4、PWM原理与配置：PWM频率与占空比、定时器配置（以STM32为例）、死区时间设置
说到电机控制，PWM绝对是绕不开的核心技术。说白了，电机调速的本质就是靠PWM来完成的。我刚开始做电机驱动那会儿，总觉得PWM不就是个方波嘛，有啥好研究的？结果第一次调BLDC电机，电机嗡嗡响就是不转，查了半天才发现是PWM频率没选对。嗯，这玩意儿还真不能马虎。
4.1 PWM频率与占空比：两个最关键的参数
PWM信号，你可以想象成一个开关。开的时间长，关的时间短，平均电压就高。反之就低。这里面有两个核心参数：频率和占空比。
频率，就是开关一秒钟来回切换多少次。单位是Hz。频率越高，电机运行越平滑，噪音也越小。但频率太高，MOS管的开关损耗会急剧增加，发热严重。我见过有人把频率设到100kHz，结果MOS管烫得能煎鸡蛋。
占空比，就是高电平时间占整个周期的百分比。0%就是一直关，100%就是一直开。电机转速跟占空比基本成正比。比如50%占空比，电机大概跑一半的速度。
重要经验：对于直流有刷电机，PWM频率通常选1kHz~20kHz。低于1kHz，电机会有明显的顿挫感。高于20kHz，人耳听不到啸叫声，但MOS管损耗会明显上升。我个人习惯，无刷电机用10kHz~20kHz，有刷电机用8kHz~16kHz。
4.2 定时器配置：以STM32为例
STM32的定时器功能非常强大。生成PWM，我们一般用高级定时器（TIM1、TIM8）或者通用定时器（TIM2~TIM5）。高级定时器多了死区插入、刹车输入等功能，做电机控制首选。
配置步骤其实不复杂，我拆开来讲：
- 时钟源选择：定时器挂在哪条总线上，APB1还是APB2？注意，APB2的频率通常更高，适合高速PWM。
- 预分频器设置：决定定时器计数一次的时间。公式：计数时钟 = 总线时钟 / (预分频值 + 1)。
- 自动重装载值：决定PWM周期。周期 = (重装载值 + 1) / 计数时钟。
- 比较值设置：决定占空比。占空比 = 比较值 / (重装载值 + 1)。
- 输出通道配置：选择PWM模式1还是模式2，极性是正还是反。
举个例子，我想输出一个10kHz的PWM，系统时钟72MHz，挂APB1（36MHz）。
// 定时器配置示例（STM32F1，TIM2）
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
// 1. 使能时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
// 2. 配置时基
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 36 - 1; // 预分频，36MHz/36 = 1MHz
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 100 - 1; // 重装载值，1MHz/100 = 10kHz
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
// 3. 配置PWM输出
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; // PWM模式1
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 50; // 比较值，占空比50%
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
// 4. 使能定时器
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);小技巧：我习惯把预分频值设成总线频率的整数分之一，这样计算周期和占空比时不容易出错。比如36MHz，预分频36，得到1MHz的计数时钟，周期和占空比都是整数，调试起来特别方便。
4.3 死区时间设置：电机驱动的保命符
死区时间，这是新手最容易忽略的地方。什么叫死区？就是上下桥臂同时关断的那一小段时间。
为什么会这样？你想想看，MOS管从导通到关断需要时间。如果上管还没完全关断，下管就导通了，那上下管直接短路，电流瞬间飙升，MOS管秒烧。我在项目中遇到过这种情况，第一次调H桥，没设死区，一上电就冒烟了。嗯，从那以后我再也不敢不设死区了。
死区时间怎么算？主要看MOS管的关断延迟时间。一般数据手册会给出td(off)和tf。死区时间至少要大于这两个值之和，再留点余量。
| MOS管型号 | 关断延迟(典型) | 建议死区时间 |
|---|---|---|
| IRF540 | 约50ns | 200ns~500ns |
| IRF3205 | 约60ns | 300ns~600ns |
| N沟道小功率管 | 约20ns | 100ns~300ns |
STM32高级定时器配置死区很简单，用TIM_BreakDeadTimeConfig函数。死区时间单位是定时器的计数时钟周期。比如计数时钟1MHz，一个周期就是1us，设死区值为100，就是100us。
// 死区时间配置示例
TIM_BDTRInitTypeDef TIM_BDTRInitStructure;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSRState = TIM_OSSRState_Enable;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_OSSIState = TIM_OSSIState_Enable;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_LOCKLevel = TIM_LOCKLevel_1;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_DeadTime = 100; // 死区时间，单位：计数时钟周期
TIM_BDTRInitStructure.TIM_Break = TIM_Break_Disable;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_BreakPolarity = TIM_BreakPolarity_High;
TIM_BDTRInitStructure.TIM_AutomaticOutput = TIM_AutomaticOutput_Enable;
TIM_BDTRConfig(TIM1, &TIM_BDTRInitStructure);警告：死区时间不是越大越好。死区太大，电机在换相时会有明显的电流断续，导致转矩脉动，电机运行不平稳。我一般从500ns开始试，用示波器看上下管波形，确保没有直通，然后逐步减小，找到平衡点。
4.4 实战中的几个坑
最后分享几个我踩过的坑：
- PWM频率和电机电感要匹配：频率太低，电流纹波大，电机发热。频率太高，MOS管开关损耗大。我一般先算一下电机的时间常数，然后选频率在时间常数的10倍左右。
- 占空比不要到0%或100%：极端占空比会导致MOS管长时间导通或关断，容易出问题。我习惯限制在5%~95%之间。
- 死区时间要实测验证：别光看数据手册。不同批次、不同温度的MOS管参数会有差异。上电后用示波器抓一下上下管的栅极波形，确认没有重叠。
- 注意定时器的时钟源：STM32的定时器时钟可能跟总线时钟不同步。我遇到过APB1预分频后，定时器时钟翻倍的情况，导致PWM频率算错。建议用CubeMX自动配置，省心。
PWM配置说难不难，说简单也不简单。关键是要理解背后的原理，然后多动手调试。你只要把频率、占空比、死区这三个参数搞明白了，电机控制就入门了一大半。