PWM制御とは
PWM制御(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)とは、電気回路において電力を細かくコントロールするための技術です。電圧そのものの大きさを変えるのではなく、スイッチの「ON(電気を流す)」と「OFF(電気を止める)」を非常に高速(1秒間に数千〜数万回)で繰り返し、そのONの時間とOFFの時間の比率(デューティ比)を変化させることで、モーターの回転速度やLEDの明るさを調節します。熱としての無駄な電力消費が少ないのがメリットです。
具体例
スマートフォンの画面の明るさ(調光)や、バイブレーションモーターの強弱制御に使用されています。例えばON時間を全体の80%にすれば明るくなり、20%にすれば暗くなります。
// デューティ比による制御イメージ
Duty_Cycle_High = "ON | ON | ON | OFF | ON " // 80%の電力 (明るい/速い)
Duty_Cycle_Low = "ON | OFF | OFF | OFF | OFF " // 20%の電力 (暗い/遅い)もう少し詳しく
PWM(パルス幅変調)制御は、供給する電力量を制御するために、出力のON(通電)とOFF(遮断)の切り替えを極めて短い時間周期で繰り返し、その1周期に対するON時間の割合(デューティ比:Duty Cycle)を調整する技術です。例えば、1周期の80%がONで20%がOFFの場合、平均して80%の電圧が加わっているのと同等の効果が得られます。最大の特徴は、従来の可変抵抗などを用いた「電圧そのものを下げる方法」と比較して、半導体スイッチング素子が完全にON(抵抗ほぼゼロ)か完全にOFF(電流ゼロ)のいずれの状態しか取らないため、熱として無駄に消費される電力が極めて少なく、エネルギー効率が非常に高い(省エネである)点にあります。この特性から、インバータ回路、DCモーターの回転数制御、エアコンのコンプレッサー、LED照明の明るさ調整(調光)などに幅広く採用されています。
試験でのポイント
試験においては、「デューティ比」という言葉の定義(1周期におけるパルスON時間の比率)と、PWM制御が「電圧のON時間とOFF時間の比率を変えることで、見かけ上の電力をコントロールする技術である」という仕組みの本質を正しく理解しているかが問われます。また、アナログ的な出力制御を行うにもかかわらず、本質はデジタルなスイッチング(ON/OFF)で行われているため、回路損失(発熱など)が非常に小さいという利点についても選択肢でよく問われます。
関連する用語
デューティ比(パルス周期におけるON時間の割合を示す値)、インバータ(周波数や電圧を変換してモーター等を精密に制御する装置)、スイッチング回路(電流のON/OFFを切り替えて制御を行う電子回路)。