ステッピングモータードライバICの選択

私が光学研究室で働いていた頃、空間的および分光学的に解決された測定を行うために、ステッピングモーターを使用して微妙な移動ステージやゴニオメーターステージを駆動することが一般的でした。これらのアプリケーションにステッピングモーターを常に使用していたのは、その低いヒステリシスと細かい解像度のおかげです。これらのステッピングモーターは、望ましい方向にステージを動かすためにドライバーを必要とします。

あなたが敏感な測定機器を設計している場合でも、次の電気機械システムに正確な速度と位置制御が必要な場合でも、ステッピングモーターに適したドライバーを選択する必要があります。ステッピングモータードライバーを双極または単極モーターに適合させることは、コンポーネントのデータシートで確認すべき仕様を知っていれば簡単です。

ステッピングモーターとドライバーの種類

一般的なステッピングモーターは、単極および双極デバイスとして分類され、主に各ステーターのコイル巻線の構成を指します。最も基本的なレベルでは、これらのモーターは同じ方法で動作します。電磁石が連続してオンになり、シャフトを望ましい位置に回転させます。これらのモーターは、正確な位置制御が必要なアプリケーションに理想的です。高速が必要な場合には使用すべきではありません。これらのステッピングモーターには、可変リラクタンス、ハイブリッド同期、および永久磁石モーターが含まれます。

単極モーターは双極モーターに比べて比較的単純です。単極モーターは各位相に1つの巻線を使用し、各巻線には共通のタップが含まれています。共通のタップのおかげで、任意の時点で巻線の半分だけが電流を流しており、同じ電圧/電流で動作する双極モーターよりも低いトルクを生産します。2相の単極ステッピングモーターは、タップがステーター巻線にどのように組み込まれているかによって、ドライバーに接続するために5から8のリードが一般的に必要です。双極モーターは、ドライバーが2つの巻線を通して特定の前進および逆電流のパターンを適用することによって回転します。そのため、「双極」という名前が付けられています。これらのモーターは、駆動のために各位相に1つのHブリッジを必要とします。

典型的なモーターにはリード数を減らすために2つの位相があります。ローターは、ローターシャフトに沿って積み重ねられた北極と南極（いわゆる缶構造）を持つことができるか、またはシャフトの軸に沿って細かい歯を持つことができます。シャフト上のこれらの領域間の角度的な分離が、ステッピングモーターの角度解像度を決定します。

ステッピングモーターとドライバーのマッチング

特定のステッピングモーターにマッチングするためのドライバー仕様の中で最も重要なパラメーターは：

• 定電流駆動と定電圧駆動。 ステッピングモーターの巻線のインダクタンスと直流抵抗により、過渡応答が発生します。これはモーターがフルトルクに達する速度に影響します。定電流駆動は強力な電流のバーストを提供し、定電圧駆動と比較してモーターがフルトルクに達するまでの時間を短縮します。定電流駆動には通常、指定された限界を超えると巻線内の電流を減少させるチョッパ回路が含まれています。
• マイクロステッピング。 一部のドライバーには、ステップの分数でステッピングを提供する内部補間回路が含まれています。解像度は、標準ステップサイズの1/2から1/16の任意の因数で減少することができます。
• フェーズ数。 ステッピングモータードライバーは、特定の数のフェーズを駆動するように設計されています。典型的な単極および双極ステッピングモーターは2フェーズを使用しますが、可変リラクタンスモーターは3フェーズを使用します。

モーターを連続して駆動する場合は、ステッピングモーターとドライバーの共振周波数に注意してください。駆動パルスの周波数がモーターの共振周波数と一致すると、モーターハウジング内で強い振動が発生する可能性があります。これにより、ローターシャフトがステーター巻線と同期しなくなり、実質的にモーターが停止する原因となります。

単極モーター用のステッピングモーター制御回路を構築する最も簡単な方法は、555タイマーといくつかのDフリップフロップ（または双極モーター用のHブリッジ）を使用することですが、多くの統合ICが同じ機能を低コストでコンパクトなパッケージで提供しています。

Panasonic AN44069A-VF

PanasonicのAN44069A-VFステッピングモータードライバーは、37 Vの出力と1.5 Aの定電流供給で双極ステッピングモーターを駆動するのに理想的です。このICには、電流出力を制限するチョッパ回路と、ほぼ連続駆動のための2つの利用可能な周波数を持つPWMオシレータが含まれています。このドライバーは、極めて正確な位置制御（つまり、マイクロステッピング）や高トルクを必要としない基本的なステッピングモーターに理想的です。

PanasonicのAN44069A-VFステッピングモータードライバーの写真。

ON Semiconductor STK672-630CN-E

ON SemiconductorのSTK672-630CN-E定電流ステッピングモータードライバーは、2フェーズ単極ステッピングモーター用に設計されています。このドライバーは、前述のコンポーネントよりも高い電圧出力（46 V）と電流出力（2.2 A）を提供します。モーターステップレートは外部クロック回路で制御され、柔軟な速度制御を提供します。

STK672-630CN-Eステッピングモータードライバのブロック図。STK672-630CN-Eデータシートより。

Allegro MicroSystems A4983SETTR-T

A4983SETTR-T 定電流ステッピングモータードライバは、出力2A（20%未満のデューティサイクルで2.5A）35Vで双極ステッピングモーターを駆動するために設計されています。このドライバーは、熱パッド付きの28ピンQFNパッケージで提供されます。このステッピングモータードライバーは、ユーザーがデジタル制御できる1/16ステップまでのマイクロステッピングを提供します。このステッピングモーターは、より正確な位置設定と測定を必要とするシステムに適しています。

A4983SETTR-Tステッピングモータードライバを使用したアプリケーション図。A4983SETTR-Tデータシートより。

市場には多数のステッピングモータードライバがあり、どのドライバーが特定のステッピングモーターに最適かを判断するのが難しい場合があります。Octopartでは、さまざまなステッピングモーターやステッピングモータードライバーのオプションにアクセスできます。パーツセレクターガイドを使用して、次の製品に最適なオプションを決定してみてください。

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