IC 555を使用してPWMを生成する方法（2つの方法を検討）

IC 555は、エレクトロニクスの分野で多くの有用な回路を構成するために適用できる非常に有用で用途の広いデバイスです。このICの非常に便利な機能の1つは、アプリケーションまたは回路のニーズに応じて寸法を決めたり処理したりできるPWMパルスを生成する機能です。

PWMとは

PWMは、パルス幅変調、パルス幅の制御を含むプロセス、または発振回路やマイクロコントローラーなどの特定のソースから生成されるオン/オフ期間または論理出力の略です。

基本的に、PWMは、個々の要件またはアプリケーションの要件に従って、特定の負荷の出力電圧または電力を寸法設定またはトリミングするために使用されます。

これは電力を制御するデジタル方式であり、アナログ方式や線形方式よりも効果的です。
与えられたパラメータを制御する際のPWMの効果的な使用法を説明する多くの例があります。

これは、DCモーターの速度を制御するため、インバーターで出力ACのRMSを制御するため、または 変更された正弦波出力を生成する 。

また、出力電圧を正確なレベルに制御するためのSMPS電源にも見られます。
また、LED調光機能を有効にするためのLEDドライバ回路にも適用されます。

かさばる変圧器を使用せずに降圧または昇圧電圧を導出するために、バック/ブーストトポロジで広く使用されています。

したがって、基本的には、独自の設定に従って出力パラメータを調整するために使用できます。

非常に多くの興味深いアプリケーションオプションがあるので、メソッドが複雑すぎたり、構成に費用がかかる可能性があることを意味しますか？

答えは間違いなく、いいえです。実際、LM555の単一ICを使用して非常に簡単に実装できます。

IC555を使用してパルス幅変調出力を生成する方法は基本的に2つあります。最初の方法は、単一のIC 555と、ダイオード、ポテンショメータ、コンデンサなどのいくつかの関連部品のみを使用することです。 2番目の方法は、標準の単安定IC 555構成を使用し、外部変調信号を使用することです。

ダイオードを使用したIC555 PWM

最初の方法は最も単純で効果的であり、以下に示す構成を使用します。

ビデオデモンストレーション

上に示した2ダイオードIC555PWM回路の動作は非常に簡単です。それは実際には 標準の非安定マルチバイブレータ設計 出力の独立したオン/オフ期間制御を除いて。

IC 555 PWM回路のオン時間は、コンデンサがピン＃7抵抗を介して2/3 Vccレベルで充電するのにかかる時間によって決定され、オフ時間はコンデンサの放電時間によって決定されることがわかっています。ピン＃7自体を介して1 / 3Vcc未満。

上記の単純なPWM回路では、これら2つのパラメータは、ポテンショメータと2つの分岐ダイオードを介して個別に設定または固定できます。

カソードがピン＃7に接続されている左側のダイオードはオフ時間を分離し、アノードがピン＃7に接続されている右側のダイオードはIC出力のオン時間を分離します。

いつ ポテンショメータ スライダーアームは左側のダイオードに向かっているため、コンデンサの放電経路の両端の抵抗が低くなるため、放電時間が短くなります。これにより、IC PWMのオン時間が増加し、オフ時間が減少します。

逆に、ポットスライダーが右側のダイオードに近づくと、コンデンサの充電経路でのポットの抵抗が低下するため、オン時間が減少します。これにより、IC出力PWMのオフ期間が長くなり、オン期間が短くなります。

2）外部変調を使用したIC 555 PWM

2番目の方法は上記よりも少し複雑で、IC出力に比例して変化するパルス幅を実装するためにICのピン＃5（制御入力）に外部の変化するDCが必要です。

次の簡単な回路構成を学びましょう。

IC555ピン配列

この図は、簡単な単安定マルチバイブレータモードで配線されたIC555を示しています。このモードでは、ICはピン＃2でのすべての負のトリガーに応答して、ピン＃3で正のパルスを生成できることがわかっています。

ピン＃3のパルスは、RaとCの値に応じて、所定の期間持続します。ピン＃2とピン＃5は、それぞれクロック入力と変調入力として割り当てられています。

出力は、チップの通常のピン＃3から取得されます。

上記の単純な構成では、IC 555はすべて必要なPWMパルスを生成するように設定されており、出力周波数を決定するピン＃2に方形波パルスまたはクロック入力、ピン＃5に可変電圧入力が必要です。その振幅または電圧レベルが出力でのパルス幅の寸法を決定します。

ピン＃2のパルスは、ICのピン＃6/7で対応する交互の三角波を生成し、その幅はRAおよびCタイミングコンポーネントによって決定されます。

この三角波は、ピン＃3の出力でPWMパルスを測定するために、ピン＃5に印加された電圧の瞬間的な測定値と比較されます。

簡単に言うと、ICのピン＃3で必要なPWMパルスを実現するには、ピン＃2に一連のパルスを供給し、ピン＃5に可変電圧を供給する必要があります。

ピン＃5の電圧の振幅は、出力PWMパルスを強くしたり弱くしたり、単に厚くしたり薄くしたりすることに直接関与します。

変調電圧は非常に低い電流信号である可能性がありますが、それでも意図した結果が得られます。

たとえば、ピン＃2に50 Hzの方形波を適用し、ピン＃5に一定の12Vを適用すると、出力の結果は、RMSが12V、周波数が50HzのPWMを示します。

RMSを下げるには、ピン＃5の電圧を下げる必要があります。これを変更すると、結果はRMS値が変化するPWMが変化します。

この変化するRMSが出力のMOSFETドライバステージに適用される場合、MOSFETによってサポートされる負荷も、それに応じて変化する高低の結果で応答します。

モーターがMOSFETに接続されている場合、モーターはさまざまな速度で応答し、ランプはさまざまな光強度で、インバーターは正弦波に相当するものを変更します。

出力波形

上記の説明は、以下の波形図から確認できます。

一番上の波形はピン＃5の変調電圧を表し、波形のバルジは上昇電圧を表し、その逆も同様です。

2番目の波形は、ピン＃2で適用される均一なクロックパルスを表しています。これは、ICが特定の周波数で切り替わるようにするためだけのものであり、それがないと、ICはPWMジェネレータデバイスとして機能できません。

3番目の波形は、ピン＃3での実際のPWM生成を示しています。パルスの幅は、上部の変調信号に正比例していることがわかります。

「バルジ」に対応するパルス幅は、変調電圧レベルの低下に比例して薄くなり、まばらになる、はるかに広く、間隔が狭いことがわかります。

上記の概念は、上記の記事で前述したように、電力制御アプリケーションに非常に簡単かつ効果的に適用できます。

IC 555回路から固定50％デューティサイクルを生成する方法

次の図は、ピン＃3全体で固定の50％デューティサイクルPWMを提供する単純な構成を示しています。このアイデアはIC555データシートの1つで提示されており、この設計は非常に興味深く、シンプルで迅速な50％固定デューティサイクルジェネレーターステージを必要とするアプリケーションに役立ちます。