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コラム

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1個のMOSFETでPWM駆動する場合のモータ電流と回生電流

今回は、ブラシ付きDCモータを1個のMOSFETでPWM駆動する場合のモータ電流と回生電流についてです。モータのPWM駆動にはいくつかの方法がありますが、モータとグランド間にMOSFETを入れてスイッチングするシンプルな方法があります。この場合、モータと並列に接続しているダイオードに回生電流が流れますが、モータに流れるモータ電流と、この回生電流の関係を説明したいと思います。

1個のMOSFETでPWM駆動する場合のモータ電流と回生電流

最初に、ブラシ付きDCモータを1個のMOSFETでPWM駆動する場合の回路と電流経路を確認します。

ブラシ付きDCモータを1個のMOSFETでPWM駆動する場合の回路と電流経路

左は、1個のMOSFET Q1でPWM駆動する場合の回路で、モータとグランド間にMOSFETが入りスイッチングすることでPWM駆動をします。

中央は、MOSFET Q1がオンの時、電源からモータ電流がMOSFET Q1を通じて流れる経路を示しています。

右は、MOSFET Q1がオフの時、回生電流がモータに並列に接続したダイオードを通じて流れる経路を示しています。

このPWM駆動でのモータ電流と回生電流の関係は、以下のようになります。

  • ・Q1がオンになると、モータ電流はQ1を流れて増加し、Q1がオフする直前に最大になる。
  • ・Q1をオフになると、モータは電流を流し続けようと動作するため、モータに並列に接続しているダイオードを通じて回生電流が流れる。
  • ・回生電流は、Q1がオフになった時点が最大、つまりQ1がオフする直前のモータ電流=最大のモータ電流と同じで、その後回生電流は徐々に減少して行く。
  • ・再度Q1がオンになると、モータ電流が増加し始め、上述の一連の動作を繰り返す。


つまり、1個のMOSFETでPWM駆動する場合には、ダイオードに流れる回生電流の最大値はモータに流れる電流の最大値と等しくなります。以下の波形図を参照してください。

ブラシ付きDCモータを1個のMOSFETでPWM駆動する場合の電流、電圧波形

これらの点から、並列に接続するダイオードの順方向電流の絶対最大定格は、最大のモータ電流をカバーするものを選ぶ必要があるということがわかります。また、ダイオードに流れる回生電流とダイオードの順方向電圧(VF)で電力を消費するので、ダイオードのパッケージ許容損失がこの消費電力以上のものを選ぶ必要もあります。