PWM回路を設計するにはどうすればよいですか?

パルス幅変調 (PWM) 回路は、パワー エレクトロニクスから制御システムに至るまで、さまざまなアプリケーションで広く使用されています。 PWM サプライヤーとして、私は PWM 回路の多様な用途と適切な設計の重要性を目の当たりにする機会に恵まれました。このブログ投稿では、PWM 回路を効果的に設計する方法についていくつかの洞察を共有します。

PWM の基本を理解する

設計プロセスに入る前に、PWM とは何かを理解することが重要です。 PWM は、周期信号のパルス幅を変更することで負荷に供給される電力を制御するために使用される技術です。信号の周期に対するパルス幅の比率はデューティ サイクルと呼ばれます。デューティ サイクルが高いほど、より多くの電力が負荷に供給されることを意味し、デューティ サイクルが低いほど、電力が少ないことを意味します。

PWM 回路の基本コンポーネントには、通常、パルス発生器、コンパレータ、出力段が含まれます。パルス発生器は周期信号を生成し、それがコンパレータで制御信号と比較されます。コンパレータの出力は出力段を駆動するために使用され、負荷に供給される電力を制御します。

ステップ 1: 要件を定義する

PWM 回路設計の最初のステップは、要件を定義することです。これには、負荷の出力電圧、電流、電力要件、および PWM 信号の望ましい周波数とデューティ サイクル範囲の決定が含まれます。たとえば、PWM 回路を設計している場合、10A PWM ソーラー充電コントローラー、コントローラーが処理できる最大電流、ソーラーパネルとバッテリーの電圧、および必要な充電アルゴリズムを考慮する必要があります。

考慮すべきその他の要素には、動作温度範囲、効率要件、コストの制約などがあります。これらの要件は、コンポーネントの選択と回路全体の設計の指針となります。

ステップ 2: コンポーネントを選択する

要件が定義されたら、次のステップは PWM 回路のコンポーネントを選択することです。主なコンポーネントは次のとおりです。

• パルスジェネレータ: これは、専用の PWM コントローラ IC または PWM 機能を備えたマイクロコントローラです。専用の PWM コントローラ IC は、PWM 信号を正確に制御できるため、高電力アプリケーションでよく使用されます。一方、マイクロコントローラーはより柔軟で、さまざまな周波数とデューティ サイクルの PWM 信号を生成するようにプログラムできます。
• コンパレータ: コンパレータは、制御信号とパルス発生器によって生成された周期信号を比較するために使用されます。単純なオペアンプまたは専用のコンパレータ IC を使用できます。
• 出力段: 出力段は負荷の駆動を担当します。負荷の電力要件に応じて、トランジスタ、MOSFET、または IGBT を使用できます。

コンポーネントを選択するときは、必要な電圧、電流、電力レベルに対応できるコンポーネントを選択することが重要です。スイッチング速度、効率、コンポーネントのコストを考慮することも重要です。

ステップ 3: 回路図を設計する

コンポーネントを選択したら、次のステップは回路図を設計することです。回路図は、コンポーネント間の接続と回路内の信号の流れを示す必要があります。配線の長さを最小限に抑え、適切なデカップリング コンデンサを使用し、コンポーネントを適切に保護するなど、適切な回路設計慣行に従うことが重要です。

以下に、PWM 回路図の簡単な例を示します。

+-----------------+ |パルス発生器 | +-----------------+ | v +-----------------+ |コンパレータ | +-----------------+ | v +-----------------+ |出力段 | +-----------------+ | v +-----------------+ |ロード | +-----------------+

この回路図では、パルス発生器は周期信号を生成し、それがコンパレータの制御信号と比較されます。コンパレータの出力は出力段を駆動するために使用され、負荷に供給される電力を制御します。

ステップ 4: 回路をシミュレーションする

実際の回路を構築する前に、回路シミュレーション ソフトウェアを使用して回路をシミュレーションすることをお勧めします。回路シミュレーションは、回路の機能を検証し、潜在的な問題を特定し、設計を最適化するのに役立ちます。 LTspice、PSpice、Multisim など、回路シミュレーション ソフトウェアは数多くあります。

シミュレーション中に、PWM 信号の周波数やデューティ サイクルなどの入力パラメータを変更し、回路の出力応答を観察できます。回路の消費電力、効率、その他のパフォーマンス指標を分析することもできます。

ステップ 5: 回路を構築してテストする

回路設計がシミュレーションによって検証されたら、次のステップは実際の回路を構築することです。これには、コンポーネントをプリント基板 (PCB) またはブレッドボードにはんだ付けすることが含まれます。回路を構築するときは、適切な量のはんだを使用し、短絡を回避し、適切な機械的安定性を確保するなど、適切なはんだ付け方法に従うことが重要です。

回路を構築した後、回路をテストして、設計要件を満たしていることを確認する必要があります。これには、回路の出力電圧、電流、電力、および PWM 信号の周波数とデューティ サイクルの測定が含まれます。テストを実行するには、マルチメータ、オシロスコープ、その他のテスト機器を使用できます。

ステップ 6: 設計を最適化する

テスト結果に基づいて、回路の設計を最適化する必要がある場合があります。これには、コンポーネント値の調整、PCB のレイアウトの変更、または制御アルゴリズムの変更が含まれる場合があります。目標は、効率の向上、ノイズの低減、安定性の向上など、回路のパフォーマンスを向上させることです。

応用例

PWM 回路には、次のような幅広い用途があります。

• 電源: PWM 回路は、スイッチング電源で出力電圧と電流を制御するために使用されます。 PWM 信号のデューティ サイクルを調整することにより、負荷に供給される電力を調整できます。
• モーター制御: PWM 回路は、電気モーターの速度とトルクを制御するために使用されます。 PWM 信号のデューティ サイクルを変更することで、モーターに印加される平均電圧を調整でき、それによってモーターの速度とトルクが制御されます。
• LED調光: LEDの明るさを制御するためにPWM回路が使用されます。 PWM 信号のデューティ サイクルを変更することで、LED に流れる平均電流を調整でき、LED の明るさを制御します。

たとえば、私たちの20A PWM ソーラー充電コントローラーそして30A PWM ソーラー充電コントローラーPWM テクノロジーを使用して、ソーラー パネルからバッテリーを効率的に充電します。これらのコントローラーの PWM 回路は、バッテリーの状態と利用可能な太陽光発電に基づいて充電電流を調整します。

結論

PWM 回路を設計するには、PWM の基本原理をよく理解し、適切なコンポーネントを選択して回路図を設計する能力が必要です。このブログ投稿で概説されている手順に従うことで、特定の要件を満たす PWM 回路を設計できます。

PWM 回路の購入に興味がある場合、または PWM 回路設計についてご質問がある場合は、さらなる議論や潜在的なビジネス チャンスについてお気軽にお問い合わせください。

参考文献

• ホロヴィッツ、P.、ヒル、W. (1989)。エレクトロニクスの芸術。ケンブリッジ大学出版局。
• モハン、N.、ウンデランド、TM、ロビンズ、WP (2003)。パワー エレクトロニクス: コンバータ、アプリケーション、および設計。ジョン・ワイリー＆サンズ。