PWM（脉冲宽度调制）是一种广泛应用于电机控制领域的调制技术。它通过调节脉冲信号的占空比，实现对电机转速的精确控制。在电机控制中，PWM 信号经过处理后可直接驱动，以此来实现对电机的有效控制。下面将详细介绍 PWM 控制电机的几种模式及其特点。

PWM 控制电机的模式及特点

1. 双极模式
   双极模式下，电枢电压极性呈正负交替状态。其优点十分显著，能够实现电机的正反转运行，启动速度快，调速精度高，动态性能良好，调速静差小，调速范围大，还具备加速、减速、刹车、倒转等功能。在负载超过设定速度时，能提供反向力矩，并且可以克服电机轴承的静态摩擦力，实现非常低的转速。然而，该模式的控制电路较为复杂，这在一定程度上增加了系统的设计难度和成本。
2. 单极模式
   单极模式中，电机电枢驱动电压极性单一。它具有启动快的特点，能够实现加速、刹车以及能耗制动和能量反馈。虽然其调速性能稍逊于双极模式，但差距不大，电机特性也较为良好。若接成 H 桥模式，同样可以实现电机的反转，在负载超速时也能提供反向力矩。不过，该模式存在一些局限性，刹车时无法将速度减速到 0，当速度接近 0 时没有制动力，也不能突然倒转，动态性能欠佳，调速静差稍大。
3. 受限单极模式
   受限单极模式除了采用单极调制外，能耗制动通路受到限制。其优点是控制电路简单，若接成 H 桥模式也能实现正反转。但缺点也较为明显，不能进行刹车和能耗制动，在负载超过设定速度时无法提供反向力矩，调速静差大，调速性能差，稳定性也不好。

图 1：受限单极模式相关图示

不同模式的应用分析

在实际应用中，受限单极调制模式较为常见，它只有加速和调速功能，没有刹车功能，电机速度下降主要依靠负载摩擦，也没有负力矩。例如，以前的有刷电动自行车就采用这种控制方法，虽然速度控制不够精确，但能满足基本需求。
若要实现电机的正反转，常采用类似图 2 和图 4 的接法，虽接成 H 桥样子，但实际上还是受限单极调制。把图 2 中的 Q4 拿掉，Q1 变成一个，电路就又变成了图 1 的样子。

图 2：单极调制与双极调制相关图示

刹车功能的实现

若想让电机具备刹车功能，必须使用一个与 PWM 信号互补的 PWM 信号。该信号在 PWM 关断期间，为电机提供一个续流通道，类似于电源的同步续流，也被称为同步整流。与二极管相比，使用 MOS 管作为续流通道有两个明显优势：一是导通压降低，发热少，效率更高；二是二极管上不能产生反向电流，而 MOS 管可以通过反向电流。当电机反电动势在 PWM 关断时间的伏秒数大于电源电压在 PWM 开通时间加在电机上的伏秒数时，电机会产生反向电流，从而产生反向力矩，实现电机的减速或刹车。而且，电机上的反向电流还会在 PWM 开通时间回馈到电源中，实现能量回馈。不过，如果电源不是二次，会使母线电压升高，需要采取一些能量消耗的措施。
PWM 的占空比能够控制电机的转速，占空比加大，电机加速；占空比减小，电机减速；若减得快，就相当于刹车，控制得当可实现迅速而柔和的刹车效果。但如果占空比突然减到 0，相当于把电机短路，属于急刹车，是否损坏电机取决于电机的内阻、功率、惯性以及功率管的过载能力，同时也考验电机的机械强度。更急的刹车办法是把电机切换到反向运行状态，但这种方法有很大隐患，容易造成器件损坏。因此，如果需要电机带刹车功能，应尽量使用单极调制或双极调制，避免使用受限单极调制模式，如一般电动轮椅的电机就采用这种合适的模式控制。

图 3：双极模式相关图示

双极模式的特点与应用

双极模式只有 H 桥一种接法，且 4 只管子同时工作。斜对角的两个管子通相同相位的信号，另外两只管子用与之互补的信号驱动。在 PWM 导通期间，电机两端的驱动电压为正；在 PWM 关断期间，电机两端驱动电压为负。当 PWM 占空比为 50% 时，电机并非静止，而是在原地抖动，因为电机上的电流是交流的，这种抖动能有效克服电机的静摩擦，使电机能快速启动，迅速反应，适用于需要动态性能好的场合，如光驱里面控制光头前后移动的电机、直流伺服电机以及二轮小车驱动车轮的电机等。
此外，单极和双极调制也可以将 4 只管子都关断，使电机自由减速，而不是依靠反向力矩来减速。
综上所述，PWM 控制电机在不同模式下具有各自的特点和适用场景。在实际应用中，需要根据具体需求合理选择控制模式，以实现电机的高效、稳定运行。同时，PWM 输出频率一般为几千赫兹，可有效抑制电机的噪声和震动，通过调节占空比来调节直流电压，从而精确控制电机转速。