Raspberry Pi PicoとMOSFET ⑦ P/NチャネルMOSFETをPicoからドライブ＜その1＞

●PWM信号の反転

　PWM出力の極性を設定する関数があります。一つのスライスにはAとBがあるので、両方を同時に設定できます。

　　static void pwm_set_output_polarity (uint slice_num, bool a, bool b)

　trueで反転します。

　Aはパルスは正、Bは反転させました。デューティ比はduty_factor、デッド・タイムはdead_timeで設定します。


#include "pico/stdlib.h"
#include <stdio.h>
#include "hardware/pwm.h"

int main() {
    stdio_init_all();
    printf("\nHello, PWM GP2/3,GP4/5\n");

    gpio_set_function(2, GPIO_FUNC_PWM);
    gpio_set_function(3, GPIO_FUNC_PWM);
    gpio_set_function(4, GPIO_FUNC_PWM);
    gpio_set_function(5, GPIO_FUNC_PWM);

    uint slice_num  = pwm_gpio_to_slice_num(2);
    uint slice_num2 = pwm_gpio_to_slice_num(4);

    uint16_t divCounter = 12500; // max 2^16 = 65536
    pwm_set_wrap(slice_num, divCounter-1);  // 10kHz
    uint8_t div = 10;
    uint8_t fract = 0;
    pwm_set_clkdiv_int_frac(slice_num, div, fract); // 1kHz
    // duty 
    float duty_factor = 0.5;
    float dead_time   = 0.95;
    pwm_set_chan_level(slice_num, PWM_CHAN_A, (int)divCounter * duty_factor * dead_time);
    pwm_set_chan_level(slice_num, PWM_CHAN_B, (int)divCounter * duty_factor);
    pwm_set_output_polarity(slice_num, false, true);  // A B

    // Set the PWM running
    pwm_set_mask_enabled(0b00000010);

    return 0;
}

　A（波形上の黄色）の立ち上がりとB（波形下の緑色）の立ち下がりは一致しています。

　Aの立ち下がりは、Bの立ち下がりより2.5%早くなっています。

●実際にスイッチングする

　電圧は、Vs＝8.88V、Vdd＝9.74Vです。

　float dead_time = 0.9;　にしてデッド・タイムを広げました。

●ゲートの波形

　画面中央の位置がトリガしている場所です。黄色はA（GP2）で立ち上がりをNチャネルMOSFETのONとして利用、下の緑色はB（GP）は立ち下がりをPチャネルMOSFETのONとして利用しています。

　ONのタイミングはまったく同じです。OFFのタイミングは、NチャネルMOSFETが早めです。

●ドレインの波形

　上の黄色がNチャネルMOSFETのドレイン、下の緑がPチャネルMOSFETのドレインです。

　NチャネルMOSFETのONとはLowの状態で、PチャネルMOSFETのONとはHighの状態です。

　信号の終わり部分のデッド・タイムは作れましたが、最初の部分は同時です。この部分をずらす方法を考えます。

●起動部分を変更する

　設定が終わって、最後の起動部分では、MASK機能を使ってGP2/GP3を同時に起動しています。というかスライスが同じなので、同時に起動されます。

// Set the PWM running
pwm_set_mask_enabled(0b00000010);

　これは、

pwm_set_enabled(slice_num, true);

でも同じです。

　GP2/GP3のスライスとGP4/GP5のスライスを同時に立ち上げるには、

pwm_set_mask_enabled(0b00000110);

のようにMASKの機能を利用します。

pwm_set_enabled(slice_num, true);

pwm_set_enabled(slice_num2, true);

のように個別にスライスを起動すると、nsオーダでは、ずれます。

pwm_set_enabled(slice_num, true);

＜Wait＞

pwm_set_enabled(slice_num2, true);

のように、わずかに時間をずらして起動することを考えます。

●出力ピンはGP2とGP5

　GP2/GP3とGP4/GP5の二つのスライスを利用します。実際はGP2とGP5のピンから波形を得ます。

　周波数は1kHzです。

#include "pico/stdlib.h"
#include <stdio.h>
#include "hardware/pwm.h"

int main() {
    stdio_init_all();
    printf("\nHello, PWM GP2/3,GP4/5\n");

    gpio_set_function(2, GPIO_FUNC_PWM);
    gpio_set_function(3, GPIO_FUNC_PWM);
    gpio_set_function(4, GPIO_FUNC_PWM);
    gpio_set_function(5, GPIO_FUNC_PWM);

    uint slice_num  = pwm_gpio_to_slice_num(2);
    uint slice_num2 = pwm_gpio_to_slice_num(4);

    uint16_t divCounter = 12500; // max 2^16 = 65536
    pwm_set_wrap(slice_num, divCounter-1);  // 10kHz
    pwm_set_wrap(slice_num2, divCounter-1);  // 10kHz
    uint8_t div = 10;
    uint8_t fract = 0;
    pwm_set_clkdiv_int_frac(slice_num, div, fract); // 1kHz
    pwm_set_clkdiv_int_frac(slice_num2, div, fract); // 1kHz
    // duty 
    float duty_factor = 0.2;
    float dead_time   = 0.6;
    // GP2
    pwm_set_chan_level(slice_num, PWM_CHAN_A, (int)divCounter * duty_factor);
    pwm_set_chan_level(slice_num2, PWM_CHAN_B, (int)divCounter * duty_factor * dead_time);
    // GP5
    pwm_set_output_polarity(slice_num2, false, true);  // A B

    // Set the PWM running
    pwm_set_enabled(slice_num, true);
    sleep_us(0.1);
    pwm_set_enabled(slice_num2, true);
    return 0;
}

　回路図です。Picoの出力GP2はINaへ、GP5はINbにつなぎました。