PWM信号の切り替わり時間について

質問

今、PWM制御回路をアナログ回路で考えています。
コンパレータを使い、三角波発振回路と基準電圧で比較してPWM波形を出力して、デューティを可変抵抗で調整できるようなものを考えています。

そこで、PWM信号をHigh→Low、Low→Highへ切り替わる時間を3nsほどにしたいのですが、アナログ回路でこの値で切り替わるようにするには、どのような設計をすればいいのでしょうか？
今調べているのですが、まだわかっておりません。

もしよろしければアドバイスを頂けたら幸いです。

回答No.7

masudaya · ベストアンサー

モータの制御はしたことないけど,モータなので負荷が重そうなので,PWMは簡単にコンパレータだけでは無理そうに思います.バッファか何かが必要になってくる.3nsで切り替わって電流をモータを動かすくらいかなり流そうとすると,前にも行ったようにかなり周波数が高いので無理があるのではないでしょうか？(80MHzで大電流＝＞FM放送局？？)周期が3msなら立ち上がり3μsでも早いと思うのですが...(周期の100万分の1の切り替え時間って・・・？)そもそもモータの負荷をつけた状態で3nsで切り替えるのはモータがインダクタンスであることも考えると,無謀のような気がします.(モータの仕様を知らないので可能なのかもしれないですが.)3nsを除いて大電流のPWM制御だけで考えると,D級アンプなどを検索すると色々ヒントや,実際の回路が見つかると思います.確かCQ出版からも本が出ていたと思います.

補足

確かにそうですね。
PWM制御にとらわれすぎ、モータを動かす際の、バッファ等などの考慮について流していました。

今の段階は、とりあえずPWM周期5ms、５V出力の三角波を出力させる回路は一応できてて、切り替わり速度を3nsにするというとこでとまってますが。。。
結局、PWM信号を出力させるには、この設定では周波数の問題で無理のようですね・・・>A<
一応自分の考えとしては、コンパレータで制御電圧のところに可変抵抗を入れて調整してみようと思っていましたが・・・甘かったようですね。
ちなみに、デューティ０～１００％で自由に調整可能なものにするそうです。

さっき、今回使用するモータを使用した回路がありましたが・・・PICでしかないですね・・・
http://www.sxlist.com/images/www/hobby_elec/pic6_93.htm

回答No.6

challenger9

>ＰＷＭ周期は５ｍｓ

５ｍｓというと２００Ｈｚですか？　遅すぎて騒音になりますよ。

３ｎｓで立ち上がるような超高速ドライバー素子が簡単に入手できるとも思えないし、この課題の設定自体めちゃくちゃな気がします。

補足

はい、計算上そうなりました・・・
やはりそうですか・・・さすがに課題をそのまま載せるわけにはいきませんが・・・

やっぱり、切り替わりスピードは、デバイス選びによるんでしょうか・・・？

回答No.5

otto0001otto

マブチモーターの制御で、なぜ、3nsなのですか？

補足

一応課題みたいな形でやってるので、なぜ切り替わる時間が3nsまでかは、今はわかりません・・・

回答No.4

JMPFAR

今時ＯＰＡＭＰで組む回路では有りません。
２０年前の物です。
ＦＰＧＡかなんかを用いてロジックで組むべきです。
３ｎとかの高速立ち上がりとかアナログで求めるのはきついです。
ＯＰアンプは現在はプリアンプとフィルターにしか使いません、皆ロジックです。

補足

はい、それはわかっておりますが、今回はシュミレータでＰＷＭ波形→アナログ電圧への変換回路という課題といいますか。。。
なので、あえてアナログ回路で製作するにいたってます。
そういう感じで組んでおりますので、ＰＷＭはマイコンで制御するなりが簡単なのですが・・・

回答No.3

tadys

PWM信号の振幅はいくらなのでしょうか。仮に3Vとするとスルーレートは1000V/usとかなり高速になります。
高速のコンパレータを使えば可能ですが、慣れていない人が使ってもまともに動作しないでしょう。
http://www.analog.com/jp/index.html からコンパレータを調べてください。

PWMの周期はいくつなのですか。分解能はいくら必要なのですか。

そもそも、PWMで何を制御するのですか。アナログ回路を採用しなければいけない理由はあるのですか。

おそらく、PWM機能つきのマイコンでも利用したほうが簡単になると思いますよ。

補足

わざわざ返答ありがとうございます。
ＰＷＭ周期は５ｍｓで振幅は５Ｖ出力になるようなｍのです。

ＰＷＭはモータを制御します。マブチモータのＲＳ－３８０ＰＨです。
ちなみに、ＰＷＭはマイコンなり上のほうで述べられてルＦＰＧＡが普通なのですが、今回シュミレーションソフトを使って作成なのでアナログ回路でしか作成できないわけです。

回答No.2

masudaya

まず,なぜアナログなのでしょうか？PWMの制御であれば,高速のロジックのほうが簡単ではと思います.

内容ですが,制御電圧が分からないとスルーレートの概算ができないので,デバイスの選定が困難です.切り替え時間とありますが,これは,最小のパルス幅を指しているのか,基準の周期を指しているのか不明なので,同じようにスルーレートの概算ができません.回路については本文中に書かれている回路でいいと思いますが,超高速になるようなので,回路の配線やパターンニングで苦労するかもしれません.（高周波回路のパターンニングについて書いてある本:たとえばCQ:高周波システム＆回路設計には1章を割いて記述がありました.）

推測ですが,3nsでL->H,H->Lの時間とすると,直線が正弦波の1/4周期と同じとして83MHzに追従する必要があります.3nsが最小パルス幅だとしてら,パルスを表現するのに必要なのが5倍の高調波までとすると835MHzという周波数に追従する超高速なオペアンプやコンパレータが必要になります.たとえばこれが基準周期として,PWMの変化量を10％～90％とすると最小ハルス幅は0.3nsとなり同じように5倍の高調波まで必要とすると8.35GHzに追従する必要があります.（オペアンプであるのかな？83MHzくらいならありそう:マキシムとかリニアテクノロジー,バーブラウン,アナログデバイスなどで確認ください.）たとえば,制御電圧が５V とすると3nsでL->H,H->Lとすると1667V/μsとなりこれは,かなりのハイスペックになります.最小パルス幅とすると,8333V/us（計測器を設計したことないけど,あるのかこんなのというスペックのように思えます.）

補足

上の方でも述べたように、ＰＷＭ制御するには最悪ＰＩＣが一番なのですが、今回アナログ回路を理解・・・という形でシュミレーションソフトでアナログ電圧への変換・・・とういうことで、アナログ回路であえて設計を行っています。

ＰＷＭ周期は５ｍｓ、５Ｖ出力なので制御電圧は５Ｖでいいかとは思っております。

そして、アドバイスありがとうございます。
そこまで考えていなかったので、正直にいますとそこまで周波数を考えるとは思っておりませんでした・・・

回答No.1

otto0001otto

高速コンパレータ、オペアンプを使えば
いけると思います。

参考URL：

http://www.analog.com/jp/prod/0,,759_776_ADCMP551,00.html