質問: マブチモーターの制御 マブチモーターのfa-130 これを、スイッチを入れたあと回転数が徐々に上がるように モーターを制御したいのですが、何かよい方法があるでしょうか。 限界電圧1.5~3.0v、適正電圧1.5v、適正負荷0.39mn・m (4.0g・cm)、回転数* 6,400r/min、消費電流*500ma 使用電池単2です。
回答: >確認したらトランジスタは2sc1815はあります 2sc1815は最大電流が150maなので1個では500maを流せませんが、2sc1815を複数個使って駆動する例を紹介します。大電流を流せるトランジスタを使えば1個でできますが、手元にある部品を使って設計するというのも頭の体操になるので、ちょっと設計してみました(これで動くことを確認してから、他の回答者の回路を試してみるのもいいでしょう)。ソフトスタートにしたいとのことなので、スイッチを入れるとモータに流れる電流がだんだん増えるようになっています。 ' ┌─┬──┬───┬─────────・・・──┬─┬─ sw ─ vcc ( ?v ) ' r1 ↑d1 c │ m ↑d2 ' ├─┼─b tr1 c ┌──┬─・・・──┼─┘ ' r2 c1 e──b tr2 c c c ' ├─┘ e─┬─b tr3 b tr4 b tr12 ' │ ↓ e e e ' │ tr4~tr12 │ │ │ ' │ のb(ベース)へ re re re ' └─────────────┴──┴─・・・──┴─── gnd ( 0v ) 【記号と図の説明】 mはモータ。tr1~tr12はトランジスタ(全部2sc1815)でbはベース・cはコレクタ・eはエミッタです。r1・r2・reは抵抗、c1はコンデンサ、swはスイッチ、d1・d2はダイオードです(矢印の向きに電流が流れる)。図ではうまく書けなかったので言葉にしましたが、tr2のエミッタはtr3~tr12のb(ベース)に接続されています。エミッタ抵抗reは10本必要です。┼記号は4線ともつながっているという意味です。 【回路概要】 この回路はトランジスタの電流増幅率にバラツキがあっても駆動電流が変動しないようにtr1とtr2をダーリントン接続としました(計算では、電流増幅率が80以上あれば、出力電流の変動は10%以内)。また、大電流(500ma)を駆動するために、モータ駆動用のtr(3~12)を10個並列にしました(トランジスタ1個あたり50maの電流で済む)。r1とc1でソフトスタートの立ち上がり時間が決まります。d1はスイッチをoffにしたときにtr1を保護するため、d2はモータの逆起電力からトランジスタを保護するためのものです。ダイオードは普通の小信号用(1s1555,1558など)でいいと思いますが、モータによってはd2に大きな電流が流れて壊れることもあるかもしれませんので、d2はできれば電源整流用の少し大きなものを使ったほうが安心です。 【抵抗値の決め方】 (1)r1・c1の決定 ソフトスタートの時定数(電流が設定の63%になるまでの時間)は t = r1*c で表されます。r1の単位を ω、c1の単位を f としたとき t の単位は秒となります。例えば r1 = 100 kω、c1 = 10 μf のとき、t = 1 秒 となります。10μfのコンデンサには極性があるので、図の上側(tr1のベースに接続される側)を+極としてください。 (2)r2・reの決定 モータに流れる電流は次式で表されます。 i = { r2*vcc - 3*( r1 + r2 )*vbe } / { r1*r2/ β/( 1 + β )^2 + re*( r1 + r2 )*( 1 + β )/n/β } --- [1] vccは電源電圧 [v]、vbeはベース-コレクタ間電圧で0.6~0.7vです。βはトランジスタの電流増幅率で、2sc1815の場合はランク(o,y,gr,bl)と電流によって異なりますが、100~500くらいになります(添付のデータシートの「hパラメーターic」のグラフのhfeと書かれた4本の直線が各ランクの電流増幅率になります)。n は駆動用トランジスタの数で、図では n = 10 としています。 nを 減らすとトランジスタ1個あたりの電流が増えるので、データシート「hfe-ic」のグラフから分かるように、電流増幅率が下がり、またトランジスタの発熱も大きくなります(コレクターエミッタ間電圧[v]×コレクタ電流[ma]は400を越えてはいけない)。βが大きい場合、式 [1] は簡単になって i ~ n*r2*vcc/ { re*( r1 + r2 ) } ---- [2] となります。したがって、r2 = r1 / { n*vcc/ ( re*i ) - 1 } re = 10ω、vcc = 6v 、n = 10 、i (モータ電流)を 500 ma としたとき、r2 = 9.09 kωとなります(100 kωと 10 kωを並列接続すればちょうど 9.09 kω)。あるいは、r2 を10 kωのボリューム(可変抵抗) にすれば、手動で電流を変えられるようにもできます。 エミッタ抵抗 re の発熱量は1個あたり最大で( i / n )^2*re = 0.025w ですので、普通の 1/4w タイプで大丈夫です(reが大きいと発熱量が増えるし、電源電圧も大きくしなければならないので10ω程度がいい)。reの両端の電圧 ve を調べてればそこに流れる電流は i [ma] = ve [mv] / 10 となりますので、10ωというキリのいい抵抗を使えば電流チェックも楽になります。モータ電流を 500m a としたとき、各reには i = 50 ma の電流が流れるので ve = 500 mv となります。そのとき、tr3~tr12のベース電圧 vb は、vb = ve + vbe = 1.1~1.2v になります。tr3~tr12のコレクタ電圧はこれより約 1 v 以上高くないとトランジスタがちゃんと動作しないので、モータの最大電圧が 3.5v のとき、電源電圧は 3.5v + 1v = 4.5v 以上にしなければなりません。なお、この回路は、式 [2] から分かるように、電源電圧 vcc が変動すると、それに比例して電流値も変わってしまいます。 結局、モータ駆動電流を 500 ma、立ち上がり時間を 1秒、電源電圧を 6v としたとき、r1 = 100 kω、r2 = 9.09 kω、c1 = 10μf、re = 10 ω となります。 乾電池駆動で 500ma も流すと長時間もたない思いますが、実際には 500 ma も流さないのでしょう。 【2sc1815データシート】 http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/datasheet/ja/transistor/2sc1815(l)_ja_datasheet_020129.pdf