강의노트 펄스폭 변조 방식

듀티비로부터 원하는 스위칭함수를 구하는 방법으로는 대표적으로 펄스폭 변조 방식(Pulse Width Modulation, PWM)이 있다. 스위칭 주파수는 스위치의 종류와 전류용량, 그리고 전압의 크기에 따라 달라지는데, IGBT의 경우는 5~20kHz, MOSFET의 경우 약 20kHz 가 일반적이다.

PWM 방법 중 가장 널리 쓰이는 방법 중 하나가 삼각파 비교 PWM 이다. 다음에 이것의 동작방식에 대하여 설명한다.

그림에서 삼각파는 PWM 신호를 만들기 위한 캐리어 신호이다. 이것의 주파수가 스위칭주파수를 결정짓게 된다. 삼각파의 최대 진폭은 $V_{peak}$이며, 이 삼각파와 $V_{c}$를 비교하여 $V_{c}$가 큰 경우는 스위칭함수는 1의 값을 가지게 되고 그렇지 않을 경우 0의 값을 가지게 된다.

이때, $0\le V_{c}\le V_\mathrm{peak}$ 이다. 듀티비는 다음과 같이 표현된다.

$$D =\dfrac{V_{c}}{V_\mathrm{paek}}$$

교류정현파를 만들기 위해서는 다음과 같이 $V_{c}$ 를 결정하면 된다. 그림에 교류정현파를 만들기 위한 변조신호와 캐리어신호를 나타내었다. 그림은 PWM 변조를 보여주기 위해 캐리어신호의 주파수를 상당히 낮게 표현하였다. 실제는 캐리어주파수는 훨씬 더 크다.

$$V_{c}=\left(\dfrac{1}{2}+\dfrac{1}{2}\sin wt\right)V_\mathrm{peak}$$

3상의 경우도 동일한 방법으로 위상을 이동시키면 구할 수 있다.