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.scicir

PWM Switch（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。
サブ周波数を設定しない限り、スイッチの周波数は メイン周波数と同じになります。

サンプルではスイッチの時比率を0.5で設定しております。

シミュレーションは Waveform 解析を用いて 5m 秒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。

  • 初期状態 : OFF
  • 時定数 : 0.4, 0.7, 0.9　(＋ボタンをクリックして追加)
  • モード : 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 初期状態 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。モードが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.scicir

fig

PWM（パルス変調器）は設定した PWM Switch（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PWMの入力として、 時比率を計算し、PWM Switch：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。

パルス変調器の注意点

PWMは後述される　Comparatorと 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、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 0.5m 秒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.scicir

時比率の設定は Pulse（パルス発生器）で行います、Pulse：Pの出力電圧と PWM Switch：Qの閾値電圧の設定により、スイッチのオンオフが決定されます。
Switchと違い、Pulse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 Switchと入れ替えて Pulseで駆動することが可能です。

サブ周波数を設定しない限り、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 解析を用いて 5m 秒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.scicir

時比率の設定は Comparator（コンパレータ）と Saw Tooth（のこぎり波発生器）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。

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、Comparator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。
Saw Toothの周波数は サブ周波数を設定しない限り、 メイン周波数と同じになります。

シミュレーションは Waveform 解析を用いて 5m 秒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.scicir

Info

このサンプル回路ではスクリプトを使用します。
スクリプトを使用するサンプル回路にはオプション：DigitalPaletteが必要です。

スクリプトから PWM Switch（PWMスイッチ）：Q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。

PWM Switch や Pulse（パルス発生器） 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、スクリプト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