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PWM制御

　最近の冷凍冷蔵庫、エアコンディショナのカタログの説明には
　PAMやPWMという用語が頻繁に出てくるようになりました。

　「PAMエアコンなので、効率がよい。」とか「きめ細かくPWMで制御
　するので、低消費電力です。」という言葉が踊っています。

　電子機器を設計、開発する技術者ならば、納得させられますが
　消費者には、「回路を工夫し、より消費電力を抑えられました。」
　程度の説明で、充分だと思います。

　コンピュータで制御しているので、高性能です。というような
　説明を、今でもやっていることに、？がつきます。
　PAMやPWMと書いて、理解できる購入者が何％いるのかを考えて
　宣伝してほしいところですね。

　PAM、PWMの定義は、以下です。

　PAM
　　PAM(Pulse Amplitude Modulation)は、次の回路で実現します。



　　交流電圧をSCR（サイリスタ）で整流してから、インダクタに
　　与えます。インダクタは、電磁エネルギーを蓄えるか放出する
　　ことで、キャパシタから出力される電圧を可変にします。

　　交流電圧をSCRで整流するときに、位相（角度）を調整すれば
　　インダクタに与える電圧の波高値を変えられます。これが
　　Amplitude（振幅）を制御するのと等価になり、振幅変調と
　　呼ばれる由縁です。



　PWM
　　PWM(Pulse Width Modulation)は、次の回路で実現します。



　　交流電圧をダイオードで整流してから、半導体のスイッチング
　　でチョッパ回路を構成します。チョッパ回路で、インダクタへ
　　電磁エネルギーを蓄積か、インダクタからのエネルギー放出を
　　させます。電磁エネルギーは、キャパシタから出力される電圧
　　になります。

　どちらの方式による制御であっても、負荷となるモータや
　アクチュエータの周波数－電圧特性に応じた電力を供給する
　のが目的です。

　PWMの方が、PAMよりも実現が簡単です。
　PAMでは、SCRを４つ制御しなければならないのに
　対し、PWMではスイッチング素子の制御を１つに
　まとめられます。

　コストで考えると、ダイオード１本とSCRでは、ダイオードの
　方が、遥かに値段が安いのでPWMを利用した回路を製品に入れる
　ことが多くなります。

　実動する機械は、３相交流を利用するので、SCRを利用した
　PAMインバータでは、素子の数が１２個になるのに対して
　PWMを利用する場合は、スイッチングトランジスタは３個に
　なります。

　利用する素子数が増えると、その分だけ信頼性が落ちて
　故障の頻度も増えます。故障修理時間と生産現場の稼動
　を考えると、PWM方式採用が得策と言えるでしょう。

　LTSpiceを使い、DUTY比で出力電力が異なるのかを
　シミュレーションします。




　電源は60Hz、100Vを与えて、制御電圧のDUTY比を50%とします。
　シミュレーション結果は、以下。



　D1の出力　　　 ：緑
　FETのゲート電圧：青
　キャパシタ電圧 ：赤

　制御電圧のDUTY比を30%とすると、以下。



　この波形から出てくる結論は、次のようになります。

　キャパシタにチャージされてしまうと
　無負荷であれば、電圧変化はほぼない
　というのがわかります。

　実際は、負荷が接続されるので、DUTY比により電源と
　して使えるか否かの分岐点がどこかにあるはずです。

　負荷に与える電流が大きければ、高いDUTY比が必要で
　小電流であれば、低いDUTY比でいけるというので電子
　回路での制御を考えるのがよいでしょう。
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