16
2013 Microchip Technology Inc. DS01468A_JP - p.1 はじめに 本書では、プログラマブル スイッチング モード コントローラ (PSMC) の基本機能を説明します。 また、この周辺モジュールを搭載している PIC ® MCU を示し、数例の推奨アプリケーションを紹 介します。 PSMC とは プログラマブル スイッチング モード コント ローラ (PSMC) とは、高性能の 16 ビットパルス 幅変調器 (PWM) です。多数の動作モードのいず れか 1 つを選んで構成する事で、単相または多相 のアプリケーションをサポートできます。各種ス イッチング モード電源、照明アプリケーション、 モータ駆動アプリケーションの MOSFET スイッ チングを、インテリジェントかつ効率的に駆動す るために設計されました。このモジュールは 12 類の PWM 波形を生成し、他の内蔵周辺モジュー ルと連携して実用アプリケーションの課題解決と 改善を可能とする柔軟性を備えた、いわば PWM のスイスアーミーナイフです。PIC16(L)F178X ファミリは、 PSMC モジュールが最初に導入され PIC マイクロコントローラです。 PSMC の他に も、12 ビット ADC、高速コンパレータ、オペア ンプ、 8 ビット DAC、キャプチャ/ コンペア /PWM固定参照電圧、複数のタイマ、 I 2 C™/SPI/EUSART 通信、デバッグ機能、低消費電力機能等、先進の アナログ周辺機能を搭載しています。詳細は、 www.microchip.comPIC16(L)F1782/3製品ペー ジとデータシート (DS41579) をご覧ください。 1: PSMC の概略ブロック図 著者 : John Mouton Microchip Technology Inc. PSMCXA PSMCXB PSMCXC PSMCXD PSMCXE PSMCXF Output Control PSMCXOEN PSMCXPOL Mode Control PSMCXCLK FOSC 64 MHZ PXCSRC<1:0> PXCPRE<1:0> 1, 2, PSMCXTMR PSMCXIN S R C1OUT C2OUT C3OUT CLR CCP1 CCP2 PSMCXDCS PSMCXPHS Q PSMCXPRS PSMCXFEBS PSMCXREBS PSMCXMDL PXMODE PSMCXSTR Shutdown PSMCXASDS psmc_clk Blanking Rising Event Falling Event PSMCXDC = PSMCXPH = PSMCXPR = FFA Period Event sync_out sync_in 4, 8 周辺モジュール概要 : プログラマブル スイッチング モード コントローラ (PSMC) AN1468 注意 : この日本語版文書は参考資料としてご利用ください。最新情報は必ずオリジ ナルの英語版をご参照願います。

Peripheral Brief: Programmable Switch Mode Controller …ww1.microchip.com/downloads/jp/AppNotes/01468A_JP.pdf2013 Microchip Technology Inc. DS01468A_JP - p.3 AN1468 図 3: 同一周期内で複数の立ち上がりエッジイベントが発生した場合の波形

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周辺モジュール概要 : プログラマブル スイッチング モード コントローラ (PSMC)

AN1468

注意 : この日本語版文書は参考資料としてご利用ください。最新情報は必ずオリジナルの英語版をご参照願います。

はじめに

本書では、プログラマブル スイッチング モードコントローラ (PSMC) の基本機能を説明します。また、この周辺モジュールを搭載している PIC®

MCU を示し、数例の推奨アプリケーションを紹介します。

PSMC とは

プログラマブル スイッチング モード コントローラ (PSMC) とは、高性能の 16 ビットパルス幅変調器 (PWM) です。多数の動作モードのいずれか 1 つを選んで構成する事で、単相または多相のアプリケーションをサポートできます。各種ス

イッチング モード電源、照明アプリケーション、モータ駆動アプリケーションの MOSFET スイッチングを、インテリジェントかつ効率的に駆動するために設計されました。このモジュールは 12 種類の PWM 波形を生成し、他の内蔵周辺モジュールと連携して実用アプリケーションの課題解決と改善を可能とする柔軟性を備えた、いわば PWMのスイスアーミーナイフです。PIC16(L)F178Xファミリは、PSMC モジュールが最初に導入された PIC マイクロコントローラです。PSMC の他にも、12 ビット ADC、高速コンパレータ、オペアンプ、8ビットDAC、キャプチャ/コンペア /PWM、固定参照電圧、複数のタイマ、I2C™/SPI/EUSART通信、デバッグ機能、低消費電力機能等、先進のアナログ周辺機能を搭載しています。詳細は、www.microchip.comのPIC16(L)F1782/3製品ページとデータシート (DS41579) をご覧ください。

図 1: PSMC の概略ブロック図

著者 : John MoutonMicrochip Technology Inc.

PSMCXA

PSMCXBPSMCXCPSMCXD

PSMCXEPSMCXF

Out

put C

ontro

l

PSMCXOENPSMCXPOL

Mod

e C

ontro

l

PSMCXCLK

FOSC64 MHZ

PXCSRC<1:0> PXCPRE<1:0>

1, 2, PSMCXTMR

PSMCXIN

S

R

C1OUTC2OUTC3OUT

CLR

CCP1CCP2

PSMCXDCS

PSMCXPHSQ

PSMCXPRS

PSMCXFEBSPSMCXREBS

PSMCXMDL

PXMODEPSMCXSTR

Shutdown

PSMCXASDS

psmc_clk

Blanking

Ris

ing

Eve

ntFa

lling

Even

tPSMCXDC =

PSMCXPH =

PSMCXPR =FFA

Per

iod

Eve

nt sync_outsync_in

4, 8

2013 Microchip Technology Inc. DS01468A_JP - p.1

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基本動作

ブランキング

PSMC への入力は内蔵高速コンパレータ出力(CxOUT) または外部入力ピン (PSMCxIN) を選択できます。また、内蔵 CCP ( キャプチャ / コンペア /PWM) モジュールの出力を PSMC 変調に使う事もできます。これについては後ほど説明します。コンパレータまたは外部入力ピンからの信号は、まず入力ブランキング制御回路に入力されます。入力ブランキングとは、入力 (PSMC 入力ピンまたはコンパレータ出力 ) の駆動を短期間非アクティブな状態にする機能です。これは、電源回路の ON/OFF による電気的過渡現象が、不正なイベントを生成しないようにするための機能です。

入力

入力信号はブランキング制御回路を経てPSMCのコアへと入力されます。このコアから PSMC の基本的な動作が始まります。ここでは、PSMC が 3つのイベントのシーケンス、すなわち周期イベント、立ち上がりエッジイベント、立ち下がりエッジイベントに基づいて動作します。これら 3 つのイベントはそれぞれ、ユーザが選択する外部入力の組み合わせ (コンパレータ出力とPSMC入力ピン )、または内部クロック (PSMCxPR、PSMCxPH、PSMCxDC、PSMCxTMR レジスタ ) から生成されるタイムベースのカウンタ入力のいずれかによってトリガされます ( 図 1 参照 )。

周期イベント

周期イベントは出力パルスの周波数を決定します。この信号は、PSMC タイマ / カウンタ一致信号、PSMC 入力ピンからの信号、コンパレータ出力信号を任意に組み合わせて発生源とする事ができます ( 図 2 参照 )。1 周期の間に発生が許される立ち上がりエッジイベントと立ち下がりエッジイベントは、それぞれ 1 回ずつです。同一周期内の 2 回目以降の立ち上がり / 立ち下がりエッジイベントは無視され、スプリアス入力による出力のチャタリングを防ぎます ( 図 3 と 図 4 参照 )。

立ち上がりエッジイベント

立ち上がりエッジイベントは、出力パルスの開始時点を決定します。PSMC モードに応じて、1 つまたは複数の PSMC 出力が、立ち上がりエッジイベントに即座に反応して変化します ( 図 2 参照 )。同一周期内で、立ち下がりエッジイベントより後に発生した立ち上がりエッジイベントは無視されるため、PWM 信号は出力されません ( 図 5 参照 )。

立ち下がりエッジイベント

立ち下がりエッジイベントは、出力パルスの終了時点を決定します。立ち下がりエッジイベントはデューティ サイクルと呼ばれる場合もあります。立ち上がりエッジイベントと周期イベントを固定したまま、立ち下がりエッジイベントを変化させる事で、アクティブ駆動のデューティ サイクルが変化するためです。PSMC モードに応じて、1 つまたは複数の PSMC 出力が、立ち下がりエッジイベントに即座に反応して変化します ( 図 2 参照 )。立ち下がりエッジイベントのパルスが次のサイクル周期まで継続すると、次のサイクル周期の立ち上がりエッジイベントが無視されます。このため、次のサイクル周期では PWM 信号が出力されません ( 図 6 参照 )。

クロックの選択

PSMC モジュールのクロック駆動は、外部クロックピン、64 MHz、システム オシレータ周波数(FOSC) の 3 つから選びます。外部クロック源として使える周波数のレンジは32 kHz~20 MHzです。これはマイクロコントローラ CPU のオシレータ選択とは関係なく、使う水晶振動子によって決まります。64 MHz クロックによる駆動を選んだ場合、PSMC を 64 MHz で動作させる一方、マイクロコントローラの残りの部分を 32 kHz で動作させる事も可能です。これによって、PSMC を高速に動作させながら、CPU を低消費電力モードで動作させる事ができます。3 つ目の選択肢として、PSMC を CPU と同じクロック速度で駆動する方法があります。PSMC の概略ブロック図は、図 1 を参照してください。

図 2: 基本的な PWM 波形生成 PWM Cycle Number

Period Event

Rising Edge Event

Falling Edge Event

PWM Output

Inputs

Outputs

1 2 3

DS01468A_JP - p.2 2013 Microchip Technology Inc.

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図 3: 同一周期内で複数の立ち上がりエッジイベントが発生した場合の波形

図 4: 同一周期内で複数の立ち下がりエッジイベントが発生した場合の波形

図 5: 立ち下がりエッジイベントの後に立ち上がりエッジイベントが発生した場合の波形

PWM Cycle Number

Period Event

Rising Edge Event

Falling Edge Event

PWM Output

Inputs

Outputs

1 2 3

PWM Cycle Number

Period Event

Rising Edge Event

Falling Edge Event

PWM Output

Inputs

Outputs

1 2 3

1サイクル周期内の最初の立ち下がりエッジイベントだけがPWM出力信号を遷移させる事ができます。

PWM Cycle Number

Period Event

Rising Edge Event

Falling Edge Event

PWM Output

Inputs

Outputs

1 2 3

同一周期内で、立ち下がりエッジイベントより後に発生した立ち上がりエッジイベントも無視されます。

2013 Microchip Technology Inc. DS01468A_JP - p.3

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図 6: 複数のサイクル周期にまたがる立ち下がりエッジイベントのパルス

タイムベースのイベント

特定の周期イベントに対して、きわめて厳密な立ち上がりおよび立ち下がりエッジイベントに基づく PWM 出力が必要なアプリケーションの場合、これら 3 つのイベントの全てをあらかじめレジスタに読み込んでおく、タイムベースのイベント源を使う方法があります。各 PWM 周期のタイミング基準には、PSMCxTMR レジスタ (16 ビットカウンタ ) を使います。カウンタは PSMC クロック信号の立ち上がりエッジごとに、0000h から FFFFh までインクリメントします。PSMCxPR周期レジスタを使い、16 ビットのデジタルカウンタPSMCxTMRを基準として周期イベントを決定します。PSMCxTMR と PSMCxPR レジスタの一致によって周期イベントが生成されます。例えば、PSMCxPR = 0030h の場合、PSMCxTMR は0000h から 0030h までインクリメントしてから、0000h にロールオーバーします。従って、0000hから 0030h までのカウント 1 巡が、PWM サイクル番号の 1 つ、つまり PWM 出力の 1 周期です。PSMCxPH 位相レジスタを使い、16 ビットのデジタルカウンタPSMCxTMRを基準として立ち上がりエッジイベントを決定します。PSMCxTMRとPSMCxPHレジスタ値の一致によって立ち上がりエッジイベントが生成されます。例えば、PSMCxPH = 0002h の場合、PSMCxTMR カウンタが 0002h までインクリメントすると、立ち上がりエッジイベントが発生します。PSMCxDC デューティ サイクル レジスタを使い、16 ビットのデジタルカウンタ PSMCxTMR を基準に、同期立ち下がりエッジイベントを決定します。PSMCxTMR とPSMCxDC レジスタ値の一致によって立ち下がりエッジイベントが生成されます。例えば、PSMCxDC = 0028h の場合、PSMCxTMR カウンタが 0028h までインクリメントすると、立ち下がりエッジイベントが発生します。また、デュー

ティ サイクルが 0% の動作の PWM 出力を得るには、PSMCxDC と PSMCxPH に同じ値を設定します。このように設定すると、立ち上がりエッジイベントと同時に立ち下がりエッジイベントがトリガされ、PWM信号の出力が抑止されます。同様に、100% のデューティ サイクルで動作させるには、PSMCxDC に PSMCxPR よりも大きな値を設定します。この設定では PSMCxDC の値とタイムベース カウンタの値が決して一致せず、立ち下がりエッジイベントが発生しません。これらの立ち上がりおよび立ち下がりエッジイベントが、特定の PWM サイクル番号の周期のPWM 出力信号を決定します。図 7 に、タイムベース イベント源によって生成される PWM の波形例を示します。

PWM Cycle Number

Period Event

Rising Edge Event

Falling Edge Event

PWM Output

Inputs

Outputs

1 2 3

立ち下がりエッジイベントのパルスが次のサイクル周期まで継続した場合、次のサイクル周期の立ち上がりエッジイベントは無視されます。

DS01468A_JP - p.4 2013 Microchip Technology Inc.

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図 7: タイムベース イベント源によって生成される基本的な PWM 波形

PWM Cycle Number

Period Event

Rising Edge Event

Falling Edge Event

PWM Output

Inputs

Outputs

1

PSMC clock

Counter

PSMCxPR<15:0>

PSMCxPH<15:0>

PSMCxDC<15:0>

0000h 0001h 0002h

0002h

0003h 0004h 0027h 0028h 0029h 0030h 0000h

0030h

0028h

2013 Microchip Technology Inc. DS01468A_JP - p.5

AN1468

動作モード

立ち上がりおよび立ち下がりエッジイベントの組み合わせをSRラッチによって論理的に設定した上で、動作モードを選択して各種 PWM パルス出力信号を生成します。12 のモードから 1 つを選択して、スイッチング モード電源から照明、

モータ制御まで、各種 MOSFET スイッチング アプリケーションを駆動できます。この周辺モジュールを適用できるアプリケーションは数多く存在するため、表 1 に 12 の PSMC 動作モードについて、それぞれの機能と応用例を簡単にまとめました。

表 1: PSMC 動作モード

動作モードデッドバンド遅延

PWMステアリング

第一出力 相補出力分数周波数調整 (FFA)

応用例

単相 PWM なし ありA,B,C,D,

E,F— なし

- ステッピング モータ制御

- ブラシ付き DC モータ制御

- 電源相補 PWM あり あり A,C,E B,D,F なし

プッシュプル PWM なし なし A,B — なし - ハーフブリッジおよびフルブリッジ電源

- 同期駆動相補出力を備えたプッシュプル PWM

あり なし A,E B,F なし

4 系統フルブリッジ出力を備えたプッシュプルPWM

なし なし A,B,C,D — なし- DC/AC インバータ

- D 級出力駆動

- 誘導モータ駆動4 系統フルブリッジ出力と相補出力を備えたプッシュプル PWM

あり なし A,B,C,D E,F なし

パルス スキッピングPWM なし なし A — なし

- 高効率昇圧型コンバータ

- 電圧モード昇圧型コントローラ相補出力を備えたパルス スキッピング PWM

あり なし A B なし

ECCP 互換フルブリッジPWM

あり( 順方向と逆方向 )

なし A,B,C,D — なし - ブラシ付き DC モータ制御

可変周波数 - 固定デューティ サイクル PWM

なし なし A — あり- 共振コンバータ

- 蛍光灯調光バラスト

相補出力を備えた可変周波数 - 固定デューティ サイクル PWM

あり なし A,C,E B,D,F あり- 共振電源

- 速度制御付き誘導モータ駆動

3 相 PWM なし あり

A, DA, FC, FC, BE, BE, D

— なし- 3 相 BLDC モータ

- AC インバータ

DS01468A_JP - p.6 2013 Microchip Technology Inc.

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単相 PWM

単相PWMはPSMCモジュールで生成される波形の中で最も基本的なものです。代表的な応用例として、モータ制御と電源ドライバがあります。3 つのイベント ( 立ち上がりエッジ、立ち下がりエッジ、周期 ) の全てを

使って波形を生成し、単一のPWM信号を出力します。この動作モードにはデッドバンド遅延制御が適用されませんが、PWM 信号は 6 本の出力ピンのあらゆる組み合わせに対して出力できます。 図 8 に、単相 PWM 動作の波形例を示します。

図 8: 単相 PWM モード

相補 PWM

相補 PWM は単相 PWM と同じイベント源を使いますが、1 つではなく 2 つの波形を生成します。2 つの波形は互いに反転した極性を持つ相補波形です。2 つの波形には、デッドバンド制御も適用されます。デッドバンド制御は、直列接続のパワースイッチにおける貫通電流を防止するために、オーバーラップのない PWM

信号を供給します。デッドバンド制御を利用できるのは、相補波形出力機能を備えたモードだけです。本モジュールは、立ち上がりエッジと立ち下がりエッジのデッドバンド制御用に、それぞれ専用の 8 ビット デッドバンド カウンタを装備しています。PWM 信号は、3本の 1 次 PWM 出力ピンと 3 本の相補出力ピンに出力できます。図 9 に、相補PWM動作の波形例を示します。

図 9: 相補 PWM モード

PWM Cycle Number

Period Event

Rising Edge Event

Falling Edge Event

PSMCxA

1 2 3

2013 Microchip Technology Inc. DS01468A_JP - p.7

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プッシュプル PWM

プッシュプル PWM は、ハーフブリッジ / フルブリッジ電源やその他の同期制御回路に使います。このモードは 2 つ以上の出力を使い、偶数サイクルと奇数サイクルで 2 本の出力ピンに交互に出力される PWM 信号

を生成します。デッドバンド遅延も出力ステアリング制御も適用されません。PWM 信号を出力できるのは、6 本の出力ピンのうち 2 本だけです。図 10 に、プッシュプル PWM 動作の波形例を示します。

図 10: プッシュプル PWM モード

相補出力を備えたプッシュプル PWM

相補プッシュプル PWM は、トランジスタ ブリッジ回路や、ブリッジの 2 次側の同期スイッチを駆動するために使います。PWM 波形は出力信号のペア 2 対として 4 本のピンに出力されます。各ペアは 1 次出力と相

補出力から構成されます。この動作モードにはデッドバンド遅延は適用されますが、出力ステアリング制御は適用されません。図 11 に、相補出力を備えたプッシュプル PWM 動作の波形例を示します。

図 11: 相補出力を備えたプッシュプル PWM モード

PWM Cycle Number

Period Event

Rising Edge Event

Falling Edge Event

PSMCxA

1 2 3

PSMCxB

A Output

B Output

A Output

1 2 3

DS01468A_JP - p.8 2013 Microchip Technology Inc.

AN1468

2013 Microchip Technology Inc. DS01468A_JP - p.9

4 系統フルブリッジ出力を備えたプッシュプル PWM

フルブリッジ プッシュプル PWM は、DC/AC インバータ、D 級出力駆動、誘導モータ駆動システムに使います。このモードにはデッドバンド遅延制御も PWM ステア

リング制御も適用されません。信号は 6 本の出力ピンのうち 4 本のみに出力できます。 図 12 に、4 系統フルブリッジ出力を備えたプッシュプル PWM 動作の波形例を示します。

図 12: 4 系統フルブリッジ出力を備えたプッシュプル PWM モード

PWM Cycle Number

Period Event

Rising Edge Event

Falling Edge Event

PSMCxA

1 2 3

PSMCxB

PSMCxC

PSMCxD

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4 系統フルブリッジおよび相補出力を備えたプッシュプル PWM

系統フルブリッジおよび相補出力を備えたプッシュプル PWM は、DC/AC インバータ、D 級出力駆動、誘導モータ駆動システムに使います。このモードには PWM

ステアリング制御が適用されませんが、デッドバンド遅延制御は適用され、1 次 PWM 出力は 6 本の出力ピンのうち 4 本に、相補出力は残りの 2 本に出力されます。図 13 に、4 系統フルブリッジおよび相補出力を備えたプッシュプル PWM 動作の波形例を示します。

図 13: 4 系統フルブリッジおよび相補出力を備えたプッシュプル PWM モード

パルス スキッピング PWM

パルス スキッピング PWM は、各周期イベントでトリガできる一連の固定長パルスを生成するために使います。このタイプの PWM 信号は、高効率電圧モード昇圧型コンバータに適しています。出力 PWM 信号を生成するには、非同期の立ち上がりエッジイベントをアクティブ (「1」) にした上で、このイベントのアクティブ

状態を含む各 PWM 周期内で、同期立ち上がりエッジイベントを生成する必要があります。この条件が満たされないと、出力は生成されません。この動作モードにはデッドバンド遅延制御も PWM ステアリング制御も適用されません。信号を出力できるのは 1 本の出力ピンに限られます。 図 14 に、パルス スキッピングPWM動作の波形例を示します。

図 14: パルス スキッピング PWM モード

PWM Cycle NumberPeriod Event

Asynchronous

Synchronous

PSMCxA

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Rising Edge Event

Rising Edge Event

Falling Edge Event

DS01468A_JP - p.10 2013 Microchip Technology Inc.

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相補出力を備えたパルス スキッピング PWM

このパルス スキッピング モードの動作は、相補出力信号を生成する点を除いて、前セクションのモードと全く同じです。従って、このモードにはデッドバンド

遅延制御が適用され、相補信号をもう 1 本の出力ピンに出力できます。図 15 に、相補出力を備えたパルススキッピング PWM 動作の波形例を示します。

図 15: パルス スキッピング PWM モード

ECCP 互換フルブリッジ PWM

この動作モードは、ECCP モジュールからのフルブリッジ モードに適合するように設計されました。この

モードは、フルブリッジ駆動回路を順方向と逆方向に駆動するために必要な PWM 出力信号を複製する事から、ECCP 互換と呼ばれます ( 図 16 参照 )。

図 16: PWM の方向変更の例

フルブリッジ互換モードは、出力波形の生成に単相PWM モードと同じ波形イベントを使います。この動作では、ECCP 実装に適合するように、順方向モードと逆方向モードの 2 つを利用できます。順方向と逆方

向の変更時にデッドバンド遅延制御が適用されます。図 17 に、ECCP 互換フルブリッジ PWM 動作の波形例を示します。

Note 1: CCPxCON レジスタの方向制御ビット PxM1 は、PWM サイクル内で常時書き込み可能です。

2: 方向を変える際は、現在の PWM サイクルが終了する前に PxA 信号と PxC 信号が切り換わります。この時点では、変調された PxB 信号と PxD 信号は非アクティブです。この時間の長さは Timer の4 カウント分です。

2013 Microchip Technology Inc. DS01468A_JP - p.11

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図 17: ECCP 互換フルブリッジ PWM モード

可変周波数 - 固定デューティ サイクル PWM

この動作モードは、他のいかなるモードとも全く異なります。波形生成には周期イベントしか使いません。各周期イベントで PWM 出力がトグルし、デューティ サイクル固定の PWM 信号を生成します。立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジイベントは使いません。共振コンバータや蛍光灯調光バラストに適したモードです。このモードにはデッドバンド遅延制御も出力ステアリング制御も適用されませんが、周期タイミングの微調整に使える分数周波数調整機能があります。図 18 に、可変周波数固定デューティ サイクル PWM 動作の波形例を

示します。分数周波数調整 (FFA) は、デューティ サイクルが 50% 固定の信号に対してPWM分解能を向上できる手法です。計算で求めたインターバルごとに PWM周期を 1 カウントずつ変更する事で、より高い分解能が得られます。分解能が向上するのは、多数の PWM周期にわたってPWM周波数が平均化されるためです。周期イベントが発生するごとにFFAは前回までの累積レジスタ値にPSMCxFFAのレジスタ値を加算します。この加算によってオーバーフローが生じた時に、周期イベントの時間が 1 増加します。図 19 に、分数周波数調整回路の概略ブロック図を示します。

図 18: 可変周波数 - 固定デューティ サイクル PWM モード

図 19: 分数周波数調整 (FFA) の概略ブロック図

PSMCxPR<15:0>

PSMCxTMR<15:0>

Comparator = Period Event

PSMCxFFA<3:0>

Accumulator<3:0> carry

psmc_clk

DS01468A_JP - p.12 2013 Microchip Technology Inc.

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相補出力を備えた可変周波数 ‐ 固定デューティ サイクル PWM

このモードは、デッドバンド制御付き相補出力が生成される点を除いて、前セクションの単一出力固定デューティ サイクル モードと同じです。図 20 に、相補出力を備えた可変周波数固定デューティ サイクルPWM 動作の波形例を示します。

図 20: 相補出力を備えた可変周波数 - 固定デューティ サイクル PWM モード

3 相 PWM

3 相動作モードは、3 相電源やハーフブリッジ構成のモータ駆動アプリケーションに使います ( 図 21参照 )。

図 21: 3 相駆動アプリケーション

ハーフブリッジ構成は、正側電源レール ( ハイサイド )と負側電源レール ( ローサイド ) の間に直列接続された 2 つの電源ドライバデバイスからなります。3 つの出力は、各ハーフブリッジの 2 つのドライバをつなぐノードから供給されます。ステアリング制御によって、ある位相の駆動回路が選択されると、電力は正側レールからハイサイド パワーデバイスを通して負荷に供給され、ローサイド パワーデバイスを介して電源に戻ります。この動作モードでは、6 つの PSMC 出力を全て使いますが、同時にアクティブになるのは、このうち 2 つだけです。2 つのアクティブな出力は、ハイサイド ドライバ出力とローサイド ドライバ出力を構成

します。モータを順方向に回転させるには、PSMC ステアリング制御レジスタの値を選択します。これらの値を選択するタイミングの速度がモータの回転速度を決めます。逆回転のために PSMC ステアリング制御レジスタの値を選択する場合も同様です。図 22 に、3 相PWM 動作の波形例を示します。

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図 22: 3 相 PWM モード

その他の PSMC 機能

自動シャットダウン

PSMC は自動シャットダウン制御を備えている事から、ソフトウェアによる操作なしで素早く動作を停止できます。自動シャットダウンは、コンパレータ出力、手動操作、入力ピンを介したマイクロコントローラ外からの制御の任意の組み合わせによってトリガできます。自動シャットダウンは、オーバーライド信号によってPSMC出力レベルをただちにオーバーライドして、アプリケーションを安全にシャットダウンできる手法です。この機能は、手動または自動の各種条件によってアプリケーションを再起動できるメカニズム (自動再起動 )も備えています。

PSMC 同期

同一デバイス上にある複数のPSMCモジュール間で互いに周期を同期させる事ができます。同期は、マスタPSMCモジュールから必要なスレーブ モジュールに同期信号を送信する事で実現します。各スレーブ モジュールの周期イベントは、この同期信号から生成されるため、全てのスレーブがマスタに同期します。この機能は、アプリケーションがモジュールごとに異なる PWM 信号の生成を必要としているものの、PWM 周期内で波形が整合する必要がある場合に便利です。

PSMC 変調

PSMC 変調は、モジュールを無効にする事なく、PSMCの PWM 動作を停止 / 開始する手法です。この機能によって、PSMC の動作周期を他のモジュールで制御する事も可能です。これはバーストモードとも呼ばれる手法です。LED 照明、電源設計における起動 / 停止にPWM を実装する場合に使います。

まとめ

プログラマブル スイッチング モード コントローラ (PSMC)は、電源、照明、モータ制御アプリケーションに最適の16 ビット PWM 周辺モジュールです。アプリケーションには、降圧型コンバータ、昇圧型コンバータ、ブラシ付き DC/ ブラシレス /3 相モータ等があります。本書では、多くの実用アプリケーションに適用可能な、PSMCの基本機能と動作モードを説明しました。現在、PSMC 周辺モジュールを搭載しているデバイスは、PIC16(L)F1782 と PIC16(L)F1783 だけですが、今後登場するPSMC内蔵デバイスについては、www.microchip.comにご注目ください。

最後になりましたが、この周辺モジュールのメリットを最大限に活かすには、PIC MCU の他の機能を活用、最適化する必要がある事を忘れないでください。

DS01468A_JP - p.14 2013 Microchip Technology Inc.

マイクロチップ社製デバイスのコード保護機能に関して以下の点にご注意ください。

• マイクロチップ社製品は、該当するマイクロチップ社データシートに記載の仕様を満たしています。

• マイクロチップ社では、通常の条件ならびに仕様に従って使用した場合、マイクロチップ社製品のセキュリティ レベルは、

現在市場に流通している同種製品の中でも最も高度であると考えています。

• しかし、コード保護機能を解除するための不正かつ違法な方法が存在する事もまた事実です。弊社の理解では、こうした手法

はマイクロチップ社データシートにある動作仕様書以外の方法でマイクロチップ社製品を使用する事になります。このような

行為は知的所有権の侵害に該当する可能性が非常に高いと言えます。

• マイクロチップ社は、コードの保全性に懸念を抱いているお客様と連携し、対応策に取り組んでいきます。

• マイクロチップ社を含む全ての半導体メーカーで、自社のコードのセキュリティを完全に保証できる企業はありません。コー

ド保護機能とは、マイクロチップ社が製品を「解読不能」として保証するものではありません。

コード保護機能は常に進歩しています。マイクロチップ社では、常に製品のコード保護機能の改善に取り組んでいます。マイクロ

チップ社のコード保護機能の侵害は、デジタル ミレニアム著作権法に違反します。そのような行為によってソフトウェアまたはそ

の他の著作物に不正なアクセスを受けた場合、デジタル ミレニアム著作権法の定めるところにより損害賠償訴訟を起こす権利があ

ります。

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一切の責任を否認します。生命維持装置あるいは生命安全用

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スクとし、また購入者はこれによって発生したあらゆる損害、

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黙的あるいは明示的を問わず、マイクロチップ社が知的財産

権を保有しているライセンスは一切譲渡されません。

2013 Microchip Technology Inc.

商標

マイクロチップ社の名称とロゴ、Microchip ロゴ、dsPIC、

FlashFlex、KEELOQ、KEELOQ ロゴ、MPLAB、PIC、PICmicro、PICSTART、PIC32 ロゴ、rfPIC、SST、SST ロゴ、

SuperFlash および UNI/O は、米国およびその他の国におけ

るマイクロチップ・テクノロジー社の登録商標です。

FilterLab、Hampshire、HI-TECH C、Linear Active Thermistor、MTP、SEEVAL、Embedded Control Solutions Company は、

米国におけるマイクロチップ・テクノロジー社の登録商標

です。

Silicon Storage Technology は、他の国におけるマイクロ

チップ・テクノロジー社の登録商標です。

Analog-for-the-Digital Age、Application Maestro、BodyCom、

chipKIT、chipKIT ロゴ、CodeGuard、dsPICDEM、

dsPICDEM.net、dsPICworks、dsSPEAK、ECAN、

ECONOMONITOR、FanSense、HI-TIDE、In-Circuit Serial Programming、ICSP、Mindi、MiWi、MPASM、MPF、MPLAB Certified ロゴ、MPLIB、MPLINK、mTouch、Omniscient Code Generation、PICC、PICC-18、PICDEM、

PICDEM.net、PICkit、PICtail、REAL ICE、rfLAB、Select Mode、SQI、Serial Quad I/O、Total Endurance、TSHARC、

UniWinDriver、WiperLock、ZENA および Z-Scale は、米国

およびその他の国におけるマイクロチップ・テクノロジー社

の商標です。

SQTP は、米国におけるマイクロチップ・テクノロジー社の

サービスマークです。

GestIC および ULPP は、マイクロチップ・テクノロジー社

の子会社である Microchip Technology Germany II GmbH & Co. & KG 社の他の国における登録商標です。

その他、本書に記載されている商標は各社に帰属します。

© 2013, Microchip Technology Incorporated, All Rights Reserved.

ISBN: 978-1-62076-950-8

DS01468A_JP - p.15

マイクロチップ社では、Chandler および Tempe ( アリゾナ州 )、Gresham ( オレゴン州 ) の本部、設計部およびウェハー製造工場そしてカリフォルニア州とインドのデザインセンターが ISO/TS-16949:2009 認証を取得しています。マイクロチップ社の品質システム プロセスおよび手順は、PIC® MCU および dsPIC® DSC、KEELOQ® コード ホッピング デバイス、シリアル EEPROM、マイクロペリフェラル、不揮発性メモリ、アナログ製品に採用されています。さらに、開発システムの設計と製造に関するマイクロチップ社の品質システムはISO 9001:2000 認証を取得しています。

DS01468A_JP - p.16 2013 Microchip Technology Inc.

北米本社2355 West Chandler Blvd.Chandler, AZ 85224-6199Tel: 480-792-7200 Fax: 480-792-7277技術サポート : http://www.microchip.com/supportURL: www.microchip.com

アトランタDuluth, GA Tel: 678-957-9614 Fax: 678-957-1455

ボストンWestborough, MATel: 774-760-0087 Fax: 774-760-0088

シカゴItasca, ILTel: 630-285-0071 Fax: 630-285-0075

クリーブランドIndependence, OHTel: 216-447-0464Fax: 216-447-0643

ダラスAddison, TXTel: 972-818-7423 Fax: 972-818-2924

デトロイトFarmington Hills, MITel: 248-538-2250Fax: 248-538-2260

インディアナポリスNoblesville, INTel: 317-773-8323Fax: 317-773-5453

ロサンゼルスMission Viejo, CATel: 949-462-9523 Fax: 949-462-9608

サンタクララSanta Clara, CATel: 408-961-6444Fax: 408-961-6445

トロントMississauga, Ontario,CanadaTel: 905-673-0699 Fax: 905-673-6509

アジア / 太平洋アジア太平洋支社Suites 3707-14, 37th FloorTower 6, The GatewayHarbour City, KowloonHong KongTel: 852-2401-1200Fax: 852-2401-3431

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11/29/12