PWM (Pulse Width Modulation) 制御

PWM（Pulse Width Modulation、パルス幅変調）制御は、一定周期のパルスについてON時間の割合であるデューティ比を変え、負荷へ供給する平均電圧・電力を調整する方式です。

■ 試験で押さえるポイント

• 周期T、ON時間Tonのときデューティ比$D=\dfrac{T_{\mathrm{on}}}{T}$で、百分率なら$D\times100\%$です。理想的に0Vと電源電圧Vsを切り替える場合、平均電圧は$D\times V_s$になります。

• スイッチ素子を主に完全ONとOFFで使うため、線形素子で余分な電力を熱にする方式より損失を小さくしやすく、モータ速度、LED調光、電源変換に使われます。

• モータの慣性、回路のインダクタンス・容量、人の視覚などが高速パルスを平均化します。負荷が瞬間ごとに中間電圧を受けているわけではありません。

• デューティ比と周波数は別の量です。周波数が低すぎるとちらつきや振動、高すぎるとスイッチング損失や電磁ノイズが増えるため、負荷特性に合わせます。

■ 選択肢での判断ポイント

PWM＝振幅を変えずパルス幅・デューティ比を変える方式です。周波数を変えるFM、振幅そのものを変えるAMと区別し、平均値の計算をできるようにします。

例: 電源12V、周期1ms、ON時間0.25msなら$D=0.25\div1=0.25=25\%$で、理想平均電圧は$12\times0.25=3\,\mathrm{V}$です。瞬時電圧はON時12V、OFF時0Vです。