【電気電子工学】PWM制御の原理を初心者が解説

電気電子工学

PWM制御について

PWM制御とは

PWM(Pulse Width Modulation)とは、半導体を使った電力を制御する方式の1つです。オンとオフの繰り返しスイッチングを行い、出力される電力を制御します。一定電圧の入力から、パルス列のオンとオフの一定周期を作り、オンの時間幅を変化させる電力制御方式を PWM と呼びます。早い周期でスイッチングを行うことで、オンのパルス幅に比例した任意の電圧が得られます。これは、半導体がオンとオフ状態が最も損失が少ない(中間状態は損失多い)ことを利用した電力制御方式です。

引用:「PWMとは」

PWMとは | 東芝デバイス&ストレージ株式会社 | 日本

簡単にまとめるとオンとオフのスイッチングを行うことでパルス波を生成し、パルス波のオンの時間幅を変化させる電力制御方式のことをPWMと呼びます。

パルス波

パルス波はアナログシンセサイザーの古典的音色のひとつで、振幅が最大値と最小値のどちらかの値をとるように周期的に変化する音色のことである。ほかには以下のようなものがあり、いずれも一つまたは複数のコンデンサーの組み合わせを含む電子回路により発生する。

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』

https://ja.wikipedia.org/wiki/パルス波

sin波とかも最大値、最小値をとるように周期的に変化するのでこのパルス波に含まれますね。

PWMの構成図

コンパレータの仕組み

コンパレータには正弦波電圧信号三角波信号を入力する。

コンパレータの出力条件

正弦波電圧信号

三角波信号

出力

+Vc

+Vd

の対応に基づいて出力を変更します。

PWMの役割

MOSFETを制御する

先ほどPWMによって生成されたパルス波はMOSFETを制御するために使われます。MOSFETというのは電源スイッチのことを指します。MOSFETによって直流電流の流れる向きを変化させることで交流を作りだすので、このスイッチの切り替え(スイッチングがノイズが入っていなくて、速ければ速いほど綺麗な交流が作れることになります。またスッチングの周期はパルス幅によって決まり、パルス幅はコンパレータに入力する三角波(搬送波)によって確定します。

出力電圧と出力周波数を変える方法

出力周波数

出力電圧

PWM制御の三角波の周期

PWM制御の正弦波電圧の振幅

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