ステッパ・モーター・システムは開ループの位置制御システムです。システム・コントローラおよびモーター・ドライバ IC は、印加される負荷トルクの大きさに関する情報も、ステップ損失を生じさせない最適な動作電流の大きさに関する情報も持っていません。ドライバは、負荷トルクの要求を知ることができないため、モーターは通常、最大負荷トルクを維持できる固定フルスケール電流で駆動されます。しかし、負荷が軽いのに大きな動作電流を使うことは、余計な I2R 損失の原因になるため、不必要です。大きなコイル電流は、全体システム効率の低下以外に、モーターの発熱による熱の問題を引き起こし、ひいてはモーターの耐久性を低下させ、寿命を縮めます。
今回、テキサス・インスツルメンツは DRV8462、DRV8452、DRV8461 ステッパ・モーター・ドライバを発表しました。これらのドライバは、自動トルク・アルゴリズムを含む複数の新しい機能を備えています。自動トルク機能により、負荷トルクに応じてステッパ・コイル電流を自動的に調整することで、システムの効率が向上します。自動トルク機能は外部センサを一切必要としません。代わりに、モーターに供給される電力を監視することで、負荷トルクに対して線形的に変化する内部信号を生成し、高速検出を可能にしています。このアプリケーション・レポートでは、自動トルク・アルゴリズムの利点と、効果を最大化するための調整方法について説明します。
Other TMs
ステッパ・モーターは、位置を監視するための外部センサをまったく使わなくても、入力の励起の変化を出力の精密な位置変化に容易に変換できるため、広く使われています。位置と速度の精密な制御を実現するため、ステッパ・コイルの電流は安定化されています。
モーターのトルクの式は#GUID-C09FE73C-450F-4584-9B59-DA94353A0543 で与えられます。モーターのトルクは、次のようにコイル電流とモーターの構造で決まります。
ここで、τmax はサポートされている最大トルク、KT はモーターのトルク定数、I はコイル電流です。
#GUID-C09FE73C-450F-4584-9B59-DA94353A0543 は、コイル電流 I が生成できるトルクの大きさと解釈できます。与えられた負荷トルクを維持するには、モーター・ドライバは常に、要求トルクよりも大きいトルクを生成できるコイル電流で動作させる必要があります。
従来型のモーター・ドライバでは、ピーク負荷トルク要求に基づいてフルスケール動作電流が設定されます。これにより、ピーク負荷が要求されたときに、モーターがステップを失うことはありません。そのため、負荷トルクに関係なく、電流は一定です。この結果、負荷トルクがピーク負荷より低い場合、#GUID-E4388219-6E10-4102-A74E-BF5AE6071508 に示すように、ドライバとモーターは抵抗性電源損失として入力電力の一部を消費します。
ほとんどのシステムでは、ピーク負荷トルクの要求が発生することはごくまれです。たとえば、ATM 機械では、ステッパ・モーターがピーク負荷を供給するのは稼働時間全体の 15% 未満かもしれません。しかし、標準的なステッパ・ドライバは、最終的に常時モーターにフルスケール電流を供給するため、不要な電力損失、システム・サイズの増大化、部品の寿命短縮によりシステム効率は低下します。