必要な PWM 回路を設計する方法
DC モーターの速度を制御するには、いくつかの方法があります。ただし、最も好ましい簡単な方法の 1 つは、パルス幅変調 (PWM) 回路を使用することです。 PWM（パルス幅変調）は、慣性負荷を長時間駆動するために使用される技術です。モーター ドライバーの制御にパルス幅変調を使用すると、いくつかの利点があります。
しかし、おそらく最も重要な利点は、トランジスタが完全に「オフ」または「オン」であるため、スイッチング導体での電力損失が小さいままであることです。この記事では、PWM 回路の設計方法について説明します。ここでは、電気信号伝送の電力を削減する手段として、電気信号を個別の部品に効果的に分割するなどの重要な問題について説明します。
PWM 回路の専門的な紹介
パルス幅変調 (PWM) は、デジタル信号の種類の説明に使用される用語です。パルス幅変調は、高度な制御回路などの多くのアプリケーションで使用されます。 PWM がよく使われる標準的な方法は、LED の調光とサーボ モーターの方向の制御です。
パルス幅変調回路は、電気信号の送信中の平均電力を下げることによって機能します。これは、信号を個別の部分またはサンプルに分離することによって行われます。前述のように、電気通信、電圧調整、サーボ モーター制御、デジタル回路、モーター速度制御などには多くの利点と用途があります。
パルス幅変調回路は、動作時に多くのノイズを発生しないという事実に基づいて、多くのユーザーにとって最高の選択肢です。処理中に何らかの音を発するアナログ信号とは異なり、パルス幅変調回路はノイズに強く、非常に効率的です。さらに良いことに、パルス幅変調回路は経済的で、多くのスペースを必要としません。パルス幅変調回路は、構築するのにトリッキーでも面倒でもありません。これらの回路の製造に必要なコンポーネントは、組み立てが簡単です。
さらに、パルス幅変調回路の製造または生産で従うべきステップは、他のコースの設計とは異なり、非常に快適です。パルス幅変調回路は、最小限のハードウェアを使用して簡単にアナログ回路に戻すことができます。
PWM 回路のデューティ サイクル、周波数、およびパルス幅
lデューティサイクル
前述のように、パルス幅変調信号は特定の時間オンのままで、残りの時間はオフになります。 「ON」と「OFF」で動作します。 PWM 信号をより便利でユニークなものにする側面は、デューティ サイクルを制御することで、特定の時間オンのままになるように設定できるという事実です。 PWM 信号が時間通りまたは HIGH のままである時間のパーセンテージまたは比率は、デューティ サイクルとして知られています。
信号がオンのままの場合、100% のデューティ サイクルになります。ただし、常にオフの場合、デューティ サイクルは 0% です。デューティ サイクルの計算式は次のとおりです。
デューティサイクル =ターンオン時間/ (ターンオン時間 + ターンオフ時間)
lPWM の周波数
パルス幅変調回路の周波数は、速度、つまり PWM が 1 周期を完了するのにかかる速度を決定します。 1 周期は、パルス幅変調信号の完全または完全なオンおよびオフ周期です。通常、多くのマイクロコントローラが生成するパルス幅変調信号は約 500 Hz です。このような周波数は、コンバーターやインバーターなどの高速スイッチング コンポーネントで多く使用されます。
ただし、すべてのアプリケーションで高周波が必要なわけではありません。たとえば、サーボ モーターを制御するには、周波数が約 50Hz の PWM 信号を生成する必要があります。簡単に言うと、パルス幅変調信号がオン/オフする速度は、PWM 信号の周波数によって決まります。
PWM 回路のパルス幅
PWM 回路は、パルス幅 (PW) で構成されます。定義によると、パルス幅は経過時間または単一パルスの立ち上がり/高エッジと立ち下がり/低エッジの間にかかる時間です。パルス幅は別の信号の持続時間で、通常は送信に使用されるキャリア信号です。このような測定を正確かつ再現可能にするために、電力レベルの 50% が基準点として使用されます。
PWM 回路の構築方法
PWM 回路を構築すること自体は、それほど難しい作業ではありません。以下は、PWM 回路を作成するために必要な材料の一部です。光沢紙
- 銅張りボード
- アセトン
- 塩化第二鉄
- レーザープリンター
- はさみ
- マーカーペン
- プラスチック容器
- サンドペーパー
- 安全手袋
- のこぎり
- ラテックス手袋
ステップ 1:回路の設計
PCB 設計ソフトウェアで回路図を設計することから始めます。 Kicad、Express PCB、Dip Trace、NI Multism、Altium Designer などの設計ソフトウェアを使用できます。 EAGLE PCB 設計ソフトウェアが最適です。
ステップ 2:PCB レイアウトの設計
回路図の設計が完了したら、できれば Eagle EDA ツールを使用して、PCB レイアウトを作成します。完了後、PCB の製造をプリントアウトすると、レイアウトの失敗の可能性が高くなり、最終製品の機能に悪影響を及ぼす可能性があります。光沢紙にはいくつかの PCB レイアウトがあります。ここでは、LASER プリンターのみを使用します。ここで必要なコンポーネントは次のとおりです。
- ヘッダー (2.54mm)
- PCB:FR4 グラスファイバー
- ねじ端子台
- コンデンサ – 0.1 uF (104)
- 抵抗器
- 1N5403 – ダイオード (3 アンペア)
- TLP250 – ゲート ドライバー
- IRFP460 – パワー MOSFET
ステップ 3:はんだ付けプロセス
パワー MOSFET を駆動するには、IC ゲート ドライバを使用します。繰り返しますが、TLP250 IC は IGBT やパワー MOSFET のゲート ドライバ回路に適しています。 PWM コントローラーを使用して、LED の輝度レベルを制御したり、LED ドライバーとして使用したりすることもできます。 PWM コントローラーは、PWM 調光器と同じ役割を果たします。
ステップ 4:MOSFET 消費電力の計算
4 番目のステップには、消費電力の計算が含まれます。以下は消費電力の計算式です:
P =R X I 2
P =Rds (オン) X I 2
ここで、
P =パワー
私 =現在
Rds (ON) =ドレイン - ソース間のオン抵抗
ステップ 5:最大消費電力からヒートシンクを差し引いた値
消費電力は、指定された熱条件下で MOSFET が消費する最大電力です。 PWM 回路を構築するための 5 番目のステップでは、ヒートシンクを使用しない場合の最大消費電力を計算します。消費電力の計算は簡単です。ジャンクション温度から周囲温度を差し引いて、ジャンクションから周囲までの最大温度で割って計算された消費電力。
Pd =Tj (最大) – TA
ロハ
ステップ 6:PWM ドライバのインターフェース
これは、PWM 回路を作成するための最終ステップです。 PWM ドライバーを接続する、または完成させるには、ジャンパー線、PWM ドライバー、Arduino UNO ボード、DC モーター、SMPS、および 10k ポテンショメーターが必要です。
注意事項
PWM 回路の設計は、特に指示に注意深く従わなかった場合、困難な作業になる可能性があります。実際には、本やインターネットで見つけたものとは少し異なることに気付くかもしれません.安全な側にいるためには、いくつかの問題を考慮に入れる必要があります。たとえば、必要なすべての資料が揃っていることを確認する必要があります。
また、示されているように、最初から最後まですべての手順に従うようにする必要があります。また、安全性に関する事項も考慮に入れる必要があります。清潔で安全な環境で作業するようにしてください。また、消費電力、抵抗器のワット数、マイクロコントローラーの使用などの重要な側面を計算する必要がある場合があるため、計算に精通している必要があります。
アプリケーション エリア
PWM 回路は、さまざまなアプリケーションで使用されます。 PWM コントローラーが使用される適切な例には、次のようなものがあります。
- DC モーターの速度制御に使用
- LED ライト ストリップと LED ライトの明るさを制御する用途
- トーン生成に使用
- DCパワーヒーターにも応用
- DC 電源コンポーネントで使用
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PWM コントローラの設定は、難しい作業になる場合があります。 PWM コントローラの設定に関しては、多くの人が難しいと感じています。 PWM コントローラのセットアップが難しいと感じていませんか?心配しないで。 WellPCB がお手伝いします。私たちが助けることができるとき、黙って苦しんではいけません。 PWM モーター コントローラーに関するすべての側面を理解している。あなたが座ってリラックスしている間に、すべてをセットアップしましょう。用途に応じて、負荷を設定し、短絡を避けるためにすべての配線を接続し、PWM コントローラーの最大消費電力を計算します。
結論
前述のように、DC モーターの速度制御はさまざまな方法で実現できます。ただし、パルス幅変調を使用するのが最良で最も信頼できる方法です。 DC モーターの速度制御にパルス幅変調を使用することには、多くの利点があります。それらのいくつかには、小さな電力損失と一定のモーター電圧が含まれます。 PWM モーターの作成は、特にすべての指示に従わない場合は、イライラする作業になる可能性があります。 PWM コントローラの開発とセットアップが困難な場合は、お問い合わせください。私たちは数十年の経験とプロ意識を持つ最高のプロフェッショナル PWM デザイナーです。
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