ステッピングモータ駆動Stepping motor Drive guide
ステッピングモータ駆動時の注意事項について
ステッピングモータを駆動する場合、適切な保護機能があったり、ステッピングモータ自体が発熱するため、より低消費電力にできるドライバがあれば、非常に便利です。今回は、ステッピングモータを駆動する際の、ドライバの保護回路や、発熱についてまとめたいと思います。
ステッピングモータの励磁、ステップ
ステッピングモータを駆動する場合、使う条件に応じて、適切な保護回路が必要になります。
例えば、温度保護回路、過電流が流れた場合破壊しないようにするための過電流保護回路、外部からの異常電圧や過電圧に対する保護回路、トランジスタやMOSを制御する場合は、上下トランジスタが同時ONしないようにするための貫通電流を防止する保護回路、外部からの静電気やサージに対する保護回路など、保護を考えれば考えるほどいろいろな使用条件に対して保護回路が必要になります。
これはステッピングモータを駆動する場合に限ったことではありませんが、一般的にモータを駆動する場合いろいろな条件を考慮し、適切な保護回路を設けたいところです。
最近では各種モータを制御するLSIや、モータドライバIC側でかなりの保護回路が用意されていることも多いので、ドライバICを選定する場合は、保護回路が充実しているICを選定すると外付けなどでICを保護する必要がないので設計が楽になります。
ステッピングモータドライバの熱設計イメージ
ステッピングモータを駆動する場合、熱設計は重要です。
基板での放熱の他、適切なヒートシンクなどを取り付ける必要があります。
ステッピングモータは、DCモータなどと異なり、発熱が非常に大きいモータなので特に十分注意する必要があります。
熱設計で重要なパラメータを簡単にまとめてみます。
<ジャンクション温度：Tj>
ステッピングモータドライバICを使う場合、ジャンクション温度に注意する必要があります。通常、ジャンクション最大温度や、接合部温度、Tjmaxなどと呼ばれます。このTjの最大値は通常は120〜150℃程度の設定になっていることが多いようですが、いろいろな文献を調べていると信頼性やマージンをみて20%程度低い120℃以下になるように設計するのがよいとされています。このTjの最大値を守らなければ、ICの特性が劣化したり、温度保護回路、サーマルシャットダウン回路などの熱遮断回路が動作し、ICの動作は停止してしまいます。安全に使うためにはこのTjの最大値は重要です。
<熱設計に対するIC選定時の注意点>
Tjの最大値を守るためにはどうすればよいのでしょうか！？使用条件や環境に応じたICの選定や放熱設計が必要となります。ICの発熱でいちばん影響を与えるのは出力ON抵抗やパッケージパワー、放熱板など、放熱面積です。簡単に考えるとICの消費電力はW=VI=I×R×Iとなるため、出力電流と出力ON抵抗でほぼ決まります（もちろん回路電流での消費もありますが・・・）。つまり、IC選定の上ではON抵抗が重要になります。ただし、ON抵抗が低いからという理由だけでは選定できません。もし、ON抵抗が低くてもパッケージパワーが低ければやはり発熱してしまうからです。そういう意味では、部品を選定する時には、ON抵抗だけでなく、パッケージパワーも十分検討しておきたいところです。また、基板設計する場合にも十分な放熱パターンを確保しておくのがよいと考えられます。1度パターンを作ってしまった後、放熱パターンを引き直すことやON抵抗の低いICに取り替えることは非常に困難だからです。ステッピングモータの場合、仕様やトルクが変わっても対応できるようなICが理想です。また、それでも足りなければ適切なヒートシンクに頼るしかありません。
便利なステッピングモータドライバICを探そう
上記の考察から、便利で使いやすいステッピングモータドライバを考えると、やはり、温度保護、過電流保護、過電圧保護、静電破壊耐量が高いなど、破壊しにくいドライバ、また、発熱が抑えられたステッピングモータドライバICを選びたいところです。
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