応用情報技術者 2020年 秋期 午前2 問22
問題文
モータの速度制御などに PWM (Pulse Width Modulation) 制御が用いられる。PWMの駆動波形を示したものはどれか。ここで、波形は制御回路のポート出力であり、低域通過フィルタを通していないものとする。
選択肢
ア：
イ：（正解）
ウ：
エ：
PWM制御の駆動波形とは【午前2 解説】
要点まとめ
- 結論：PWM波形は高電圧と低電圧の2レベルの矩形波で、パルス幅を変化させて制御する波形です。
- 根拠：PWMはパルスの幅（オン時間）を変えることで平均電圧を調整し、モータ速度などを制御します。
- 差がつくポイント：波形の電圧レベルが2段階であることと、パルス幅が不規則に変化している点を正確に理解することが重要です。
正解の理由
選択肢イは、電圧が高電圧と低電圧の2レベルのみで構成され、パルス幅が変化している矩形波です。これはPWM制御の基本形態であり、パルス幅の変化によって出力の平均電圧を調整し、モータの速度制御などに用いられます。低域通過フィルタを通していないため、波形は矩形波のままです。
よくある誤解
PWM波形は複数の電圧レベルがあると思い込みがちですが、実際は2レベルの矩形波でパルス幅を変化させる制御方式です。
解法ステップ
- PWMの基本原理を理解する（パルス幅変調で平均電圧を制御）。
- 波形の電圧レベル数を確認する（PWMは2レベル）。
- パルス幅が変化しているかを確認する（一定幅ではない）。
- 選択肢の波形と照合し、2レベルかつ幅が変化する波形を選ぶ。
- 他の選択肢の波形特徴と比較し、PWM波形と異なるものを除外する。
選択肢別の誤答解説
- ア：電圧レベルが3段階以上ありPWMの2レベル波形とは異なる。
- イ：正解。2レベルの矩形波でパルス幅が変化している典型的なPWM波形。
- ウ：階段状の連続的な電圧変化でPWMの矩形波とは異なる。
- エ：5段階の階調がありPWMの2レベル波形とは異なる。
補足コラム
PWM制御はモータ制御だけでなく、LEDの明るさ調整や電源回路の電圧制御にも広く使われています。パルス幅を変えることで効率的に電力を制御できるため、省エネ効果も高い技術です。
FAQ
Q: PWM波形はなぜ2レベルだけなのですか？
A: PWMはオン（高電圧）とオフ（低電圧）の2状態を高速に切り替え、平均電圧を制御するため2レベル波形です。
A: PWMはオン（高電圧）とオフ（低電圧）の2状態を高速に切り替え、平均電圧を制御するため2レベル波形です。
Q: 低域通過フィルタを通すと波形はどう変わりますか？
A: フィルタを通すと矩形波の高周波成分が除去され、平均電圧に近い滑らかな波形になります。
A: フィルタを通すと矩形波の高周波成分が除去され、平均電圧に近い滑らかな波形になります。
関連キーワード: PWM制御、矩形波、パルス幅変調、モータ速度制御、電圧レベル
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