第５章
やってはいけない！モータ/リレー＆パワー回路設計
やってはいけないÛ
マイコンが暴走して駆動トランジスタが破壊

リレーにはダイオードを並列に接続しておく● リレーを ON/OFF するとマイコンが暴走したり駆石のコイルに電流を流すと，動トランジスタが破壊する
図 1 に示すのは，DC モータの正逆転が可能な駆動

電磁石は磁化して接点を引き付けます．

回路です．
リレーを使ったモータの正逆転駆動回路は，デッ

図2（a）に示すように，Tr1 が ON するとリレー内部のコイルに徐々に電流が流れ始め，ある大きさに達しド・タイム制御などの特別なことをしなくても，電源て安定します．

からグラウンドに向かって過大な電流（貫通電流）が流れることがありません．

次に Tr1 が OFF して電流をしゃ断しようとすると，コイルは Tr 1 のコレクタ側に高い電圧を加えて，Tr1

これはリレーが半導体と異なり，機械的にスイッチ動作をするからです．機械的な接点は，高速な応答がを壊してでも流れようとします．これは，次式で表されるコイルの基本的な性質によるものです．

できませんから，制御信号に対して実際の切り替え動

VL ＝ LΔI/Δt
ただし，VL ：コイル両端に生じる電圧，ΔI ：コイルに流れる電流の変化量，L ：コイルのインダクタンス，Δt ：変化に要する時間
例えば Tr1 が OFF する時間を 10 μs，ΔI を 20 mA，L を約 0.4 H とすると，計算上で VL は 800 V にもなります．
V L は，Tr 1 のコレクタ側のほうが電源側よりも高くなるように発生します．Tr 1 が OFF した直後，コイルに誘起した電圧 VL は逃げ場がありません．結局，Tr1 の耐圧を越えるまで上昇していき，ついには Tr1を破壊してグラウンドに流れ出します．流れ出したパルス状の電流は，大きな放射ノイズを発生させながら，グラウンドの電位を大きく揺さぶります．
これらのさまざまな大きなノイズが，マイコンの動作に支障を与えます．
● ダイオードを並列につけて起電力の逃げ場を作る
図 3 に示すように，リレー・コイルと並列にダイオードを接続すれば，誘導起電力はダイオードを循環して吸収されます．ダイオードとリレー・コイル間の配線はノイズ発生の要因になりますから，このダイオードはリレー・コイルの近くに取り付けます．
〈鈴木 憲次〉作が自然に遅れます．この遅延が，正転から逆転に切り替わるときにほどよいデッド・タイムを作り出します．
さて，図 1 においてリレーを駆動して逆転から正転に切り替えたところ，マイコンが暴走してしまいました．また繰り返しリレーを ON/OFF したら，駆動用のトランジスタ（Tr1）までが壊れてしまいました．
● 原因
リレーの内部には電磁石が内蔵されています．電磁G6A-274P（オムロン，コイル抵抗 250Ω，コイル・インダクタ
ンス 0.44H（復帰時），0.35H（動作時），5V 用，接点容量 2A）＋5V

正転/逆転VE

MRC260モータ
用電源（6V）

I110k
マイコン

0.1μ回転速度
PWM

Tr12SC1815（東芝）（マブチモーター）
Tr2
2SD2241（東芝）

10k

図 1 リレーを使ったモータの正逆転制御回路
リレーの ON/OFF を繰り返すとマイコンが暴走して Tr1 が破壊した

A

VE（5V）

VE（5V）

VE（5V）

I1

I1

I1A

Tr1ON状態

A 点の電圧が急上昇する

Tr1
ON→OFF

Tr1がONして安定状態にある期間は一定の電流（ I 1）が流れる

Tr1がOFFしてリレー・コイルに流れる電流 I 1が急激にしゃ断される（a）状態1（b）状態2

Tr1OFF

リレー・コイルに流れる電流は急には止まれない（コイルの宿命）．行き場のなくなった電流は Tr1を破壊してグラウンドに流れ出ていく（c）状態3図 2 トランジスタが破壊するしくみ2005 年 11 月号

ダイオードをリレー・コイルの両端に接続してTr1のOFF時に発生する誘導起電力を循環させる
10E1（日本インター）
10k
マイコン

OFF2SC1815

図 3 リレーにはダイオードを並列に接続しておく

173やってはいけないÜ
サーボ制御しているのに DC ブラシレス・モータが暴走

回転パルスは最大回転数まで確実に捕らえる● DC ブラシ・モータが暴走して回転数が急上昇

FG センサの出力に重畳し

図 1 に示すのは，回転ムラの小さい DC ブラシレ
ス・モータのサーボ制御回路です．M 1 は 3 相ホーたり，IC 2 の周波数特性が狭いことなどです．

ル・モータです．図 2 に示すように Ha，Hb，Hc はロータの磁界を検出するセンサです．IC1 は，これらの● 対策
次のようにマイコンのソフトウェアで対策します．

センサの出力信号を読みながら，モータの起動とコイ①目標回転数の範囲が狭い場合は，リミッタを入ル電流の切り替えタイミングを調整します．
図 2 においてロータの周囲には，360 歯の NS 対れて回転数を制限する②目標値への追随時間にタイム・リミットを設け，（FG 歯）が着磁してあり，ロータが回転することで生じる磁界をホール素子や MR センサなどの磁気センサ

それ以上は暴走と判断してモータを止める〈漆谷 正義〉

で検出します．マイコンは，これらのセンサが検出する信号（FG 信号）の周期を測定して必要な回転数になるように，PWM のデューティを変化させます．

ロータ（回転子）FG パルスの周波数は，最大回転数が 6000 rpm（＝100 rps）の場合，36 kHz（ ＝ 100 × 360）となります．

FGセンサ

SN

S

N

N
S

Ha−
H
Hb＋ a
Hb
Hb−は上昇し続けます．
FG 信号がなくなる，または欠ける→マイコンは FG
周期がとても長いと判断→モータ回転数を上げる

N

SN

SNHa＋SNSN S N S N S NS

N SNS

N

SN

FGマグネット

UVW

ステータ・コイル

W
U

Hc＋

ホール・センサ

欠落の原因は，モータから発生する大きなノイズがS

N

FGパルスを出力

この周波数に対して，IC2 で FG 信号が減衰し，FG パルスが欠落すると，次に示すしくみでモータの回転数

Hc−VHc

図 2 3 相ホール・モータのしくみ＋5V

マイコンからPWM制御信号でTr1をスイッチン
Tr4グ駆動し，平滑して直流（VS 1 ）を出力する回路．
VS（6V）2SB1121
モータの回転数はVS 1 でコントロールされる（三洋電機）L1 47μH

FGアンプ

1R 10 43

R 5 470Ω
FG1247k

VR 1470k

R6R81k47k

Tr52SC1815

C7100p

Ha U

I C2
BA4560（ローム）

FGセンサ：
出力が小さいHb V

ブラシレス・モータ内部にあるホール素子
Hc W
FG I NPWM OUT

モータ・ドライバ

R168Ω

3相全波
ドライブ用

R 2 68Ω（東芝）

161a151b141c13La
12Lb11GND
10Lc
9

Tr32SA1203Y

R 3 68Ω

3相ブラシレス・モータのステータ・コイル

M1VCC

回転方向
信号

マイコン
F/R
STBY

モータのON/OFF
信号

誘導起電
力吸収用

Tr22SA1203Y

I C1 TA8416F
1Ha＋
2Ha−
3Hb＋
4Hb−
5Hc＋
6Hc−
7F/R
8R/S

Tr12SA1203Y（東芝）

D3 1S1555

8C5 C6
D5SB05- 10μ 0.1μ05CP
R4470Ω（三洋電機）

D1 1S1555

C910μ

D2 1S1555

VS 1R 7 1M

C4C1

C247μ

4.7μ

4.7μ

C3

モータ騒音対策用

4.7μ

図 1 DC ブラシレス・モータのサーボ制御回路

1742005 年 11 月号