ステッピング・モータおよびステッピング・モータ制御システム

(1)

ステッピング・モータ

およびステッピング・モータシステム

TND6197/D

要約

ではステッピング・モータおよびステッピン

グ・モータシステムのをします。

ステッパの、システムの

、およびモータにしたソフトウェア・アー

キテクチャが"まれます。

はじめにステッピング・モータは#のないモータとみなすことができます。$に、モータのすべての%は&'の$であり、または(

かあるいは)の*ブロック(-./0・

モータの12

)

のいずれかです。すべての#はモータ・コントローラによって5で6しなければなりません。また、$にモータおよびコントローラは、モータがある78またはそのにできるだけでなく、9:の&';に<=できるように

されています。>?のステッパ (

ステッピング・

モータの@A

)

は、オーディオEFでステッピング -

であり、かなり

Gくスピンできます。また、HなコントローラをIすれば、

された78に「JKに」LMおよびNできます。

ステッパ・モータはOに; めアプリケーションにIされますが、それT5に!UのVWがないわけではありません。まず、XYを"めて!U#を

$%してみましょう。

TZに; めモータ&のための$なモータ!'に'する[\を(します。

AC )]モータ

やピエゾ・モータなど、`にも-な!U#がいくつかありますが、*の+M8けとしては、

Z,の

3

つのモータ・タイプがbcIされている

&のde?をfめます。

1.

ステッパ・モータ

−

これらのモータは;

め-をg.しているので/hにIえます。

;を0=するためのエンコーダもサーボループもm

1ありません。Oな2

nはo M、ノイズ、および3'された4r

5sで

す。ブラシレス

DC

モータとu6に、v7ドライブをIして5で「#」するm1があ

2.

ります。

DC

ブラシ・モータ

−

これらのモータはフィードバックのための;エンコーダをm1とし、PID (Proportional, Integral and Derivative) コントローラまたは`のポジション・ループ

#を9うモータgの-:ブラシはやがて

~;して<することがあります。

3.

ブラシレス

DC

モータ

−

これらのモータにはフィードバックエンコーダ*きサーボや 5# がm1です。ただし、ブラシはなくい4r5sにわたって=いトルクを

>します。 DC

ブラシ・モータと?@すると、

bcのブラシレスDCモータはAな=コストがZがってきているため、サーボ&

に「Bりになる」!U#をします。

&によっては、サーボモータとステッピング・

モータの!U#があります。7のモータ・タイプとも=Crな; めに'してu6に-しますが、6々なDでEなります。サーボモータはらかのアナログ・フィードバックシステムをm1とします。$に、これにはの;に'するフィードバックを>するポテンショメータ、モータをFじてG;とH;のEに?する

をIMするらかのJみ2わせが'しま

す。ステッパとサーボのどちらかを!UするKは、

vくのLをMしなければなりません。どれが

LになるかはアプリケーションNOです。えば、

ステッピング・モータで9う; めPQはモータのRにし、`7サーボモータでの;

めPQは$に、ポテンショメータとフィー

ドバック gの`のアナログの{'に

します。ステッピング・モータは/なオープンループシステムでIできます。オープンループは

$に、STUを=ちい4rでMするシステムには?ですが、=い4r、に.MTUを

=つ12はクローズドループがmVになることがあります。オープンループシステムでステッパがオーバトルクになると、;に'するX [\がわれるため、システムをW|するm1 がありますが、サーボモータにはこのLはありません。

ステッパ・モータ・タイプについて

ステッパ・モータには、と

の

2 XYがあります (

ハイブリッド・モータもあるがコントローラのZDからは(モータと@

(2)

「コギング」する£8があり、-./0・モータはほぼ]^にします(ただし、の_`|のために¤しコギングすることがある

)

。

オームでこの

2

つを@することもできます。

-./0・モータにはF¥、

3

つ

(

12によって

4

つ

)

の%とコモン・リターンがあり、(モータにはF¥、センタ・タップ*きまたはセンタ・タップなしの

2

つのabした%があります。センタ・

タップ*き%はhc(モータにIされます。ステッピング・モータは§いdr?eのf

がされています。¨もCrのモータは$に

1

ステップ©たり

90

rしますが、=?e(

モータは$に1ステップ©たり1.8rあるいは 0.72rものCrをgªできます。Hなコントロー

ラをIすれば、>?の(モータおよびハイブリッド・モータは¬ステップでMでき、$

のコントローラはこれよりさな?Fステップすなわちマイクロ・ステップを¯うことができます。

(ステッピング・モータと-./0・ステ

ッピング・モータの7について、モータの

1

つの

%だけがFされた12、(hTUR°)は

&'drにiMし、トルクがモータの<=トルクを

jえるまでそのdrを<=し、トルクが<=トルク

をjえるとがし、それぞれのkl±mD で<=をnみます。

このモータ・タイプは(をIしません。

そのため、²oトルクつまり「³りめ」トルクがなくができます。このタイプのpqはc めてまれであり、$にはマイクロ・スライドの;

めなど、>きなトルクをm1としない&にI されます。

@Aを「キャンスタック」または「ティンキャン」モータといい、(をIしています。?@4r、トルクのデバイスで、ステップdrは45rまたは90rと>きくなっています。

pqが/hなので、これらのモータはコストでf qでき、´&にとってµな!U#となっ

ています。

ハイブリッド・ステッパ

このステッパ・モータ・バージョンは、-./0

・タイプと(タイプのrなJみ2わせです。

ステッパ・モータのステッパ・モータの

•

drは¶´パルスFに?する。

•

;フィードバックが}1なオープンループ・シ

•

ステム4、s4、ステップの·コマンドに¸する¹れ

•

たºt

uvしない; めw (

ステップdの±

5%)

•

¹れた4rおよび=トルク

(

ギヤs4}1

)

• F¼の<=トルク

•

&½の³りめ・トルク

•

¾78M

•

モータに¿ÀをÁえないストールが-

•

ブラシがないためトラブルが¤なくxÂÃ

• CÄボール・ベアリング (

ブランド

/

タイプによる

)

ステッパ・モータの

• HにしないとÅyがzじる-がある

• c{な=4rではÆし|い

•

オーバトルクの12、すべての;[\がわれるのでシステムのW|がm1

•

uじサイズの12は、u}な

DC/AC

モータよりも

zªトルクがはるかにさい

の !ステッパ・モータはv6なリードpªでfqされています。¨も$なものはTZのとおりです。

• 4リード − バイポーラ

• ⁵

リード

−

ユニポーラ

• ⁶

リード

−

ユニポーラ、バイポーラ

( ~ÉÊl )

• 8リード − ユニポーラ、バイポーラ(~ÉÊl)&バ

イポーラ

(

ËÉÊl

)

ステッパ・モード

ステッパ・モータはvFのEなるシーケンスでI Mできます。これらのうち¨も$なものはNのとおりです。

•

ウェーブ

このモードではある¼gで

1 7のみÌされま

す。これはユニポーラ・モータではÍ-な%

の 25%

、バイポーラ・モータでは

50%

しかÍ されないことを:Îします。

•

フルステップ

このモードでは9:の¼に27がÌ

されま

す。これはユニポーラ・モータではÍ-な%

の50%しかÍされないが、バイポーラ・モー

タでは

100%

Íされることを:Îします。

•

ハーフステップ

このモードでは、ウェーブIMとフルステップI MがÏÐに9われ、がハーフステップで;

2わせされます。これはユニポーラ・モータで

はÍ

- な

%の37.5% (Ñ±

)しか

Íされず、バイポーラ・モータでは

75%

Íされること

(3)

途

•

ステッパ・モータは]MÒやÓ-:]Mf

qでIされます。 MFG

におけるロボティクス、、およびプロセス・フロー

•

セキュリティ

セキュリティ8けのÕしいfセキュリティ・カメラ

PAN/ZOOM/TILT

を"む

•

ステッパ・モータは×スキャナ、サンプラの gでIされており、また

デジタルØ

、Yポンプ、ÙÚ、および?

でもIされています。

•

デジタル・カメラの]MDおよびズーム- のカメラgステッパ・モータ

•

また、ÛÜ-:、コンピュータE-ÒにもI されています。

オンセミのステッパ・モータ・ドライバ・ソリューションセキュリティ、×、&へのÝ、そしてシステム・レベルのコストおよびJbコスト

のÞsをGとして、どのメーカもさらに=rな

2およびXYなコスト・ダウンにßりJんでいます。デジタルàでの=rな2は、もÕしいものではなく、18ヶâごとに4rはãになり、v

のサイズは50%くもされてきました。モー

タがF¥されるパワー・アナログàは、åうほど/hではありません。モータの´、モータI M¼のæç、およびをMに¶れます。

また、ドライバはèがく、で、かつéにアナログ・モータのàに2できなければなりません。コスト、Cr、IいやすさにDをいて、この àはステッパ・モータ・アプリケーションにGを 8けました。êのとおり、ëステッパ・モータはくほど/です。ブラシやÊDはありません。に、ステッパ・モータは-をさせるようにがにHりìえられる uW

モータです。ステッパ・モータは、デジタル・パルスをメカニカル・シャフトのに.íするため、

¡わば「デジタル・モータ」です。

ステッパ・モータでの電,の

H-ブリッジ−dモードをIした2モータ・コイ

ルでのの

Figure 1. Voltage Mode V+

A

B S N

t t i

_A

i

_B

5 V+

A B

V+

A

B

t t i

_A

i

_B

4 V+

A

B PWM

PWM PWM

PWM N S

Figure 2. PWM Mode − Microstepping

ステッパ・モータ・ドライバは、%&の'(()に

+る-(があります。

トルク/トルクè：

トルクとはYを£のまわりにさせる´のことです。トルクをzªするには

2

つの1がm1です。すなわち、(でzªされると

&'でzªされる&'です。が

¸78のときにトルクが¨>になります

( q = − p /2

およびq = p/2のとき)。トルクはコイルがîえると

>きくなり、¨>ïgトルクがTUと}しくなったときに¨>èがgªされます。Oな1D

−

¨>トルクは{'¤ðの{でïgされ、ドライバ・ロジックで¸ºしていない12は、モータのストールをñ くò¥があります。

TUdr：

TUd

rdは&'とのdrです。

これはzªされたトルクとTUののÑmD

“p”

です。TUをîやすとTUdrdも>きくなります。

(4)

Figure 3. Load Angle A

B

N

S e

_emk

F

m

i

_S

d wt

A

B

e

_emk

F

m

i

_S

d

wt p/2 q

：

パルス§.8(PWM)をIしH-ブリッジをHりì えることによって、

Votlage4

がモータ%のコイル

{でチョッピングされます。コイル{にdが

zじるとがîします。コイルが2¦するとがs¤します ( s§するとも¡う )

。

Figure 4. Current Control V+

PWM PWM

Fixed to GND

I t

t

t PWM

PWM I

ステッパ・モータのドライバとアプリケーションが1面する4な6題

セキュリティ・カメラ

àÝでセキュリティが¨>のóôとなっており、IPセキュリティ・カメラのIは¨õ5öで4 ãにもなっています。デジタル・カメラをIし¨

?eとビデオの«みである「デジタル・アーチファクト」に>きくしており、カメラのパンまたはチルト¼にはっきりわかります。¬、このL はシャフト・エンコーダªにづく=?eサー

オンセミ

LV8714A

の紹7

(

高集積9デュアル・チャネル、

PWM

@電,、

電,ステッパ・モータ・ドライバ

)

LV8714A

は、ドライバ、

PWM

ロジックとÅにフル

・クワッドH-ブリッジ・パワー・スイッチをg.しており、m1にºじて2ûのステッパ・モータまたは

4

ûの

DC

ブラシ *きモータを

IM

できます。

LV8714

をIすれば、どの°も

Pan/Tilt -*き

セキュリティ・カメラをゼロからフル・デザインまで、FヶâといわずF±でþªさせることができ

ます。

LV8714A

では、·

H

ブリッジに²d¶´

をÍできるため、7のモータをu¼にIMできます。4〜16.5 Vの§い¶´d5sにより、

(5)

• Jbラインのªµ

•

フラットベッド・スキャナおよびv-プリンタ

1.

さらなるコストsのためのh$[d

2. Rds(on)

g

FET

による=èおよび·¸

´

3. DFÞsおよび·¸´のさらなるÞs

のためのgセンス/0。·¸´を¹ 2`ºよりも35%s

4.

5*をIしない¨およびサーマル

・シャットダウン<»-を備えたþ³な{

X

(6)

− +

− + − + − +

Output Control Logic Output Control Logic

Output Pre-Stage Output Pre-Stage

Current Detect AMP

Current Detect

AMP

Current Detect AMP

Current Detect

AMP

Output Pre-Stage Output Pre-Stage

+ −

VM1, VM2 OUT1A OUT1B OUT2A OUT2B OUT3A OUT3B OUT4A OUT4B PGND4 PGND3 PGND2 PGND1 VM3, VM4

OSC TSD LV S OCP OSC TSD LV S OCP 1/3 1/3 1/3 1/3

Start-Up Circuit 3.3 V Regulator VM − 3.3 V Regulator

Oscillator OSC TSD LV S OCP

TSD LV S OCP

(7)

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