定電流ドライブICを選定する際に知っておくべき仕様の一つ「Decayコントロール」について説明します。
1. ステッピングモーターの定電流制御とコイル電流の減衰(Decay)
コイルは流れている電流の変化を妨げようとする性質を持っています。
ステッピングモーターの巻線もコイルであり、定電流駆動はこの性質を利用しています。
2. 定電流制御のやり方
多くの定電流ドライバーICの定電流制御は、
(1)電源からコイルに電圧を印加する。
(2)コイル電流が増加し、設定した電流値になったら電源からの供給を止める。
(3)コイルに貯まったエネルギーは通れる経路に電流を転流し消費される。このときコイルに流れる電流は エネルギーが消費するため減衰する。
(4)一定時間毎に(1)(2)(3)フェーズを繰り返して、一定の電流が流れる定電流制御を行う。
と言った動作をします。
3. Decayコントロールとは
前記(3)に、コイルに貯まったエネルギーは通れる経路に電流として流れて消費される。と書きましたが、この通れる経路をコントロールすることにより、電流の減衰の仕方が変化します。
Fast Decay
コイルに貯まったエネルギーは電池の様に起電力を持ち、電源に向かって流れる経路の[図の赤丸の]FETをONすること により、電源を介して転流(回生)します。
このとき電源のインピーダンスは低いため、早く減衰します。 これをFast Decayと言います。
なお、寄生ダイオードに電流が流れると順方向電圧がロスになるためダイオードを使わずにFETをONします。
Slow Decay
次に電源を介さずにコイル自らに転流する経路の[図の緑丸の] FETをONすることにより、コイル自らでエネルギーを消費します。(上側2つのFETをONする場合もある)
このときコイルのインピーダンスは電源に比べ比較的高いため、 ゆっくり減衰します。これをSlow Decayと言います。
4. どういうときにDecayコントロールを使うのか
この様な時にFast Decayを使用すれば逆起電力を電源で吸収するため無効な電流が流れることを抑制することができます。
この様にDecay Controlを行うことにより、理想とする制御電流に近づけられる場合があります。
Decay Controlの要／不要の判断には電流波形を確認する必要があるため、多少ハードルが高い感もありますが、自動でDecay Controlを行ってくれるICもあり、装置の細かな応答調整には有効な機能になってきています。