ＬＥＤとPWMのお話 その１

雑記的に書きます。
作業してますよ(^^;



ブリッジに髭をつけてます(^^;
先は長いです…。
残り10個くらいかな(^^;
まだ銅板の切り出しもあるし
…。
ですから、簡単な首題の話を書こうと思います。

ご存知の通りＬＥＤは、「発光ダイオード」のことです。

ダイオードは「電流を一定方向にしか流さない電子素子」です。
簡単に言うと「＋→－」だけに電気を流します。
（本当は逆ですが、ここではこうします。）

でもって「電流」でＬＥＤは光ります。
だいたい20mA程度までが定格になっています。
それに、順方向電圧(以下：VF)を印加することにより電流が流れることになります
これは、「最低VF以上の電圧をかけないと光りません」というものです。
ばらつきがありますが大抵のLEDは3V程度ですので、それ以上の電圧が必要ということになります。

ですがLEDは電圧ではなく電流により光の強弱が決まります。
固定電圧であれば問題ないですが、鉄道模型はスピードが変わる＝変動電圧です。
じゃ、どうするのか？

それがPWM制御により固定電圧が出来るようになりました。
簡単に言うとPWM制御は、「ある固定電圧をパルスで出力しそのＯＮ－ＯＦＦの長さを変えることにより平均電圧を変える」というものです。

インバーターも同じ原理を使いますが違います。

インバーターは直流(=乾電池)を交流(=コンセント)に変えるものです。確かにPWM制御で正弦波を作りますが大きく違うのは、インバーターは交流を出力することです。

ですから鉄道模型は直流ですから、インバーター使うと動きません(^^;)

ではなぜPWMが鉄道模型で何故もてはやされるのか？
１）省電力
２）常点灯停止が出来る
３）起動性が良い
この3つと思います。

個々に説明します。
１）省電力
これはＯＮ－ＯＦＦを繰り返すＰＷＭですから、ＯＦＦの時間＝停電と考えてください。

つまり電気を切ってるから省電力(^^;)
ただそれだけです。
２）常点灯停止が出来る
モーターが回らない程度にＯＮするということです。

つまりスイッチをちょっと入れて切るそれを繰り返しています。
家庭でLEDのついてる扇風機のＯＮ－ＯＦＦなんかで実験できますが、大目玉をくらいますので止めてください(^^;)
３）起動性が良い
ＯＮ－ＯＦＦの繰り返しです。
今までのコントローラは、0-12Vまでボリュームで可変しますが、PWMはちょっとの時間とは言え12Vがドドドってかかります。
ですから起動性がいいのです。
じっくり力をいれるか、張り手でドドドってやるか…そんな所です。
乗り心地を無視すれば、後者の方が動き出しはスムースですよね(^^;)
そのため、新幹線などは2レベルのインバーター等を使用して乗り心地を改善しています。

おっと脇道にそれました。
ＬＥＤの話に戻すと、ＬＥＤは電球とかと違いフィラメントではないですから、ＯＮ－ＯＦＦの影響を無視できます。
ですからPWMで点いてるように見せて省電力化を図っています。
人間の眼は、1秒間に30回以上点滅すると常点灯に見えます。
30Hz以上であれば、常時点灯しているように見える訳です。
Ｎゲージでも同じ事をしているのです。
しかし低周波であれば、ジジジっていう磁気音がうるさいです。それで高周波にして人間の耳に聞こえないようにしています。
実際メーカー製PWMの測定をしている方がおられました。
KATO:37kHz＝37000Hz
TOMIX:21kHz＝21000Hz
そのようにして、耳障りな電磁音を回避しているわけです(^^;)
でも犬には聞こえるはず…。
犬を飼っている方、どうでしょうかね？
しかし高周波にすると起動が悪くなります。
ま、張り手が早すぎて押してるのと変わらないって言えば理解しやすいでしょうか。
ここら辺がPWMの難しい所ですね。

LEDとPWMの関係、少しはご理解いただけたでしょうか？