中華製PWM信号発生モジュールをPWM制御ファンで実験

2022-11-20

AliExpress で方形波(矩形波)の周波数とデューティ比をマイコンで設定できるPWM信号発生器を買いました。PWM を何かに使う予定はありませんが、あんまり安いので PWM を実験してみたくなりました。

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PWM信号発生モジュール (2枚で672円)

PWM信号発生モジュールは、周波数 1Hz~150kHz、デューティ比は1%単位で調整可能となっています。このPWM でMOSFETをドライブすれば、DCモータの回転数やLEDの明るさを調整できる。
手元にPWM制御に対応したCPU冷却ファンがあったので、これに接続して実験しました。ファンの回転数を下げるには電圧を下げるのが簡単であるが、電圧を下げるとトルクも落ちる。PWM方式は電圧はそのままでデューティ比を変更して制御するので回転数を下げても安定している。

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206円と安いが送料がかかるので、予備を含めて2個買いました。Amazonで買う事もできます。

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送料を節約したので、注文から19日かかりました。

SC20221120000.png

説明はこれだけ。

SC20221120001.png

TTLレベルのシリアル通信で制御する事も可能らしい(未確認)。

PB170270s.jpg

電源とPWM信号線をはんだ付けしました。電源は3.3~30V、PWM出力は30mAまで。
操作は"FREQ"の"+"UP と "-"DOWN、"DUTY"の "+"UP と "-"DOWNのみで長押しすると高速に動作します。電源を切っても記憶しています。

PB170271s.jpg

LCD表示は、先日購入した DC-DC電源に似ているが、色々な単位を表示できる汎用モジュールみたいですね。
このあたりの仕様はコストダウンのためにどんどん変更されるのは、良くも悪くも流石です。

PB170261s.jpg

裏面も部品点数は少ない。

PB200385s.jpg

PWMの発信を確認するためにスピーカを接続してみました。
電源電圧と同じ電圧が出ているので、直結すると30mAを超えるので抵抗を入れます。手持ちの抵抗3.8KΩは大きすぎるが発信音が聞こえました。

PWM とは
PWMとはPulse Width Modulation(パルス幅変調)の略で、パルスの幅を変化させる事で電力を制御する技術。DC-DCコンバータでも同様の技術が使われている(らしい)。このパルス(方形波)のHigh側の割合をデューティー(Duty)と呼ばれています。デューティ比は High時間/1サイクル時間 で表して 0% は常にLow、100%は常にHigh で最速になります。
CPUクーラー用ファンなどのPWM端子は規格が決まっていて、信号レベルは 0-5V、周波数は25kHz、デューティ比は10%~90%がデファクトになっているそうです(厳密では無いらしい)。

PB180345s.jpg

PB180303s.jpg

CPUの冷却ファンが余っていたので実験に使用します(もうちょっとで捨てるところでした)。
4Pinのコネクタでファンは12Vで動作します。PWM Pinは内部でプルアップされているそうで、PWMを接続しない場合は100%でファンが動作します。

PB180304s.jpg

冷却ファンは12Vなので別電源で12Vのみ接続すると100% でファンが回転します。電圧を変更すれば回転数を変えることも可能ですが・・・。

PB180306s.jpg

PWMの電源は5Vに調整しておきます。

PB180307s.jpg

青い線にPWMを接続すると Duty比で回転数が変わりますが、0%でもファンは止まりませんでした。

PB170287s.jpg 50%

PB170290s.jpg 99%

PB170293s.jpg 75%

デューティ比で回転数が変化します。面白いですね・・・
低速回転でもトルクが強い。

PB180330s.jpg

100%で 12V 0.130A (1.56W)
10%で 12V 0.015A (0.18W) と変化しました。
0% でもファンは回っていて12V 0.015A (0.18W) で変化無しでした。

PB180325s.jpg

ファンの回転数(Sencer)もオシロスコープに接続してみましたが信号が見えません。そこで1kΩで5Vにプルアップすると回転数信号が出て来ました。
かなり前に買った オシロスコープ DS203 は、久しぶりに使いましたがちゃんと波形が確認できました。
波形の周期からPWMの周波数表示も合ってました。

PWM を MOSFET に接続して実験すると面白いでしょうね。DCモータ搭載の扇風機に接続すれば、風量を自由にコントロールできるはずです。
以前自作したパルス充電器(デサルフェーター)に応用すれば、DC-DCでパルス電圧をコントロールして、PWMでパルス周波数やパルス幅を自在に調整して、効果を確認しても面白いかも。

MOSFET はジャンク箱に残っていると思うけど、AliExpress にMOSFETモジュールを追加で注文しておきました。

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