さまざまなPWMの設定方法

概要

降圧型DCDCコンバータを例に挙げ、PWMの様々な設定方法を解説します。 シミュレーション対象に合わせて、適した方法を選びモデリングしてください。

Note

回路ファイルはTOPページからダウンロードできます。

PWM Switch

Example

pwm\PWMSwitch_BuckCNV.cvt2

PWMスイッチは時比率の設定をするだけで、指定周波数でスイッチングを行うことができる素子です。
スイッチは理想素子であり、オン抵抗とオフ抵抗を切り替えて使用します。
このサンプルファイルでは、周波数はメイン周波数（Parameter:Frequency）で設定されています。
FRDブロックなどで周波数を特別に設定しない限り、スイッチの周波数はメイン周波数と同じになります。

シミュレーションは Waveform を用いて 5ms シミュレーションを行ってください。 指定した時比率で動作させたときのシミュレーション波形を確認することができます。

ここで、以下の図のようにスイッチングさせたい場合、PWMSwitchのパラメーターを以下のように設定します。

  • Initial State : OFF
  • Transition : 0.4, 0.7, 0.9　(各値は改行する)
  • Mode : Ratio

まず、スイッチング開始時にスイッチがオン条件になるのか、オフ条件になるのか Initial State で指定します。この例の場合は OFF です。次に、オンからオフ、あるいはオフからオンの遷移を行うタイミングを設定します。ModeがRatioの場合は比率で、Timeの場合は時刻で指定します。

以上の設定で、スイッチング方法を指定することができます。

PWMSwitch + PWM

Example

pwm/PWMModulator_BuckCNV.cvt2

fig

パルス変調器[PWM]は設定した PWMスイッチの時比率を入力差電圧から決定します。

パルス変調器[PWM]の時比率の算出方法

D ：変調時比率
Vi ：入力信号電圧
Gain：変換ゲイン
Reference Duty：基準デューティ
Minimum Duty ：最小デューティ
Maximum Duty：最大デューティ

このサンプルでは出力電圧と基準電圧:Vrefをパルス変調器[PWM]の入力として、 時比率を計算し、PWMスイッチ:Qへ設定しています。
このように設定することで出力電圧に伴って時比率を変動させることができます。

パルス変調器[PWM]の注意点

パルス変調器[PWM]は後述される　コンパレータ[Comparator]と のこぎり波発生器[Saw Tooth]　によるPWMの設定方法と同じような動きを行いますが、パルス変調器[PWM]はデジタル素子であるため、デジタルの1周期遅れが発生しますのでご注意ください。

シミュレーションは Waveform解析 を用いて 0.5[ms] シミュレーションを行ってください。 指定した時比率で動作させたときのシミュレーション波形を確認することができます。

Switch + Pulse

Example

pwm/Switch_BuckCNV.cvt2

時比率の設定はPulse発生器で行います、Pulse発生器の出力電圧とスイッチQ1の閾値電圧(Vth)の設定により、スイッチのオンオフが決定されます。
PWMSwitchと違い、Pulse発生器の出力電圧を出力変数に設定することができるため、ゲートのオン信号を結果として出力することができます。
スイッチは理想素子であり、オン抵抗とオフ抵抗を切り替えて使用します。増幅動作のシミュレーションを行いたい場合は MOSFET 素子をスイッチ素子と入れ替えてPulse発生器で駆動することが可能です。
このサンプルファイルでは、周波数はメイン周波数（Parameter:Frequency）で設定されています。
FRDブロックなどで周波数を特別に設定しない限り、スイッチの周波数はメイン周波数と同じになります。

シミュレーションは Waveform を用いて 5[ms] シミュレーションを行ってください。 指定した時比率で動作させたときのシミュレーション波形を確認することができます。

Switch + Comparator + Saw Tooth

Example

pwm/SwitchComp_BuckCNV.cvt2

時比率の設定はコンパレータとノコギリ波発生器(Saw Tooth)で指定します。 通常、アナログ素子を使ってフィードバック制御などを行う際にこのようにします。
フィードバック制御 のサンプルを参照。

このサンプルでは、1Vのノコギリ波に対して、500mVの電圧源で比較しているため、コンパレータの出力は時比率0.5になるようにパルスを発生させます。ノコギリ波発生器の周波数はメイン周波数（Parameter:Frequency）で設定されています。
FRDブロック などで周波数を特別に設定しない限り、スイッチの周波数はメイン周波数と同じになります。

シミュレーションは Waveform を用いて 5[ms] シミュレーションを行ってください。 指定した時比率で動作させたときのシミュレーション波形を確認することができます。

プログラムから時比率設定

Example

pwm/PWMSwitchProgram_BuckCNV.cvt2

プログラマブル素子 PRC からスイッチQ1の時比率を設定するサンプルです。デジタル制御を行う際などの場合にこのようにします。
ここで PRCブロック に記載しているコードは以下となります。 

Duty = 0.5;

setparam("Q1","T0",Duty);
setoutvar(Duty);

PWMSwitch素子 や PULSE素子 は、図のようにスイッチングのオンオフ遷移時間の変数名を Tn (nは0から始まる整数)というパラメーターを持っています。この例の場合 T0 だけを指定し、 PRCブロック から時比率を指定します。

参考

フィードバック制御
デジタル制御