Pulse Width Modulationとは? わかりやすく解説

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ピー‐ダブリュー‐エム【PWM】


PWM [Pulse Width Modulation]

パルス・ワイズ・モジュレーションの略。矩形波の幅(パルス幅)を連続的に変化させること。パルス幅が連続的に変化することで音色連続的に変化させることができる。例えLFOでパルス・ワイズ・モジュレーションをかければ周期的にうねる音色得られ、ストリングスサウンドなどが作れる。

PWM

フルスペル:pulse width modulation
読み方ピーダブリューエム
別名:パルス幅変調

PWMとは、パルス信号出力しておく時間パルス幅)を長くしたり、短くしたりして、電流電圧制御する方式のことである。

パルス信号とは、ON、OFF繰り返す電気信号のことで、矩形波表される電圧出力時間であるパルス幅はこの矩形波横軸表される

PWM方式では、一定周期動作するタイマ利用する。このタイマパルス信号をONにする位置設定してパルス幅を制御する。このタイマ設定には、「のこぎり波」と「三角波」の2種類がある。「のこぎり波」ではOFFになる位置一定だが、「三角波」ではOFFになる位置不定である。どちらの方式を使うかは、制御する対象によって変わってくる。一定周期の中でONにしている比率のことを「デューティー比」と呼ぶ。

PWMに対しパルス信号強度振幅)によって流す電流電圧制御する方式を、PAMパルス振幅変調)という。

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パルス幅変調

(Pulse Width Modulation から転送)

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2023/11/14 13:46 UTC 版)

パルス幅変調(パルスはばへんちょう、英語: pulse width modulationPWM)とは変調方法の一つであり、パルス波のデューティ比を変化させて変調すること。

パルス幅変調の式

パルス幅変調の数学的扱いは次のようになる[1]。簡単のため、入力信号として正弦波

チョッパ制御におけるPWMの例

高周波分巻式を除くチョッパ制御の場合、パルスの周波数は一定であり、パルスの幅だけを変化させることで平均電圧を可変とする。パルス幅が狭い場合は平均電圧が下がり、パルス幅が広いときは平均電圧が上がる。例えば次のパルスまでを10等分したとして、ON:OFFを2:8とすれば元の電圧の2/10つまり1/5になり、8:2なら8/10=4/5の電圧が得られる。100%の電圧が必要なときは単にONのままにするが、チョッパ装置そのものも抵抗となるため、それを短絡して直接負荷に流すこともある。

インバータ

インバータにおけるPWMの例

マイコンにより、スイッチング素子のゲート電極に信号を流すタイミングを決めるためには、搬送波(もしくはキャリア)と呼ばれる三角波と、基本波(もしくは信号波)と呼ばれる正弦波を用いて、PWMで制御するインバータが一般的である[4]。ゲート電極に信号を流すゲートドライブが搬送波と基本波の交点を検出し、4個(三相交流では6個)のスイッチング素子をオン/オフする。すると、右図のようなパルス(黄色い矩形)が得られ、その平均電圧(赤い線)が疑似正弦波交流になる。

これ以外にも信号を流すタイミングを決める方法はあるがここでは割愛する。

上記は2レベルインバーターである。2レベルというのは、パルスの電圧として100%、0%の2つを使っているという意味である。100%、50%、0%の3つの出力電圧を使うインバーターを3レベルインバータという。このようなインバータをマルチレベルインバータと称する。

脚注

  1. ^ 初等的な信号変調の教科書にならどの本でも書いてある。例えば、(F.R.コナー 1985)などを参照。
  2. ^

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