７．Ｌ６２０３モータードライブ回路

2001/10/14 【電子回路編ＴＯＰに戻る】

以前、４．ＤＣモーター駆動回路で、ＤＣモータードライブの方法と具体的な回路例をご紹介しました。しかし、その時に利用したドライバＩＣの最大電流は１Ａでした。１Ａの電流では模型用の小型モーターはドライブできても、ちょっと大きめのギヤードモーターをドライブすることはできません。実際にタミヤのギヤードモータ５４０Ｋ７５などを繋いで回そうとしても、スカスカ．．．と言って唸りながらすぐに止まってしまいます。

今回ドライブの目標とするギヤードモーターは、タミヤの３６３３Ｋ２００です。このギヤードモーターは、約４．３Ａ程度の電流で、実用上の最大トルク５５Kg/cmを発生させます。通常はここまでのトルクを必要とすることもないとは思いますが、最大で４Ａ程度をドライブできる回路を今回の目標とします。

ＤＣモーターをドライブするためのＩＣは各社から発売されていますが、大きくても２〜３Ａ程度までのドライブ能力のものしか見当たらず、パワーＭＯＳＦＥＴをディスクリートで組んで作ろうかと思っていたところ、トラ技８月号の特集記事「コンテストのためのロボット製作」でＳＴマイクロエレクトロニクス製のドライバＩＣ、Ｌ６２０３の紹介記事を目にしました。

７−１．Ｌ６２０３　モータードライバＩＣ

Ｌ６２０３は、ＳＴマイクロエレクトロニクス製のＤＣモーターフルブリッジドライバＩＣです。外観と概略仕様を以下に示します。

トラ技の特集で目にした時から、あっちこっちの通販などを当たったのですが見当たらず、最後の手段でＳＴマイクロエレクトロニクスにメールで「直接売って貰えませんか？」といった相談をしたところ、なんとサンプル扱いとして８個も無料で送ってきてくれました！　ＳＴマイクロさんありがとう。

　

Ｌ6203正面写真 L6203横面写真 L6203外形図
項　目 値 L6203ブロック図
電源電圧 最大 48V
最小 12V
最大ピーク電流 5A
最大実効電流 4A
オン抵抗 0.3Ω
入　　力 ＴＴＬレベル
最大動作周波数 100KHz

外観的には、ちょうどタコのような形をしています。横からみると、端子が長く前に突き出ている様子が分かると思います。この端子、実は２．５４ピッチになっておらず、ユニバーサル基板などに実装する場合にはラジオペンチで無理やり２．５４ピッチに合わせ込む必要があります。さらに、端子が太いため、そのままではユニバーサル基板に刺さりません。なので、ニッパで端子の太さを2/3くらいに細くしてから実装する必要があります。（タダでもらったので文句言いません．．．）

最大の強みは実効電流が４Ａであることです。また、内部のスイッチング素子にパワーＤＭＯＳ−ＦＥＴを採用しているため、トランジスタのようなコレクタ−エミッタ間の電圧ドロップがなく、ＯＮ抵抗が０．３Ωと低いことです。とは言っても、４Ａの電流が０．３Ωの抵抗を流れると４．８Ｗになるため、そうとう熱くなるし、同様に１．２Ｖもの電圧降下も起きますので、やはり０．３Ωという数字は小さくもありませんね。ディスクリートのパワーＭＯＳ−ＦＥＴには、ＯＮ抵抗がこれより一桁小さなものもあります。

内部回路的には、典型的なブリッジドライバ回路です。電源をVs-SENSE間に掛け、モーターはOUT1−OUT2間に接続します。そして、IN1、IN2端子に加えるTTLレベルの制御信号と、ENABLE信号とでＤＣモーターの制御を行ないます。

制御信号のロジックは以下の通りです。

■Ｌ６２０３動作ロジック

INPUT

動　作
ENABLE = H IN1 IN2
L L

左下と右下のFETだけが共にONになる。

モーターの両端はSENSE(GND)端子を介してループとなり、ブレーキ動作となる。
L H

左下と右上のFETだけが共にONになる。

Vs→OUT2→OUT1→SENSE(GND)の方向に電流が流れ、モーターが回転する。
H L

左上と右下のFETだけが共にONになる。

Vs→OUT1→OUT2→SENSE(GND)の方向に電流が流れ、上記と逆方向にモーターが回転する。
H H

左上と右上のFETだけが共にONになる。

モーターの両端は電源Ｖs端子を介してループとなり、ブレーキ動作となる。
ENABLE = L X X 全てのFETがOFF状態となる。

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７−２．Ｌ６２０３を使ったモータードライブ回路【その１】

今回、Ｌ６２０３の動作を確認するため、英文データシートに掲載されている参考回路を元に以下のようなテスト回路を組んでみました。

回路1

■Vs端子、SENSE端子

Ｖsは電源端子で、今回はDC12Vを加えます。動力用の電流はVs端子からOUT1→DC MOTOR→OUT2と流れ、SENSE端子から抜けます。データブック上の推奨回路では、SENSE端子に０．５Ωの抵抗を繋いでからGNDに落としています。これはモーターに流れる電流量を外部の回路から電圧という形で検知するために利用するようですが、今回は必要ないので直接GNDに接続します。推奨回路ではＶs端子から０．１マイクロのコンデンサでGNDに接続されていますが、平滑用だと思うのでもっと大きめの容量の電解コンデンサにして良いと思います。

■BOOT1/BOOT2端子

Ｌ６２０３の内部はパワーMOS FETで構成されています。パワーMOS FETはゲートに加える電圧を充分高くしてあげて完全に飽和領域で動作させないと、ソース−ドレイン間の抵抗値が中途半端に高くなってしまいます。Ｌ６２０３内部にはそのためと思われるチャージポンプ回路が内蔵されており、BOOT1とBOOT2の端子に接続する０．１５μのコンデンサもそのためのものです。０．１５μという値は推奨回路のままです。

■OUT1/OUT2端子

ここにＤＣモーターを接続します。推奨回路では、この周辺にちょこちょことコンデンサや抵抗なども接続されていましたが、今回は敢えて外してあります。しかしダイオードだけは残しておきました。これは、ＤＣモーターへの電源供給を絶った瞬間に発生する逆起電力を逃がしてあげる効果を期待してのことです。

■VREF端子

この端子に関わる内部動作が力弥にはイマイチよく分かりません。スミマセン．．．。英文のデータシードをくまなくまじめに翻訳すれば分かるのでしょうが、あまり気が進まないので．．．。大よその検討はつくのですが、あまりいい加減なこともご紹介できないので、ここでは触れないことにしておきます。なお、データシートによれば、０．２２μＦのコンデンサ容量が一番いいらしいです。

■GND端子

内部ロジック用のGND端子です。

　

■IN1/IN2端子の動作

今回の回路では、手っ取り早くＬ６２０３の動作を確認したかったので、IN1を5V、IN2をGNDに固定で接続してしまいました。なので、モーターの回転方向は片方向のみです。

■ENABLE端子の動作

ENABLE端子は1KΩの抵抗でプルダウンしています。なので通常は０（ゼロ）Vで、スイッチSWを押すと5Vになります。つまり、スイッチSWを押した時だけモーターが回転します。

で、以下の写真が実際にユニバーサル基板に組んでみた様子です。

半田面の写真はあまり人にお見せできるようなものではありませんが、ご容赦ください。

基板部品面 基板半田面 L6203実装拡大

一番右の写真は、Ｌ６２０３の基板実装状態を拡大したものです。もともとの足が２．５４ピッチになっていなかったため、無理やり合わせ込んで押し込んだ様子が分かりますか？

ついでに、以下が実験回路全般の写真です。

全体写真 AKI-H8の小型マザーを接続していますが、これはただ単にロジック用の5V電源を供給しているだけなので、何もしていません。

モーターを動かすのは真中の基板の赤い押しボタンだけです。

ちなみに、モーターはタミヤの３６３３Ｋ２００です。

■動かした結果．．．

真中の赤い押しボタンを押すとギヤードは勢い良く回りだし、何の問題もありません。回っているモーターも非常に強力で、手で抑えたくらいでは止まる素振りも見せません。そして、赤い押しボタンを離すと、モーターは停止します。

ところが．．．

このギヤードモーターは相当慣性力が強いらしく、赤いボタンを離してから（ENABLE端子がGNDレベルになってから）、なんと軸が１回転も惰性で回ってしまいます。いくら無負荷状態とはいえ、電源の供給を絶ってから１回転も回り続けるようだと、この先正確な回転角度の制御はおぼつきません。

ENABLE端子をGNDレベルにすると、ブリッジを構成する内部の４個のFETは、全てOFFの状態となります。つまりモーターの両端子はオープン状態と一緒です。これでは惰性で回り続けても文句が言えないため、ちょっと回路を手直しして見ます。

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７−３．Ｌ６２０３を使ったモータードライブ回路【その２】

さっきのドライブ回路をちょっと手直しして、以下のような回路にしました。手直ししたのは、IN2端子とENABLE端子の回路のみです。

回路2

■IN1/IN2端子の動作

今度の回路では、IN1は5V固定ですが、IN2をプルアップしておき、スイッチSWを押すとGNDレベルになるようにしました。つまり、スイッチSWを押さない間は、IN1/IN2ともに5V(Hレベル)となり、内部的にはブレーキ動作になります。ただし、ここでも片方向のみの動作です。

■ENABLE端子の動作

上記の動作をさせるためには、ENABLE端子が常にHレベルでなければなりません。つまりENABEL端子を5Vに接続してしまいます。

写真はさっきのものとほとんど見分けがつかないくらい同じなので、省略させてもらいます。(^^;

■動かした結果．．．

さっきと同様に赤い押しボタンを押すと、勢い良くモーターが回り始めます。そしてボタンを離すと、「キュッ」といって、本当にブレーキが付いているのではないか？というくらい良く止まります。タミヤのギヤボックスで実験をしていた頃よりも、はるかに良く止まります。これは２００：１という高いギヤ比と、ドライブ電流の高さによりものではないかと思うのですが、これなら正確な角度制御にも充分使えるレベルではないか思います。

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というわけで、ひとまずＬ６２０３を使ったちょっと大きめのギヤードモーターの駆動実験は成功です。試しにもうひと回り大きなギヤードモーター５４０Ｋ７５なども、無負荷状態ですが勢い良く駆動させることができました。（あくまで無負荷です！）

Ｌ６２０３にはENABLE端子が付いているので、PWM制御に向いているかなと思ったのですが、ENABLE端子だけに頼っていてはブレーキング動作が出来ないので、もうひと工夫が必要そうです。

　

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