M.Kimparaモータドライバを設計するとき、どの象限を制御対象にするかで、だいたいの回路形式が決まります。ここでは、それぞれの象限に対応する代表的な回路形式を示します。ここでは、PWMなどパルスドライブをする回路を対象にします。パワーオペアンプなどでアナログ駆動する場合、ハーフブリッジだと2象限制御に、フルブリッジだと4象限制御になります。制御中のモータの端子間の電圧と、巻き線に流れている電流を、縦軸と横軸にとって、直交グラフにし、電圧、電流が取りうる範囲を塗りつぶします。(ここでは、電圧を縦軸、電流を横軸に取ります。)このとき、モータドライバの形式によって、塗りつぶされる部分が変わってきます。第1象限のみ塗りつぶされるものが1象限制御のドライバ、2つの象限が塗りつぶされるのが2象限制御のドライバ、4つの象限すべてが塗りつぶされるのが4象限制御のドライバです。(2象限制御は、2種類あるのでそれぞれの場合について後々説明します。)直交グラフ上で4つある象限は、それぞれモータの動きを表しています。逆転、制動(しようとする)ここより、必要とされるモータの動きにあわせてドライバを選定します。top1象限制御のドライバ正転、加速のみ(第1象限)の出力をするドライバです。スイッチング素子が1個でよいので簡単ですが、制動は回転系の機械抵抗に頼ることになります。無負荷回転数が比例しない場合が多いので、フィードバック制御は難しくなります。ここに回路図を入れる!回路は、スイッチング素子でONし、OFF期間はフライホイールダイオードに電流が流れるタイプになります。両方が使えますが、電流連続モードの場合はフライホイールダイオードに流れる電流量が多くなるので、電流が3〜4Aを越える場合は熱的に厳しくなる場合があります。top2象限制御のドライバ(制動)正転方向の加速、制動(第1象限、第2象限)の出力ができるタイプです。(たぶん)ふつう2象限制御という場合は、このタイプのことを指します。ハードウェアとしては、トーテムポール(プッシュプル、ハーフブリッジ)をとりますが、信号の加え方で動きが変わります。模式図を入れる加速と制動を別信号で加える場合この場合、1象限制御のドライバに、モータを短絡する制動用のスイッチが追加されていると見なすことができます。明示的に加減速を指令したい場合に使います。比例する平均出力電圧に無負荷回転をあわせようと、加速/減速します。フィードバック制御をする場合はこちらの方が制御しやすいです。しなければいけません。top2象限制御のドライバ(逆転)1象限制御ドライバの出力部にリレーなどを使った正逆転切り替え回路を追加した場合です。(第1象限、第3象限が制御対象になります。)工業的にはあまり使われていないと思われますが、ロボコン界/アマチュアレベルではハードウェアが簡単になるため結構使われています。特性が正転方向と逆転方向に延びているの考えてOKです。4象限全領域で使えるドライバです。工業用に売られているドライバはほとんどこの形式です。(じゃなきゃ製品として使えませんもんね)。回路の形式としては、フルブリッジと、2象限制御ドライバ+リレーでの正逆転が考えられますが、後者はまったく実用価値がないので、フルブリッジを使います。形式をとるかで、制御性及び回路設計が変わってきます。いうモータドライバICのデータシートから引用しました。上段のスイッチを回転方向を決めるのに使い、下段のスイッチでPWMにする形式です。ブレーキは、上段を両側OFFにして、下段の両側を同時にONする事で端子間を短絡させて行います。4つの象限のどこを使うかを明示的に指定することが特徴です。よって、可動フェーズが明確に分かれている場合に有効です。最低2本(PWM/回転方向)、ブレーキのコントロールも入れると、3本の信号が必要になりますし、ドライバレベルでは制御に応じて4つのスイッチング素子を独立して制御する必要があります。形式1本のPWM信号のH/Lで、ブリッジを常に正転/逆転させる形式です。指令値とモータの状態によって、4つの象限の間を境目無しに行き来することが特徴です。フィードバック制御をかける場合、この制御を使っていると、パルスドライバでもDCモータの基本制御式(無負荷回転は電圧に比例し、トルクは電流に比例する、ってやつ)が使えます。しないと、モータが振動したり、無負荷でも大きな電流が流れて発熱したりします。