ここでは、その原理と具体的な設計方法を説明します。入力値を一定周期の方形波のON時間の割合(duty比)として出力する変調方式のことを指します。モータドライバやスイッチング電源など、電力を調整する回路に使われています。欠点として、高速で大電力をスイッチするので、原理的にスイッチングノイズが発生すること、また、パルスのサイクルで出力が離散化されるので、入力に対して出力が遅れること、パルス変調回路、スイッチング回路などが必要で、複雑になる、などがあります。ここでは、基本的にモータドライバとしての設計に話を絞ります。設計が変わるので、それぞれの場合で説明します。電流連続モードのほうが幾分正しいようなので修正します。スイッチング電源でも、電流不連続モードを使うことがあるそうなので、関連した記述を変更しました。流れ、OFF期間は電流が完全に流れなくなります。よって、トルク変動が最大になりますが、機械的な慣性モーメントによって、モータの回転数の変動が実用上の許容範囲内に入っているようにした設計です。3極モータ(540とか)のような起動時の抵抗が大きなモータに使います。PWM周波数の選定えっと、経験値から、適当にきめます。...だと、身もふたもないのでもうちょっと厳密に決めましょう。このドライブにするときは、OFF期間に、電流が残らないようにすることが重要です。OFF時に落ちていく電流はロータ鉄心の励磁に使われるため、ほとんどトルクに変換されず熱になってしまうためです。経験的には、PWMの周期を、モータの電気定数の10倍以上にします。3極モータのインダクタは、メーカも値を出していないことが多く、正確に計測することも難しいので、いきおい、経験則に頼ってしまうことになります。厳密にやりたい場合は、回転系の慣性モーメントから計算しますが、そもそも回転のなめらかさを気にする場合は電流連続モードPWMにするべきなので、ふつうあまり細かい計算はしません。駆動回路の選定このドライブの場合、OFF期間はモータコイルに電流が流れない(流さない)ので、使用できる回路はダイオード環流タイプ(1象限ドライバ)のみです。それも、この場合のダイオードは、保護素子の意味合いが強くなります。使った場合の典型的な回路図を示します。モータの回路記号を、コイルで代用していますが、まあ、簡単な回路です。素子の選択に関わる、この駆動法の特徴は、ON期間は電流が全開で流れる。OFF期間は電流が完全に流れなくなる。モータに流れ得る最大電流に耐える必要があります。できるようにしましょう。これにより、フライホイールダイオードには、ほとんど電流が流れません。よって、フライホイールダイオードは、ロボコンで使う程度のモータ(100W以下)ならば、1A定格程度のもので問題はないでしょう。PWM周波数は大変低くなることが多いので、FETのスイッチング速度も、それほどシビアにならなくてもOKです。注意点この駆動法は、設計や製作が楽なのでよく使われていますが、コアレスモータや、工業用サーボモータには向かないです。コアレスや工業用サーボに使うと、モータが異常発熱したり、定格に達する前に焼き切れたりする場合があります。このようなモータは、かならず電流連続モードのPWMになるようにします。逆に、この後で述べる電流連続モードPWMだと、3極モータのような起動時の閾値の高いモータの場合、うまく起動しなかったり、低速トルクが足らない場合があります。この場合は、電流不連続モードのPWMになるようにする方がいいです。直列回路のパルス応答でOFF期間もLに蓄えられたエネルギーで電流が流れ続けることで電流の変動が小さくなるようにした場合です。電流の変動が小さいので、当然トルクリップルも減って大変なめらかに回転します。電流連続モードの場合、キャリア周波数の選定は、設計上最も重要になります。基本的には、駆動回路も含めたモータコイルのインダクタLと抵抗RのLR直列回路のパルス応答として、電流変動が十分小さくなるように周波数を選定します。直列回路と見なして計算します。+-1%程度になります。経験上、日本サーボなど産業用DCモータの場合、10kHz以上、産業用マブチ(RS-550,RS-385など)の場合、7kHz以上がいいようです。おもしろい周波数の選定方法に、音を聞く、というものがあります。PWM周波数が簡単に変えられる回路を作っておいて、モータを回しながら、低い周波数からだんだんと高い周波数に設定を変えていきます。すると、電流不連続モードのうちは、トルク変動が激しいので、PWM周波数のかなりうるさい振動=音が発生していますが、電流連続モードにはいるとトルク変動が小さくなって、急に静かになります。18〜20kHz以上になると、人間の耳には聞こえなくなるので、判定できなくなりますが、それ以下の周波数で連続モードに入るモータの場合はこの方法でだいたいの目安が付けられます。----だいたいの場合、ここまでの計算でかまわないのですが、いわゆる高性能モータを使う場合は、もう少し配慮が必要です。MAXONモータのような、高性能を謳い文句にしているモータは、一般的に起動電流に対して連続定格電流が大変小さくなっています。50%、という場合が出てきます。そこで、電流変動が連続定格に対して数%以内に収まるよう、設計する必要があります。よって、このようなモータのPWM周波数は高めになりますが、コアレスモータなどでは電気時定数がたいへん小さく、計算上、数百kHzが必要になることさえあります。パルス発生回路の制約や、スイッチングロスを考えると、数百kHzのPWMは難しい場合が多いです。このような場合、モータとパルスドライバの間に、直列に外付けインダクタンスを追加して、見かけの時定数を大きくすることで対処します。駆動回路の選定このモードの場合、駆動形式はダイオード環流タイプ(1象限ドライブ)、同期整流タイプ(2象限/4象限ドライブ)のいずれをもとることができますが、特長を生かすためには同期整流タイプをとるほうがよいでしょう。電流連続モードで必要とされる特性は、不連続モードのときとは対照的になります。ON期間とOFF期間で流れる電流がほとんどかわらないので、スイッチング素子の許容電流は、平均電流で計算してOKです。ダイオード環流タイプを使う場合、フライホイールダイオードには、ドライバが扱う電流の1/4の大きさ電流が流れるものとして熱計算をしなければなりません。50%のときに発生します。注意点このモードを使うときは、とにかく周波数を上げることになります。よって、信号/電力の伝達ルートは、ある程度高周波を意識して配線をした方がいいです。同期整流タイプの回路を組む場合は、上下段のデッドタイムをきちんと入れないと、即死するので気をつけてください。