PWMコントローラー：回路、動作原理、制御

無線回路の電源コンポーネントの加熱損失を大幅に削減できる、使用されるアプローチの1つは、設備の動作のスイッチングモードの使用です。このようなシステムでは、電力コンポーネントは開いています-この時点では実際には電圧降下がゼロであるか、開いています-この時点でゼロ電流が印加されています。消費電力は、電流と電圧の値を掛けることで計算できます。このモードでは、約75〜80％以上の効率を達成することがわかります。

PWMとは何ですか？

出力で必要な形状の信号を取得するには、計算された出力電圧インジケータに比例して、電源スイッチを特定の時間だけ開く必要があります。これがパルス幅変調（PWM、PWM）の原理です。さらに、幅の異なるパルスからなるこの形式の信号は、チョークとコンデンサに基づいてフィルタ領域に入ります。変換後、出力は必要な形状のほぼ完全な信号になります。

PWMの範囲は、スイッチングレギュレータと電圧変換器に限定されません。強力な可聴周波数増幅器を設計するときにこの原理を使用すると、デバイスの消費電力を大幅に削減し、回路を小型化し、熱伝達システムを最適化することができます。欠点には、出力信号の品質が平凡であることが含まれます。

PWM信号の形成

目的の形状のPWM信号を作成することは非常に困難です。しかし、今日の業界は、PWMコントローラーと呼ばれる素晴らしい特殊なマイクロ回路を喜ばせることができます。それらは安価であり、パルス幅信号を形成する問題を完全に解決します。このようなコントローラーのデバイスとその使用法に慣れることは、それらの典型的な設計に慣れるために役立ちます。

標準のPWMコントローラ回路は、次の出力を想定しています。

共通出力（GND）。これは、デバイスの電源回路の共通線に接続された脚の形で実装されます。
電力出力（VC）。回路の電源を担当します。同様の名前のネイバー（VCCピン）と混同しないことが重要です。
電源制御ピン（VCC）。原則として、PWMコントローラチップがパワートランジスタ（バイポーラまたはフィールド）のリーダーシップを引き継ぎます。出力電圧が低下すると、トランジスタは部分的にのみ開き、完全には開きません。急速に加熱すると、すぐに故障し、負荷に対処できなくなります。この可能性を排除するために、マイクロ回路の入力での供給電圧を監視し、計算されたマークを超えないようにする必要があります。このピンの電圧がこのコントローラー用に特別に設定された電圧を下回ると、制御装置はオフになります。原則として、このピンはVCピンに直接接続されます。

出力制御電圧（OUT）

マイクロ回路のピン数は、その設計と動作原理によって決まります。複雑な用語をすぐに理解できるとは限りませんが、本質を強調してみましょう。プッシュプル（2アーム）カスケードを制御する2つの出力にマイクロ回路があります（例：ブリッジ、ハーフブリッジ、2ストロークインバーター）。シングルサイクル（シングルアーム）カスケードを制御するためのPWMコントローラーの類似物があります（例：順方向/逆方向、ブースト/ステップダウン、反転）。

さらに、出力段は1サイクルおよび2サイクルの構造にすることができます。プッシュプルは、主に電圧依存型FETを駆動するために使用されます。迅速に閉じるには、ゲート-ソースおよびゲート-ドレイン容量の急速な放電を実現する必要があります。このために、プッシュプルコントローラの出力段が使用されます。そのタスクは、電界効果トランジスタを閉じる必要がある場合に、出力が共通ケーブルに閉じられていることを確認することです。

高電源用のPWMコントローラには、出力キーコントロール（ドライバ）もある場合があります。出力キーとしてIGBTトランジスタを使用することをお勧めします。

PWMコンバータの主な問題

デバイスの動作中に、故障の可能性を完全に排除することは不可能であり、これはコンバーターにも当てはまります。設計の複雑さは問題ではありません。よく知られているPWMコントローラーTL494でさえ、動作に問題を引き起こす可能性があります。障害の性質は異なります。障害の中には目で検出できるものもあれば、検出するために特別な測定機器が必要なものもあります。

PWMコントローラをチェックする方法を見つけるには、デバイスの主な誤動作のリストをよく理解し、後でそれらを排除するためのオプションを理解する必要があります。

トラブルシューティング

最も一般的な問題の1つは、キートランジスタの故障です。結果は、デバイスを起動しようとしたときだけでなく、マルチメーターで調べたときにも確認できます。

さらに、検出がやや難しい他の誤動作があります。 PWMコントローラを直接チェックする前に、故障の最も一般的なケースを検討できます。例えば：

起動後にコントローラーがストールする-OSループの中断、電流の低下、フィルター出力（存在する場合）のコンデンサーの問題、ドライバー。おそらくPWMコントローラーの制御がうまくいかなかった。デバイスの欠けや変形を検査し、負荷インジケータを測定して、通常のインジケータと比較する必要があります。
PWMコントローラが起動しません-入力電圧の1つが欠落しているか、デバイスに障害があります。出力電圧の検査と測定は、極端な場合、既知の動作するアナログとの交換に役立ちます。
出力電圧は公称値とは異なります-OOSループまたはコントローラーの問題。
起動後、キーに短絡がない場合、PSUのPWMは保護されます。つまり、PWMまたはドライバーは正しく機能しません。
ボードの不安定な動作、奇妙な音の存在-OOSループまたはRCチェーンの破損、フィルター容量の低下。

ついに

ユニバーサルおよび多機能PWMコントローラーは、今ではほとんどどこにでもあります。それらは、ほとんどの最新のデバイス（一般的なコンピューターやその他の日常的なデバイス）の電源の不可欠な部分として機能するだけではありません。コントローラーに基づいて、人間の活動の多くの領域でリソースの消費を大幅に削減できる新しいテクノロジーが開発されています。民家の所有者は、充電電流のパルス幅変調の原理に基づいて、太陽光発電バッテリーからバッテリー用の充電コントローラーを必要とします。

高効率により、PWM原理に基づく新しいデバイスの開発は非常に有望です。二次電源は決して唯一の事業ではありません。