バイポーラステッピングモーターの基本を分析する

バイポーラステッピングモーターの基本を分析する

バイポーラステッピングモータは2つの巻線で構成されています。 モーターをスムーズに動かすために、2つのコイルは90度の位相差で連続的に正弦波になっており、ステッピングモーターが回転し始めます。

通常、ステッピングモータはアナログリニアアンプでは駆動されません。 代わりに、それらはPWM正弦波信号を離散的な直線信号に変換するためにPWM電流レギュレーションによって駆動されます。 正弦波は複数のセグメントに分割でき、セグメント数が増えるにつれて、波形は正弦波に近づき続けます。 実際の用途では、セグメントの数は４から２０４８以上までであり、そしてほとんどのステッパー駆動ＩＣは４から６４のセグメントを使用する。 全ステップ駆動では、各瞬間に１つの相だけが励磁され、２相電流が交番して電流方向が切り替わるので、合計４つのステッピングモータの機械的状態が発生する。 ハーフステップ駆動は、フルステップ駆動モードよりも比較的複雑です。 同時に、図1に示すように両方の相を励磁する必要があるかもしれず、それはモーターのステップ分解能を2倍にします。 細分化された駆動では、細分化の数が増えるにつれてモータの回転子ステップの角度は減少し、モータの回転はますます安定するようになる。 例えば、３２セグメント細分化シーケンスは、第８ステップ駆動モードと呼ばれる。

電流制御精度の重要性

バイポーラステッピングモータの回転子の位置は、2つのコイル巻線を流れる電流量によって異なります。 一般に、ステッピングモータを選択するための主な指標は、正確な機械的位置決めまたは正確な機械的システム速度制御です。 したがって、ステッピングモータを円滑に動作させるためには、巻線電流の精度管理が非常に重要である。

機械システムでは、不正確な電流制御につながる可能性がある2つの問題があります。

低速運転や位置制御用のステッピングモータの場合、各小区間モータのステップ数が不正確で位置決め不良となります。

高速では、システムの非線形性により、モーターの速度が短期間で変化し、トルクが不安定になり、モーターの騒音と振動が増加する可能性があります。

PWM制御と電流減衰モード（DecayMode）

ほとんどのステッピングモータ駆動ICは、PWM電流レギュレーションを達成するためにステッピングモータ巻線のインダクタンス特性に依存しています。 各巻線に対応するパワーＭＯＳＦＥＴからなるＨブリッジ回路を介してＰＷＭ制御が開始されると、モータ巻線に電源電圧が印加されて駆動電流が発生する。 電流が設定値に達すると、Hブリッジが制御状態を切り替えて、出力電流を減衰させます。 一定時間後、新しいPWMサイクルが再び開始され、Hブリッジは再びコイル電流を生成します。

このプロセスを繰り返して巻線電流を増減させます。 電流サンプリングと状態制御を通して、各セグメントのピーク電流値を調整し制御することができます。

予想ピーク電流に達した後、Hブリッジ駆動巻線の電流減衰を制御するには2つの方法があります。

巻線を短絡すると（ローサイドまたはハイサイドのMOSFETをオンにしている間）、電流はゆっくり減衰します。

Hブリッジは導通を反転させるか、またはMOSFETのボディダイオードを通って電流が流れるのを可能にし、そして電流は急速に減衰します。