IC 555 PWMジェネレータ：精密電力制御のためのパルス幅変調をマスターする

パルス幅変調（PWM）とは

図1：グリーンラウンドLED パルス幅変調（PWM）ディマーPCB

パルス幅変調（PWM）は、電気回路設計における必須技術です。電気部品間の電力伝達を、フルパワーと無伝達の間で高速に切り替えることで制御します。PWMは電気信号を離散的なON/OFF信号に切り刻むことで平均電力を低減します。したがって、アプリケーション要件に応じて出力電力や負荷電圧をトリミングまたは調整するのに役立ちます。平均電圧は信号のデューティサイクルに依存します。

555タイマーPWMジェネレータ回路

図2：IC 555ピンアウト図

IC 555タイマー アステーブルモード回路図

IC 555タイマーは、時間遅延、パルス生成、発振、パルス幅変調など様々な回路に使用できます。ここではアステーブルマルチバイブレータでの使用を見ていきます。

フリーランニングまたはアステーブルマルチバイブレータ発振器は、安定状態を持たない発振回路です。その内部回路は以下の通りです。

図3：IC 555タイマー アステーブルモード回路図

ピン2とピン6を接続することで、外部トリガーパルスの必要性がなくなります。ピン4は外部リセットピンで、未使用時はVccに接続すべきです。さらに、ピン5を0.01μFコンデンサでグラウンドに接続して外部ノイズをフィルタリングします。その後、抵抗R1、R2、R3でタイミング回路を形成し、出力パルス幅を決定します。

ダイオードを使用したIC 555 PWM

ダイオードを使用したIC 555 PWMは、ON/OFF期間出力制御を持つ標準的なアステーブルマルチバイブレータと同様に動作します。IC 555はダイオードネットワークとポテンショメータの特性を用いてON/OFF期間を決定します。

図4：ダイオードを使用したIC 555 PWM

まず、上記図のように回路を接続します。ON時間は回路コンデンサがVccの2/3まで充電される時間です。同様に、OFF時間はコンデンサがVccの1/3未満まで放電される期間です。ON/OFF時間の設定方法は以下の通りです：

まず、ON/OFF時間は、ダイオードを分岐させポテンショメータを用いて独立して設定するか、固定できます。右側のダイオードがIC 555回路のON時間を分割し、カソードがピン7に接続された左側のダイオードがOFF時間を分割します。次に、ポテンショメータでダイオードネットワーク全体の抵抗を変化させます。ポテンショメータのアームを左にスライドさせると、左ダイオードの放電時間が減少し、ON時間が増加、OFF時間が減少します。逆に右にスライドさせると、OFF時間が減少し、ON時間が増加します。

外部変調を使用したIC 555 PWM

以下の回路では、IC 555をモノステーブルマルチバイブレータモードで接続しています。ピン2への負のトリガーごとに、IC 555はピン3で正のパルスを生成します。さらに、ピン3はCとRaの値に依存する設定期間、振動を保持します。

図5：外部変調を使用したIC 555 PWM

回路から、ピン2とピン5をそれぞれクロック入力と変調入力として割り当てます。回路を正しく設定すれば、ピン3から出力が得られます。この回路では、ピン2にクロック入力または方形波パルスを供給する必要があります。これにより出力周波数を設定できます。また、ピン5に電圧レベルまたは振幅でパルス幅を設定する情報を印加します。

したがって、ピン2のパルスによりピン6/7で交互の三角波が生成されます。ここで、CとRaの値が三角波形の幅を決定します。ピン2に複数のパルスを印加し、ピン5の電圧を変化させることで、ピン3で必要なPWMパルスが設定されます。ピン5電圧の振幅によって、出力PWMパルスが薄くなったり厚くなったりします。

IC 555回路から固定50%デューティサイクルを生成する方法

以下の図のように回路を接続して、555タイマー全体で固定50%デューティサイクルを生成します。

図6：50%デューティサイクルの生成方法

このセットアップはIC 555のデータシートの一つに記載されています。ピン3で50%デューティサイクルを提供します。また、この設計は高速かつ容易に50%固定デューティサイクルを必要とするタスクやプロセスに不可欠です。

まとめ

結論として、IC 555タイマーはRCネットワークによって決定される多様な出力波形を提供します。したがって、デューティサイクル発振器、パルス位置変調、デジタルロジックプローブ、DC出力電圧レギュレータなどに応用されています。また、スイッチング電源（SMPS）で電圧出力を正確な値に制御するためにも使用できます。ご意見、ご質問、追加情報があればお気軽にお問い合わせください。お待ちしております。