同样的 PWM，为什么不同负载表现不同？｜引脚电路 08

第一系列解释了周期和占空比。这次沿着信号往外走：GPIO 输出 PWM 后，负载究竟接收了什么？为什么不能把“占空比 50%”直接翻译成“任何东西都变成一半”？

GIF 为理想低侧开关和负载响应模型，非芯片仿真、非硬件实测。时间与电流尺度用于教学；只讨论适合开关驱动的低压负载，实际模块应遵循自身接口规范。

信号与功率分开

PWM 首先是一种时序控制：在每个周期里，有一段时间请求接通，剩下时间请求断开。外部 MOS 管或驱动器把这个意图变成负载电流的变化。

GPIO 不因输出 PWM 就获得额外承载电流的能力。负载电源、功率开关、回流路径和保护器件，仍要按实际电流选择。软件的占空比设置不能替代这些条件。

图中明确区分控制线与负载回路；这有助于检查一个常见错误：把高电流负载当作普通指示灯直接接在引脚上。

电阻性负载可以先算清

假设理想开关把固定电源 V 加在电阻 R 上，接通时功率为 V²/R，断开时为零。那么周期平均功率为 D×V²/R，其中 D 是占空比。

注意它不是把平均电压 D×V 平方后再除以 R。以 D=50% 为例，理想平均功率是一半，不是四分之一。相应的电压有效值是 V×√D。这些关系来自本课指定的理想电阻负载，不应随意迁移到所有设备。

LED 亮度还受电流驱动方式和视觉感知影响；电热负载还受温度反馈影响。即使输入平均功率符合公式，最终观察量也未必线性。

电机电流不会照着方波跳

电机包含电感、电阻，还会在旋转时产生反电动势。接通时电流怎样上升、断开时怎样衰减，与这些因素和续流方式有关。第三张图只画带续流通路的定性电流纹波，不代表真实电机转速曲线。

占空比改变的是驱动条件，转速还取决于负载、摩擦、供电和控制策略。低占空比时电机甚至可能起不来，因此“占空比一半等于转速一半”不能作为普遍规律。

PWM 频率也有取舍：提高频率可能减小某些纹波、避开部分可听声音，但会增加开关次数和驱动负担。实际开关的过渡时间、栅电荷及散热决定了不能无限提速。

看完再猜

把 5V 的 PWM 接到要求稳定 2.5V 的模拟输入，占空比 50% 就等价吗？不等价。引脚仍会看到高低脉冲；只有在适当滤波、负载和允许电压条件下，才可能得到有纹波的平均量。下一课就解释这个滤波过程。

资料：TI 栅极驱动基础、TI DRV8833 功能与衰减模式。本课功率关系为指定理想模型的推导。

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