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yuqlidの日記

どっかの学生の雑記帳

【連載3回目】 モータドライバの作り方 MOSFETその1

お久しぶりです.

6月7日,オリンピックセンターにて学生ロボコン2015が開催されました.正直誰もが驚いた結果になったのではないでしょうか.いろいろ書きたいことがありますがまた今度書くかも?

さて今回はモータドライバの最も重要であるとも言える部品、MOSFET について書こうと思います.

正直僕の記事より各半導体メーカが発行しているアプリケーショ ンノートに詳しく書いてあるので知識がある人はこっちのほうがいいかも(というか僕の書いているこの資料はこれらの一部 をコピペしてるようなものなのでこの資料読むよりよっぽど情報量多い)ここでは中でも特に重要と思ったところを抜粋しながら書いていきます.

MOSFETはMetal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect Transistor(電界効果トランジスタ)の略称です.まあトランジスタの一種です.N型,P型が存在します.原理はググってください.要はスイッチとして使います.

P,N

モータドライバを作る際には PN 混合型で組むか フル N 型で組むかも重要なポイントになってきます.それぞれのメリットとデメリットを上げてみましょう.

PN混合型

  • 回路を比較的単純に組める
  • P 型 MOSFET は N 型に比べて値段あたりの性能が低い→同等性能の回路を作ると値段が高い!
フルN型
  • 性能が高い N 型ですべて組める
  • ハイサイド側に昇圧回路が必要になる,PN 混合型より複雑になりがち
電源電圧に規定があるロボコンでは難しいところがあります.(電源電圧より高い電圧を作ることについては毎年議論&グレーな感じがしてる.要はめんどくさい.) MOSFETの選び方
連載一回目でも書きましたが,モータドライバの回路は機械的,電機的仕様に合わせて決める必要がありま す.その中でも MOSFET が重要な素子となります.正直なところ,モータドライバの仕様≒ MOSFET の仕様と言ってもいいのではないでしょうか.ここでは MOSFETの選び方について書い ていこうと思います.
MOSFETのパラメータ ドレイン-ソース間電圧Vds MOSFETのドレインとソースの間に印加できる最大電圧でありMOSFETを選定する上で最も重要な項目です.モータは回転方向が変化する際に逆起電力が発生するため,回路には最大で電源電圧の2倍の電圧が印加されることになります.よってVdsは最低でも電源電圧の2倍以上の製品を使用する必要があります.(ただしアバランシェ耐量を規定しているものを除く) ドレイン電流 このFETが流すことのできる最大電流です.連続電流Id(DC)とパルス電流Id(P)があります. 連続電流Id(DC)は温度を保ち続けている(大抵25℃くらい)場合の電流です.このため実際に使うときに流せる電流はだいぶ減ります.これはFET内部のシリコンの部分の温度(チャンネル温度)で決定するため,温度変化が性能を大きく左右します. 基本的に連続電流はチャンネル温度が150℃以下という前提条件がつきます. チャンネル温度が上昇するとFETが流せる連続電流は減少していきます.このため,放熱,冷却による温度の低下より連続電流による温度上昇が上回っていると,徐々にチャンネル温度が上昇していくために,同じ電流を流していても一定時間したらFETは爆ぜることになります. パルス電流Id(P)は瞬間的に流せる電流になります,これもチャンネル温度に依存し,周囲温度や放熱によって左右されます.モータの起動,停止時には瞬間的に大電流が流れます.この電流がモータに接続されたFETに流れる最大電流となるため,データシートを参照してパルス電流が起動電流より大きいFETを選定する必要があります, オン抵抗
ドレイン-ソース間の内部抵抗です.FETがONの時はこの内部抵抗を通過して電流が流れるので,この抵抗の大きさでFETでの熱損失の量が決まります.ここで発生した熱はFETの温度を上昇させるので,オン抵抗はより小さいものを選びます.

とりあえずFETを選定する上で最も重視するであろうパラメータを書いてみました.また次回に引き続き書いていこうと思います.

あの,こんなふうにちまちま書いていますが,実は「モータドライバの作り方ver1.0.pdf」が書けました.どうしようか悩んでいましたが,いろんな人のフィードバックをもらいながら加筆修正したほうがいいのでなないか,という事になりました.

なのでもし欲しい方がいらしたらコメントなりTwitterなりで読んでください.

それでは