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2010年12月17日 (金)

やっぱりPWMの周波数は関係ありそう

かなり追い込まれぎみなので、21:30に残業を終わりにして帰ってきてから今日はモータドライバの波形計測をしてみました。前回はTA8440Hを使って実験用の回路を作ったのですが、TA8440H自体が大きな電流を流せないためあまり意味の無い実験結果だったかもしれません。ということで、今回はロボットに使っている回路そのもので実験しました。

ん~、やっぱりPWMの周期はモータのトルクに効いてます。具体的にはf=10KHzのときがもっともトルクが太くて、20KHz、50KHz、100KHzと周波数が上がるにつれてトルクが細くなってしまいました。

何が読み取れるかわかりませんが、念のためDCモータの端子とPower Groundの間の電圧をデジタルオシロで計測した結果画像を載せておきます。

まずは周波数 10KHz、デューティ20%、無負荷。モータは適度に回ります。

F_10k_d_20_noload_2 

続いて周波数 20KHz、デューティ20%、無負荷。すでにモータが回りません。

F_20k_d_20_noload

周波数 20KHz、デューティ50%、無負荷ならモータが回ります。

F_20k_d_50_noload

周波数 20KHz、デューティ80%、無負荷だと、こんな感じになります。

F_20k_d_80_noload

周波数 100KHz、デューティ50%、無負荷だとモータが回りません。

F_100k_d_50_noload

いろいろなパターンを計測してみましたが、波形を見ても私にはなぜ周波数が上がるとモータのトルクが細くなってしまうのか見当がつきません。アドバイスをいただけると幸いです。

私の予想としては、フライホイールダイオードに使っているダイオードが間違って小信号用のものになっているので、そこが原因かなぁと。そう思うのですが、その物的証拠がつかめずにいます。とりあえず、今週末はこのダイオードを3A程度流せるものに付け替えて、再度実験してみる予定です。

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コメント

おぉ、解決されましたか!

1S2076A、1SS108、共に高速なものですが1SS108は流せる電流が小さいので上手く動作しないかもしれませんね。
トルクが出るようになると今度は逆起電力によるノイズなどに悩まされるかもしれません(笑) 私たちのチームでは、フォトカプラで電源を分離したり、フリーホイールダイオードを入れたりと苦労しました…

何はともあれよかったです。
SIも近いようですし、頑張って下さいー!

bootstrap用にコンデンサを手元にあった0.1uFを追加して、実験してみました。信号波形もトルクも、ほとんど変わりませんでした。

・・・と思ったら! 非常に重要なことに気付きました。L6203のSupply Voltageは Min. 12Vと書いてあるのに、グラフを見てもわかるとおり8Vで実験していました。Supply Voltageを13.8Vまで上げてみたら、PWM周期が100kHzになっても安定してモータが回るじゃないですか!

ということで、ダイオードの交換が効いたのかかブートストラップ用キャパシタの増強が効いたのかわかりませんが、結果的にはモータのトルクが十分太くなりました。

t@muさん、ありがとう!

t@muさん、コメントありがとうございます。

ダイオードですが、L6203のデータシートのFig 17にある回路図でD1, D2がBYW98と書かれています。BYW98のデータシートを探したところBYW98-200のデータシートが見つかって、このダイオードの順方向電流Ifが3Aだったので、手元にあったこれに類する1N5401を使用する設計にしました。

BYW98-200の順方向電流が3Aと大きいので、bootstrap用のダイオードだとは思わなかったのですが、小信号用でもよかったのでしょうか? ちなみに、間違ってつけていたのは1S2076Aか、1SS108のどちらかです。

ブートストラップコンデンサは、L6023データシートのFig17に従って 15nF = 0.015uFのコンデンサをつけています。(データシートにはat least 10nFと書いてありましたね。)

SI2010の発表用スライドを作っている最中ですが、このコンデンサをちょっと大きめにするのを試してみます。

こんばんわ。大会後の交流会ではお世話になりました!

確かにコンデンサを介してBOOT1,2に繋がるダイオードに原因があるのかも知れませんね。このダイオードはチャージポンプ回路のものなので、小信号用の電流が流せないもので大丈夫なはずです。
波形を見る限り立ち上がりが遅いので、コンデンサに十分な電荷が蓄えられておらず、ハイサイド側のNchFETが完全にONになっていない可能性があります。
・ダイオードは逆回復時間の短いものを使っておりますでしょうか?
・ブートストラップコンデンサ(4,8pin)の静電容量が小さくありませんか?
私が以前L6203で回路を組んだ時には、ダイオードには1N4148、コンデンサには0.15uFのものを使いました。

チャージポンプに関しては以下を参考までに。
http://focus.tij.co.jp/jp/analog/docs/analogsplash.tsp?contentId=54765

すでに解決しておりましたら流して下さいー。何かしらの参考になれば幸いです。

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