脉宽调制（PWM）概念及 555 定时器应用详解
一、脉宽调制的概念
脉宽调制（PWM）是一种通过调节方波占空比来控制功率输出的技术。具体而言，电路会产生特定频率的方波信号，通过调整高电平在每个周期内所占的时间比例（即占空比），可以实现对电机转速、LED 亮度等负载功率的精准控制。在一个周期内，高电平持续时间与总周期时间的比值即为占空比。高电平持续时间越长，占空比越高，输出功率也随之增大。因此，只需调节每个周期内高电平的持续时间，就能方便地改变输出功率，进而实现对各种负载的精确控制。
二、555 定时器 PWM 电路及原理
基于 555 定时器的 PWM 电路因其成本低、外围元件少且可靠性高而被广泛应用，特别是在电机调速和 LED 调光等领域。
（一）555 PWM 调光电路
该电路能够有效调节电机转速和 LED 亮度，无需复杂调试，具有很高的实用性。测试表明，其性能完全满足实际应用需求。
（二）宽范围 PWM 产生电路
为了实现宽范围的输入电压适应性（即宽稳压范围），可以在 555 定时器的基础上，通过添加一个二极管和一个电位器，将其改造成一个宽范围 PWM 电路。
以下是该宽范围 PWM 电路的一些关键设计特点和参数：
（三）电路组成与参数设置
仅需在异步模式运行的 555 定时器电路中增加一个二极管和一个电位器，即可生成占空比可调范围在 1% 到 99% 的脉宽调制信号。该电路能够实现对高功率开关器件（如电动机）的有效控制。
（四）电路应用
电动机速度控制 ：此电路的输出可用于驱动 MOSFET，进而控制流经电动机的电流，实现电动机速度的平滑调节，调速范围可达约 90%。
灯光强度控制 ：在灯光控制系统中应用该 PWM 信号，可以有效调节灯光强度，实现灯光的无级调光。
开关电源 ：在开关电源中，PWM 调节允许输出电压在一定范围内可变。通过 555 定时器的 VC 引脚（5 脚）引入反馈信号，可以实现对输出电压的精确控制。当输出电压超过预设阈值时，PWM 信号周期提前结束，从而维持输出电压稳定。此外，微处理器可以通过数字电位器直接调节 PWM 信号，进而控制电动机速度、灯光强度或电源输出电压。
（五）周期因子（DF）相关计算
周期因子（DF）与电阻比值 a 相关，其中 a 是终端 2 和终端 1 之间电阻与终端 3 和终端 1 之间电阻的比值。在选择 R3 = R1 和 R2 = 100×R1 的情况下，DF 的可调范围为 1% 至 99%。在此应用中，可使用数字电位器替代 R2，但需注意数字电位器的峰值电流限制。例如，对于一个 100kΩ 的数字电位器，R1 和 R3 可选为 1kΩ，此时峰值电流约为 5mA。
（六）二极管应用和波形关系
标准二极管可以在递减线性条件下用作 D。对于理想二极管，k = 0.693，
DF 和 α 之间呈线性关系。下图展示了当 α 变化时，VOUT 的波形变化情况。
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