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技術(shù)專(zhuān)題
PWM微控制器：PCB布局提示和配置
一個(gè)完美的例子是脈寬調(diào)制（PWM），與其他效率較低的調(diào)制方法相比，它可以產(chǎn)生可變水平的功率。PWM的原理被用于許多應(yīng)用中，例如電信，音頻效果和照明，以及可通過(guò)微控制器生成PWM信號(hào)的電子設(shè)備。讓我們看一下PWM的電子效應(yīng)，以及如何最好地布置PWM微控制器的電路。
傳統(tǒng)上，可變功率是通過(guò)連接到電動(dòng)機(jī)或任何正在運(yùn)行的設(shè)備的變阻器來(lái)控制的。對(duì)于電動(dòng)機(jī)，變阻器會(huì)調(diào)節(jié)流經(jīng)電動(dòng)機(jī)的電流量以產(chǎn)生不同的速度。盡管這已經(jīng)奏效了（例如帶腳踏板的縫紉機(jī)等較舊的設(shè)備），但效率也很低。變阻器將通過(guò)轉(zhuǎn)換成熱量而浪費(fèi)的功率浪費(fèi)了。
這種類(lèi)型的控制是模擬系統(tǒng)的典型功能。例如，采用線(xiàn)性電源，由于要控制的電流量，線(xiàn)性電源可能在其運(yùn)行中產(chǎn)生大量熱量。由于需要操作數(shù)字系統(tǒng)，例如小型風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)，燈和其他設(shè)備，因此需要另一種更有效的功率調(diào)制方法。答案就是PWM，事實(shí)證明PWM是這些應(yīng)用的絕佳解決方案。
脈沖寬度調(diào)制是一種通過(guò)更改脈沖寬度而不是更改信號(hào)頻率來(lái)調(diào)制功率的方法。這將使用數(shù)字電路而不是模擬電路來(lái)產(chǎn)生可變電壓。數(shù)字電路通常僅產(chǎn)生兩個(gè)電壓：高電壓和低電壓，或開(kāi)和關(guān)。為了從數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生PWM功率，信號(hào)被分解為ON和OFF。脈沖周期的持續(xù)時(shí)間是恒定的，但是脈沖處于ON或OFF狀態(tài)的時(shí)間會(huì)改變。
脈沖的ON或高狀態(tài)稱(chēng)為“占空比”，這對(duì)于產(chǎn)生可變功率非常重要。例如，占空比為50％意味著脈沖的一半處于高電平狀態(tài)，而另一半則處于低電平狀態(tài)。如果信號(hào)的高態(tài)為5伏，低態(tài)為0伏，則輸出電壓將為2.5伏。由于總脈沖時(shí)間是恒定的，因此25％的占空比將導(dǎo)致四分之一的脈沖處于高狀態(tài)，而四分之三的脈沖將處于低狀態(tài)。這將為您提供1.25伏的輸出。通過(guò)改變占空比，可以改變電壓輸出。
PWM是一種非常有效的數(shù)字控制功率的方法。盡管許多PWM電路是使用不同的時(shí)序芯片構(gòu)建的，但微處理器芯片中也有PWM輸出。計(jì)算機(jī)CPU中內(nèi)置的PWM功能在控制變速風(fēng)扇電機(jī)或LED方面非常有用。例如，對(duì)于LED，當(dāng)向它們施加電流時(shí)，它們是非線(xiàn)性的，僅用50％的電流就不會(huì)產(chǎn)生50％的光。這使LED難以通過(guò)改變電流來(lái)控制，而使用PWM則可以對(duì)光水平進(jìn)行更線(xiàn)性的控制。接下來(lái)，我們將看一些關(guān)于如何布置微控制器PWM電路的想法。
從微控制器布置PWM電路類(lèi)似于在印刷電路板上布置其他類(lèi)型的電源電路; 負(fù)載設(shè)備應(yīng)放置在靠近PWM輸出的位置，以最小化阻抗。提前對(duì)布局進(jìn)行布局規(guī)劃對(duì)于充分利用冷卻風(fēng)扇并確保較大的組件不會(huì)阻塞流向控制器或其他矮型組件的空氣流至關(guān)重要。另外，還要確保將PWM電路與其他敏感電路隔離開(kāi)來(lái)，并盡可能避免在PWM電路下方布線(xiàn)其他電路。使用內(nèi)部接地層作為對(duì)其他信號(hào)層的屏蔽也是一個(gè)好主意。