脈衝寬度調變

在過去，當只有部分能量需求(以縫紉機馬達為例)，一個變阻器(被放在縫紉機的腳踏板上)串接在一個馬達上將會調整流入馬達中的電流，同時會因為電阻發熱而消耗一些能量。這其實是一個可以接受(因為總能量夠低)但沒有效率的方式。然而，變阻器只是一個控制能量的方法之一(可參考自耦變壓器做為參考)，因此需要实现一個可以達到較低成本又有效率的調整方法。這個機制同時可以被運用來當作電扇馬達、幫浦馬達、機器伺服等，同時必須足夠精細與檯燈系統互動，因此，脈衝寬度調變應運而生，作為這個複雜問題的一個解決方案。

一種早期的脈衝寬度調變方式是辛克萊X10，一個在1960年代的10瓦音樂放大器之套件版本。差不多時期脈衝寬度調變亦開始被應用在交流電馬達控制之上。[1]

而在最近一個世紀中，有些變速的電子馬達已經有很好的效率，但他們相較於等速馬達來說較為複雜，而且有些時候需要較為大型的外部儀器輔助，像是可變電阻及如沃德里奧納多驅動器一樣的(Ward Leonard drive （页面存档备份，存于）)旋轉器。

圖一: 一個脈衝波, 顯示 ${\displaystyle y_{\text{min}}}$, ${\displaystyle y_{\text{max}}}$ 和工作循環D的關係.

脈衝寬度調變使用一個脈衝寬度會被調變的方波，使得波型的平均值會有所變化。如果我們考慮一個週期為 ${\displaystyle T}$ 的脈衝波 ${\displaystyle f(t)}$ ，低值 ${\displaystyle y_{\text{min}}}$ ，高值為 ${\displaystyle y_{\text{max}}}$ ，跟一個工作循環D(duty cycle)，(參照右圖)，此波的平均值為：

${\displaystyle {\bar {y}}={\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}f(t)\,dt.}$

當 ${\displaystyle f(t)}$ 是一個脈衝波，它的值在 ${\displaystyle 0<t<D\cdot T}$ 是 ${\displaystyle y_{\text{max}}}$，而在 ${\displaystyle D\cdot T<t<T}$ 是 ${\displaystyle y_{\text{min}}}$，上式的描述可以變為：

${\displaystyle {\begin{aligned}{\bar {y}}&={\frac {1}{T}}\left(\int _{0}^{DT}y_{\text{max}}\,dt+\int _{DT}^{T}y_{\text{min}}\,dt\right)\\&={\frac {1}{T}}\left(D\cdot T\cdot y_{\text{max}}+T\left(1-D\right)y_{\text{min}}\right)\\&=D\cdot y_{\text{max}}+\left(1-D\right)y_{\text{min}}.\end{aligned}}}$

以上表示可以在很多狀況下被簡化，當 ${\displaystyle y_{\text{min}}=0}$ 及 ${\displaystyle {\bar {y}}=D\cdot y_{\text{max}}}$。從這是可以看出，波型的平均值非常明顯地直接與工作循環之值D有關。

圖二: 一個可以對於給定的訊號簡單產生脈衝寬度調變的方法，收到訊號(紅色線)相比於一個鋸齒波(藍色線)，當後者比前者小時，調變後訊號會在高狀態，反之則在低狀態。

最簡單可以產生一個脈衝寬度調變訊號的方式是交集性方法(intersective method)，這個方法只需要使用鋸齒波或三角波(可以簡單地使用震盪器來產生)，以及一個比較器。當參考的訊號值(圖二的紅色波)比鋸齒波(圖二的藍色波)來的大，則脈衝調變後的結果會在高狀態，反之，則在低狀態。

微分調變

以微分調變作為控制脈衝寬度調變的方法，輸出訊號將會被積分，同時結果也會被拿來與參考訊號增減一個偏移量(作為比較的邊界)比較。當每一次的積分結果到達邊界時，脈衝調變訊號便會轉變狀態如圖三。

圖三: 微分脈衝寬度調變的原理. 輸出訊號 (藍色) 與邊界做比較 (綠色). 這些邊界是由參考訊號(紅色)增減一個篇偏移量得到。當每一次輸出訊號到達其中一個邊界，脈衝寬度調變訊號便會轉換狀態

积分-微分調變

以积分-微分調變作為控制脈衝寬度調變的方法，參考訊號與輸出訊號會相減得到誤差訊號。 同時此誤差會被積分，若積分超過邊界，輸出結果便會轉換狀態(參考圖四)。

圖四:微分-积分脈衝寬度調變的原理。 上面綠色的波型是參考訊號，輸出訊號(下圖，脈衝寬度調變)會與之相減得到誤差訊號(上圖之藍線)。 此誤差會被積分(中圖)，若積分超過邊界(紅線)，輸出結果便會轉換狀態。

• ΔΣ調變
• 脈衝振幅調變
• 脈衝編碼調變
• 脈衝相位調變
• 空間向量調變

维基共享资源上的相关多媒体资源：脈衝寬度調變

• Tutorial video on PWM including example motor speed control and LED dimming circuits Portuguese Web Archive的存檔，存档日期2016-05-16
• An Introduction to Delta Sigma Converters （页面存档备份，存于）
• Pulse Width Modulation in PID control loop - free simulator （页面存档备份，存于）
• Pulse Width Modulation in Desktop monitors - monitor flicker （页面存档备份，存于）