第 2 节

最简单的开关电路:方波输出

用开关 + PWM 控制,负载两端得到的是一个方波。平均值 Vout = D × VIN。

现在我们用开关替代分压电阻。一个 DC 电源,一个由 PWM 信号控制的开关,直接接一个电阻负载。

当开关导通时,负载得到 VIN(12V);当开关关断时,负载电压为 0。输出是一个在 0 和 VIN 之间跳变的方波。

这个方波的平均值是 Vout_avg = D × VIN,其中 D 是占空比(导通时间占整个周期的比例)。如果 D=50%,平均输出就是 6V。

效率呢?理想开关导通时 Ron≈0,没有压降所以没有功耗;关断时没有电流流过,也没有功耗。所以开关本身几乎不浪费能量!

但问题是:我们需要的是稳定的 DC 6V,而不是一个 0-12V 的方波。如何把这个方波'整形'成平滑的直流?

开关 + 电阻负载:方波输出

VIN=12V, PWM 10kHz, D=50%。输出是 0-12V 方波,平均值 6V。

读完这一节后,先运行示例,再对照上面的观察点去看节点、电流和波形变化;如果想继续自由操作,可以把当前示例单独打开。

本节抓手

  • 开关 + PWM 可以产生平均值可调的方波
  • Vout_avg = D × VIN(D 为占空比)
  • 开关本身几乎不消耗功率——效率的关键
  • 但方波不是我们要的 DC 输出,需要滤波

建议观察

  • 输出波形是清晰的方波:高电平≈12V,低电平≈0V
  • 尝试修改 PWM 的 width 参数改变占空比,观察平均值变化