DCモータ : 動作フェーズ、故障検出と保護、DCモータ・ドライバのアプリケーション

はじめに

本稿では、直流 (DC) モータの概要を説明します。特に、3つの異なる動作フェーズで動作するDCモータの電気パラメータ、異常な動作状態、および防犯カメラ、電子スマートロックとソレノイドドライバを含むDCモータの一般的なアプリケーションについて説明します。

DCモータの定義

DCモータは、電気エネルギーを機械エネルギーに変換するデバイスであり、電気パラメータは動作状態に応じて変化します。定期的な運用について考えてみましょう。電気パラメータが最も急激に変化する3つの動作フェーズがあり、その値は定常状態動作中の値よりも数倍高くなる可能性があります。これら3つの動作フェーズについて以下で説明します。

1. 起動 :この段階では、モータの逆起電力 (EMF) が小さいため、起動電流はモータの定格動作電流を大幅に超えます。
2. ブレーキ :モータがブレーキをかけると、DCモータに逆向きの回転力が加わり、元の回転が止まります。このフェーズでは、モータの電流と電圧の変化は、使用されるブレーキ方式によって異なる場合があります。一般的に使用されるショートブレーキ方式を使用すると、短期間に大きなブレーキ電流が生成され、内部モータの巻線とモータの駆動回路で大幅な電力損失が発生する可能性があります。
3. 反転 :モータの電圧が反転すると、モータは強制的に逆方向に回転します。このフェーズでは動作状態が最も極端になります。つまり、この段階でモータは電流と電圧の両方で最大の変化を経験します。適切な措置を講じないと、モータとモータ・ドライバチップの両方が損傷する可能性があります。

異常な動作状態

モータでは通常、巻線の両端で短絡が発生します。上述したように、これにより、モータ・ドライバチップ内に大きな短絡電流と熱が発生します。また、モータの急なブレーキや減速時には、モータの巻線電流がモータ・ドライバチップを介して入力電源に逆流するかもしれません。これにより入力電圧 (VIN) が増加し、モータは実質的に発電機になります。これら2つの異常な動作状態は、モータ・ドライバチップを損傷する可能性があります。

電気パラメータはモータの動作によって変化する傾向があるため、モータとそのドライバチップを損傷から保護できる保護手段を適切な場所にもつことが重要です。モータ・ドライバチップは、過電流保護 (OCP)、過電圧保護 (OVP)、過熱保護 (OTP) などの保護機能を実現できます。

一般的なアプリケーション

直流 (DC) モータは、冷蔵庫、自動車、医療機器 (フィットネスモニタなど)、航空宇宙、家庭用電化製品 (ドローンとゲームコントローラなど)、その他の分野の、さまざまな分野で広く使用されています。MPSはMP6508A、MP6614とMPQ6612A-D-AEC1による、優れたモータ・ドライバ ソリューションを提供します。これについては、後で詳しく説明します。

防犯カメラ

MP6508Aは、チャネルあたり最大1.2Aのモータ電流を供給できる高度なモータ・ドライバです。NチャネルパワーMOSFETで構成されるフルブリッジが統合されており、2.7V～18VのVIN幅で動作します。MP6508Aは、防犯カメラのDCモータ・ドライバとして使用でき、チルト、パン、ズームなどの基本機能で信頼性の高いモータ制御を実現します。

MP6508Aの小型QFN-16 (3mm x 3mm) パッケージは、裏面に熱放散を促進する露出したサーマルパッドを備えています。カメラが屋内および屋外のさまざまな環境で動作する必要があることを考えると、これは非常に重要です。

図1は、MP6508Aの代表的なアプリケーション回路です。

図1 : MP6508Aの代表的なアプリケーション回路

電子スマートロック

MP6614は、1つのDCモータ、ステッピングモータの1つの巻線、またはその他の負荷を駆動できるHブリッジモータ・ドライバです。ロック機構の可逆モータを駆動することによって電子スマートロックのロック作動をイネーブルにすることができます。MP6614は、内部電流検出回路とサイクルごとの電流調整および制限により、低抵抗のシャント抵抗が必要ありません。

図2は、MP6614の代表的なアプリケーション回路です。

図2 : MP6614の代表的なアプリケーション回路

ソレノイドドライバ

MPQ6612A-D-AEC1は、ソレノイドドライバで使用できるもう1つのHブリッジ モータ・ドライバで、DCモータ、ステッピングモータ、その他の負荷を正確に制御します。MPQ6612A-D-AEC1の可逆モータ駆動機能は、Hブリッジへの入力信号を管理することにより、ソレノイド ドライバをイネーブルまたはディセーブルにします。これはインフォテインメント システムと共に、車載用ディスプレイ (ナビゲーション、ヘッドアップ、クラスターを含む) で使用できます。

図3は、MPQ6612A-D-AEC1の代表的なアプリケーション回路です。

図3 : MPQ6612A-D-AEC1の代表的なアプリケーション回路

結論

本稿では、モータのさまざまな動作フェーズにおける電気パラメータの変化と、異常な動作条件に対する保護の重要性について検討しました。次に本稿では、セキュリティカメラ、電子スマートロック、ソレノイドドライバなどの一般的なアプリケーション向けのMPSのモータ・ドライバ ソリューションについて、それぞれ、MP6508A、MP6614とMPQ6612A-D-AEC1を用いて説明しました。

詳細については、豊富な選択肢をもつMPSのモータ・ドライバとモータコントローラをご参照ください。MPSは、プリンタで使用できるステッピングモータドライバ、おもちゃで使用できるブラシ付きDCモータ・ドライバや、動力工具で使用できるブラシレスDCドライバ (BLDCドライバ) を提供します。

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