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PWM電力コントローラ:パルス幅変調ランプドライバの構築

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学習目標

回路図

PWM電力コントローラ:パルス幅変調ランプドライバの構築

イラストレーション

PWM電力コントローラ:パルス幅変調ランプドライバの構築

手順

この回路は、555タイマーを使用してコンデンサに鋸歯状電圧を生成します。コンデンサ電圧を、ポテンショメータからの基準電圧とオペアンプコンパレータで比較します。コンパレータの矩形波出力は、ポテンショメータに応じてデューティサイクルが変化し、パワートランジスタのベースを駆動します。トランジスタが12Vランプを高速でオン/オフ切り替えるため、ランプの平均電力はデューティサイクルに比例します。

PWMの概念は、トランジスタがカットオフ時(電流なし)と飽和時(最小電圧降下)で電力損失が低いことに依存します。レオスタットと比較して、PWMは精密でエネルギー効率の高い電力制御を実現します。

トリプルトレースオシロスコープなしで波形関係を観察するには、0.1µFコンデンサを100µFコンデンサに置き換えてください。これにより555の周波数が約1,000倍遅くなり、DCボルトメータでコンデンサの上昇とオペアンプの遷移を追跡できます。ランプはゆっくりと目に見えてオン/オフし、PWMの基本メカニズムを実演します。

同一の2つのオペアンプを並列接続して、トランジスタベースに必要な電流を供給します。1458シリーズは短絡保護機能を備え、一方のアンプがハイを駆動しもう一方がローを駆動し始めた場合でも破損を防ぎます。直列の3つのシリコンダイオードで約2.1Vドロップさせ、オペアンプ出力がローのときにトランジスタが完全にオフになるようにします。1458はグラウンドまで正確には下がらないためです。

ポテンショメータを調整しながらヘッドホンでオペアンプ出力を聴くと、デューティサイクルが高調波成分をどう形作るかがわかります。50%デューティサイクルでは波形は完全な矩形波で奇数高調波のみを含み、独特の音色になります。50%から外れると偶数高調波が現れ、音が微妙に変化します。

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