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質問

PWM制御とVFM制御とは

回答

DC/DCコンバータ機能

DC/DCコンバータのスイッチング制御方式には、PWM制御とVFM制御があります。 PWMとはPulse Width Modulationの略でパルス幅変調、VFMとはVariable Frequency Modulationの略で周波数可変変調のことです。(VFMはPFM:Pulse Frequency Modulation/パルス周波数変調とも呼ばれます)

ICに内蔵もしくは外付けのスイッチング素子のオン/オフ切り替えにPWM信号とVFM信号が使われます。降圧/昇圧/昇降圧いずれの回路タイプも基本的に同じです。

PWM制御型

発振周波数は一定で、パルス幅(ON時間)が負荷により変化します。 出力のリップル電圧を小さくでき、負荷変動に対する応答性が高い特長がある反面、消費電力が大きく軽負荷時の効率がVFM制御型に比べて悪くなります。

PWM制御型

VFM制御型

パルス幅(ON時間)は一定で、発振周波数が負荷により変化します。 負荷に応じて発振周波数が変化する回路機能により、負荷が小さいと発振周波数も低くなります。スイッチング損失が発振周波数に比例するため、軽負荷時の消費電力を小さくすることができます。

VFM制御型

まとめるとそれぞれ下表のような特長があります。

  発振周波数 パルス幅
(デューティ)
軽負荷時 ノイズ対策*1
効率 リップル電圧
VFM制御型 変動 一定 良い 大きい 困難
PWM制御型 一定 変動 悪い 小さい 容易
  • *1 ノイズ対策: VFM制御型は負荷に応じて発振周波数が変動します。ノイズは発振周波数によって変化するのでノイズ対策が困難な場合があります。PWM制御型は発振周波数が一定のため、ノイズの周波数も一定のことが多くノイズ対策が比較的容易です。

Tap to see the table

リコーのDC/DCコンバータには、PWM制御のみで動作する製品と、VFM制御(軽負荷時)とPWM制御(重負荷時)を負荷に応じて切替えて動作する製品があります。

RP506K 効率(%) 対 出力電流(mA)

RP506K331A/B/C

RP506K331D/E/F

強制PWM制御とは

通常PWM制御では、軽負荷時にコイル電流の逆流を防止させるよう動作しますが、強制PWM制御はコイル電流を逆流させることで不連続モードをなくしています。 そのため、軽負荷時や入出力電圧差が小さい場合においても、不連続モードに入ることなくPWM動作が可能です。

また、強制PWM制御ではコイル電流の逆流が生じますが、逆流した電流は再び次の周期で出力側に流れるので電流を無駄に消費するわけではありません。

通常PWM制御

通常PWM制御

強制PWM制御

強制PWM制御

リコーの強制PWM制御のDC/DCコンバータはPWM/VFM切替制御も可能です。
軽負荷時に消費電流・効率を重視する場合はPWM/VFM自動切替モードを選択すると軽負荷時にVFM制御で動作し高い効率で動作します。
また、軽負荷時にリンギングしないことや一定の周波数で動作することを重視する場合は強制PWM制御固定を選択し、強制PWM制御にてご使用ください。

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