PWM制御とは？　PFM制御とは？　（スイッチングの発想）

「PWM制御」。耳にされる方も多いのではないでしょうか。「PFM制御」の方はあまり見かけにくいかもしれません。

今回は、パワエレ分野の基本、それ以外の分野でも地味に使用されたりもする「PWM制御」について解説していきたいと思います。ついでに「PFM制御」もやります。

スイッチングの発想（考え方）

PWM制御の前に、スイッチングの基本的な発想について解説していきます。

マイコン、ロジックICのポートや、半導体スイッチは基本的に"0"と"1"しか出せません。（半導体スイッチの素子はリニア動作できますが、あくまでスイッチとして使うということで...）

ここで"1"、"0"は論理上の値で、たいていは電圧が"ある"、"ない"で表されます。"1"は5Vだったり、3.3Vだったり、はたまた30Vだったりしますが、"0"は多くの場合0Vです。

ともかく、"0"と"1"しか出せないので、「0V」と"1"に割り当てられた「とある電圧」しか出せません。

ここで、なんとか"0"と"1"の間の値を出せないか？と考えます。

そこで、こんな発想をします。少しだけ"1"にして、後は"0"、また少しだけ"1"にして、後は"0"...を繰り返したら、なんとなくそれらしい値にならないだろうか？

今度は"1"を多めに、"0"を少なめにしてみると

といった具合に、"1"と"0"を繰り返すことで、（平均的に見れば）"1"と"0"の間の値を出すことができそうです。しかも、"1"と"0"の比率で好きな値を出すことができそうです。

"1"と"0"の比率を分かりやすく示すために、「Duty比」というものが登場します。

Duty比は「1周期のうち、どれだけ"1"となっているか」を表します。Duty比は略して「Duty」と呼ばれることも多いです。また、％で表されることも多くあります。

このDutyをどうやって変化させるか。その方法のうち、一番メジャーなのが「PWM制御」です。

PWM制御

PWM：Pulse Width Modulation：パルス幅変調

PWM制御は、周期Tを固定してON時間を変化させることでDutyを制御します。周期Tは固定されているので、ON時間が大きくなると、その分だけOFF時間が減ります。固定された周期＝単位時間のなかで、どれだけONとするか、でDutyが決まるため直感的にも分かりやすいかと思います。

PFM制御

PFM：Pulse Frequency Modulation：パルス周波数変調

PFM制御は、ON時間を固定して、周期を変化させることでDutyを制御します。ON時間が固定されているため、周期を伸ばすとその分だけOFF時間が伸びます。そのため、周期を伸ばすとDutyが減り、周期を縮めるとDutyが増えます。

応用分野と重要な発想

PWM制御（PFM制御）の応用例として、このようなものがあります。

• スイッチング電源、インバータなどのパワエレ
• シンセサイザーとかの音声出力
• 簡易D/A
• ...など

PWM制御・PFM制御だけでなく、他にも応用される重要な発想として、

というものがあります。