TB6612内部集成了H桥电路，通过控制电流方向实现电机的正反转与刹车功能。H桥结构使得控制变得简单、高效。

6. 占空比、转速与扭矩的关系

PWM不仅可以调节电机的转速，还影响着电机的扭矩。占空比越高，电机获得的电流越多，输出的扭矩也越大。扭矩决定了电机能否推动更大的负载，尤其在重载情况下，高占空比有助于保持足够的扭矩。

总结

PWM技术通过调节占空比来控制直流电机的转速和扭矩，占空比越高，转速和扭矩越大。同时，PWM频率的选择也非常关键，频率过低会导致电机出现振动和噪音，通过提高频率或使用滤波电路可以有效改善这一问题。电机驱动模块如TB6612大大简化了电机的控制，通过H桥电路实现方向和速度的调节。

你在使用PWM控制电机时遇到过哪些挑战？有没有尝试过不同频率下的电机表现呢？欢迎分享你的经验与见解！

作者：sewinger