PWM制御とクロック・タイマ

PWM制御とは、パルスの周期を一定に保ったままパルスの幅、すなわちデューティ比を変えることで、負荷に加わる平均的な電圧を調整する制御方式である。クロック・タイマは、発振器の周波数をPLLや分周器によって目的の周波数に変換し、CPUや通信装置、PWM出力などへ供給する仕組みであり、組込みシステムの動作の時間的な正確さを支える。

PWMの原理とDCモーターの制御

DCモーターにPWMを適用する場合、パルスの周期を固定してデューティ比を変えると、モーターに加わる平均電圧が変化し、回転数を制御できる。 パルス数によって回転角を決めるのは、パルスごとに一定角度ずつ動くステッピングモーターの制御であり、DCモーターの回転数を決める方式ではない。

PWM制御は電圧をスイッチングで高速に切り替えるため、スイッチングに伴うノイズが発生することがある。 制御周期を長くすると応答が遅れ、電流やトルクの変動も大きくなり得るため、周期の設定は応答性とのバランスで決める必要がある。

リニア制御は電圧を連続的に調整する方式であり、素子で電力が熱として失われるため、電力損失の面で不利になりやすい。PWM制御はスイッチング動作によってこの損失を抑えやすい。

PWM信号の復調と低域通過フィルタ

PWM信号をアナログ電圧として取り出すには、パルスの高周波成分を取り除き、デューティ比に応じた直流成分を残す必要がある。直列の抵抗と出力側のコンデンサで構成される低域通過フィルタは、この役割を果たす復調回路である。 入力から抵抗を直列に入れ、出力と接地の間に容量を並列に置く構成も、同じ原理で平滑化を行う。

直列にコンデンサを置き、接地側に抵抗を置く構成は、低い周波数を減衰させる高域通過フィルタとなるため、平均電圧は得られない。 抵抗だけの分圧回路は周波数に応じた平滑化作用を持たないため、PWMを電圧に戻す用途には使えない。