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基礎知識

基礎編

ブラシ付きDCモータ

PWM出力によるブラシ付DCモータの駆動:BTLアンプ入力形式駆動

ブラシ付きDCモータのPWM駆動方法について、前回は定電流駆動の例を説明しました。今回は、BTLアンプ入力形式のPWM駆動について説明します。

PWM出力によるブラシ付DCモータの駆動:
BTLアンプ入力形式駆動

今回も最初に回路例を示します。これは、BTLアンプの入力形式でPWM駆動する回路例です。BTLアンプの入力回路の動作は、こちらでも説明しているので参照してください。

PWM出力によるブラシ付DCモータの駆動:BTLアンプ入力形式駆動回路例。

このドライバは、入力回路にBTLアンプと同じ差動アンプ構成を利用してHブリッジを制御しています。Vrefを基準バイアス点とする差動入力のアンプと、Vph-Vplの振幅を持ちVphとVplの中心値がVrefとなる三角波発振器を備えています。PWM信号は、アンプの出力と三角波をコンパレータで比較し矩形波化することで生成します。2つの矩形波出力は、一方が反転です(波形図参照)。

入力(VIN1-VIN2)がゼロの時、アンプ出力(AmpOut)はVrefと同じ電圧になり、2つの出力はともに50%デューティでの駆動になり、モータに流れる平均電流はゼロになります(グラフ参照)。

入力(VIN1-VIN2)がプラスの時、OUT1のオンデューティが50%より大きくなり、OUT2のオンデューティは50%より小さくなり、OUT1からOUT2に電流が流れます。また、入力(VIN1-VIN2)がマイナスの時、OUT1のオンデューティが50%より小さくなり、OUT2のオンデューティは50%より大きくなり、OUT2からOUT1へ電流が流れます。

初段アンプの電圧ゲインをGvとすると、VIN1-VIN2=(Vph-Vref)/Gvで、OUT1は100%オンデューティ(H側常にオン)になり、OUT2は0%オンデューティ(L側常にオン)になります。

PWM出力によるブラシ付DCモータの駆動:BTLアンプ入力形式駆動回路PWM信号生成の原理。,出力によるブラシ付DCモータの駆動:BTLアンプ入力形式駆動回路VINと出力デューティの関係。

VIN1-VIN2=(Vpl-Vref)/Gvで、OUT1は0%オンデューティ(L側常にオン)、OUT2は100%オンデューティ(H側常にオン)になります。

このデューティ制御には注意点があります。この構成も、ハイサイドとローサイドのトランジスタの同時オン状態が発生しないように同時オン防止回路を必要とします。同時オン防止回路がある場合、デューティが0%や100%付近で制御の直線性が保てないことがあるので、その特性を確認しておく必要があります。また初段アンプ、三角波発信器、コンパレータがそれぞれにオフセットのばらつきを持つため、入力電圧に対するデューティにずれが存在する点にも注意が必要です。

キーポイント

  • ・BTLアンプ入力形式を利用したHブリッジPWM駆動で、VINの電圧差を利用してデューティを制御する。
  • ・同時オン防止回路がある場合、デューティが0%や100%付近で制御の直線性が保てないことがある。
  • ・また初段アンプ、三角波発信器、コンパレータがそれぞれにオフセットのばらつきを持つため、入力電圧に対するデューティにずれが存在する点にも注意。