NJM3771 2チャンネルステッピングモータドライバ ■ 概要 ■ 外形 NJM3771は、スイッチモード付き２相ステッピングモータ ドライバで、NJU39610とペアで使用し、わずかな外付け部品 にてマイクロステッピングモータシステムを構成できます。 NJM3771は、発振回路、切換え制御コンパレータとフリップ フロップ、および保護ダイオードを含むHブリッジから構成さ れます。電源は、ロジック用の+5Vと、モータ用の+10∼+45V で最大出力電流は、１チャンネル当たり最大650mAまで可能 NJM3771D2 です。 NJM3771E3 ■ 特徴 NJM3771FM2 ●デュアルチョッパドライバ内蔵 ●最大出力電流 650mA/ch ●高速マイクロステッピング用電流補正 ●デュアルDAC NJU39610に最適 ●外形 DIP22/EMP24（Batwing）/PLCC28 ■ ブロック図 Phase 1 CD 1 V R1 E1 C1 NJM 3771 – V VCC CC + R S Q M A1 + M B1 Logic – V MM1 + V MM2 – M B2 – M A2 Logic + RC + – Phase 2 図1 ブロック図 CD2 V R2 C2 S R GND Q E2 NJM3771 ■ 端子配列 19 GND 18 GND 6 GND Phase 1 7 17 Phase2 CD1 9 16 CD2 VR1 10 15 VR2 C1 11 14 C2 Vcc 12 13 RC NJM 3771D2 17 GND 16 Phase 2 CD1 8 15 CD2 VR1 9 14 VR2 C 1 10 VCC 11 MA2 GND GND GND GND Phase 2 CD 2 4 3 2 1 28 27 26 V MM2 5 25 VR2 E2 6 24 C2 M B2 7 23 RC 22 VCC 21 C1 E1 10 20 VR1 VMM1 11 19 CD1 M B1 8 GND 9 13 C 2 NJM 3771FM2 12 RC Phase1 18 18 GND GND 17 19 MA2 GND 16 Phase1 8 MA1 4 GND 5 GND 15 GND 7 20 MA2 GND 14 GND 6 NJM 3771E3 20 V MM2 MA1 12 21 VMM2 VMM1 4 21 E 2 V MM1 3 22 E2 E1 3 22 MB2 E1 2 23 MB2 MB1 2 MA1 5 MB1 1 24 NC GND 13 NC 1 図2 端子配列 ■ 端子説明 図2を参照してください。 EMP DIP PLCC 記号 説明 2 3 1 2 8 10 MB1 E1 モータ出力B、チャンネル1。モータ電流はフェーズ1がHレベルのときMA1からMB1に流れます。 4 3 11 VMM1 モータ電源電圧、チャンネル1、10∼40V。VMM1とVMM2を接続する必要があります。 4 5,6, 17,18 7 12 1-3,9, 13-17,28 18 MA1 GND モータ出力A、チャンネル1。モータ電流はフェーズ1がHレベルのときMA1からMB1に流れます。 Phase1 MA1およびMB1出力のモータ電流の方向を制御します。モータ電流はフェーズ1がHレベルのときMA1からMB1に流れ 9 8 19 CD1 電流減衰制御、チャンネル1。この入力がHレベルのとき低速電流減衰、Lレベルのとき高速電流減衰になります。 「機能説明」を参照してください。 10 9 20 VR1 基準電圧、チャンネル1。コンパレータのスレッシュホールド電圧を介して出力電流を制御します。入力抵抗は標準値 で2.5kΩ±20％です。 11 10 21 C1 コンパレータ入力電圧、チャンネル1。RCネットワークでフィルタされた、検出抵抗両端の瞬間電圧を検出します。 12 13 11 12 22 23 VCC RC ロジック電圧供給、標準値+5V。 14 13 24 C2 コンパレータ入力電圧、チャンネル2。RCネットワークでフィルタされた、検出抵抗両端の瞬間電圧 15 14 25 VR2 16 15 26 CD2 17 16 27 Phase2 20 21 19 20 4 5 MA2 VMM2 モータ出力A、チャンネル2。モータ電流はフェーズ2がHレベルのときMA2からMB2に流れます。 22 23 21 22 6 7 E2 MB2 共通エミッタ、チャンネル2。検出抵抗Rsを接地に接続します。 5 6,7, 18,19 8 共通エミッタ、チャンネル1。検出抵抗Rsを接地に接続します。 接地と負の電源。注意：これらのピンは、ヒートシンクとして使用されます。効果的なヒートシンキングのた め、すべての接地ピンが、適切な広い銅配線接地板に半田付けされていることを確認してください。 ます。 コンパレータのスレッシュホールド電圧は、（0.450/2.5）・VR1、すなわちVR1=2.5Vで450mVです。 クロック発振器RCピン。15kΩの抵抗をVCCに、3300pFコンデンサを接地に接続すると、標準スイッチング周波 数26.5kHzが得られます を検出します。コンパレータのスレッシュホールド電圧は、（0.450/2.5）・VR1、すなわちVR1=2.5Vで450mVです。 基準電圧、チャンネル2。コンパレータのスレッシュホールド電圧を介して出力電流を制御します。入力抵抗は標準値 で2.5kΩ±20％です。 電流減衰制御、チャンネル2。Hレベルのとき低速電流減衰、Lレベルのとき高速電流減衰になります。 「機能説明」を参照してください。 MA2およびMB2出力のモータ電流の方向を制御します。モータ電流はフェーズ2がHレベルのときMA2からMB2に流れ ます。 モータ電源電圧、チャンネル2、10∼40V。VMM1とVMM2を接続する必要があります。 モータ出力B、チャンネル2。モータ電流はフェーズ2がHレベルのときMA2からMB2に流れます。 NJM3771 ■ 機能説明 最大650mAの連続電流を駆動できる4つのトランジスタからなるHブリッジ、出力トランジスタを制御するロジッ ク部、R-Sフリップフロップ、コンパレータから構成されます。クロック発振器は両方のチャンネルに共通です。 定電流制御は、巻線への電流をスイッチングすることで行われます。これは、モータ巻線と直列に接続された抵 抗Rsの両端の（ピーク）電圧を検出し、その電圧をコンパレータにフィードバックすることで行われます。モータ 電流が基準入力VRでの電圧で決定されるスレッシュホールド・レベルに達すると、コンパレータはフリップフロッ プをリセットします。これによって、出力トランジスタがオフになります。電流は、クロック発振器がフリップフ ロップをトリガするまで低下します。これによって出力トランジスタが再びオンになり、このサイクルが繰り返さ れます。 スイッチングサイクルのターンオフ部の電流減衰率は、CD入力によって高速または低速が選択できます。 低速電流減衰モードでは、Hブリッジの下側トランジスタの1つ（負の電源に最も近いもの）のみがオン/オフさ れ、上側トランジスタの1つは常にオンになります。ターンオフ中は、電流は上側トランジスタ（どのトランジス タかは電流の方向による）、およびVMMに接続されたフリーホイール・ダイオードを通って環流します。図3を参照 してください。 高速電流減衰モードでは、上側および下側の両方のトランジスタがスイッチングされます。ターンオフ中は、フ リーホイール電流は電源電圧へ巻線内から急速にエネルギーが放出されます。 高速電流減衰は、モータ電流の急速な変化が必要なハーフステッピングおよびマイクロステッピングの用途で必 要になります。しかし、低速電流減衰では、電流リップルが低減します。鉄損とスイッチングノイズを最小にする ため、できるだけ低速電流減衰を選択してください。 2 1 3 Rs Motor Current 1 2 FAST Current Decay 3 Time SLOW Current Decay 図3 出力部と、ターンオン時、ターンオフ時、 およびフェーズ推移時の電流経路 NJM3771 ■ 絶対最大定格 絶対最大定格 (Ta=+25℃) 項目 電圧 ロジック部電源電圧 モーター電源電圧 ロジック入力 コンパレータ入力電圧 基準入力電圧 電流 モーター出力電流 ロジック入力電流 アナログ入力電流 発振器充電電流 温度 動作温度 (接合部) 保存温度 ピン番号 (DIP package) 記号 最小 最大 単位 11 3,20 7,8,15,16 10,13 9,14 VCC VMM VI VC VR 0 0 -0.3 -0.3 -0.3 7 45 6 VCC 7.5 V V V V V 1,4,19,22 7,8,15,16 10,13 12 IM II IA IRC -700 -10 -10 - +700 5 mA mA mA mA Tj Tstg -40 -55 +150 +150 ℃ ℃ 最小 4.75 10 -650 -20 2 標準 5 15 最大 5.25 40 650 +125 2 2 20 単位 V V mA ℃ μs μs kΩ ■ 推奨動作条件 項目 ロジック部電源電圧 モーター電源電圧 モーター出力電流 *** 動作温度 (接合部) **** ライズタイム (ロジック入力) ロジックフォールタイム 発振器タイミング抵抗 記号 VCC VMM IM Tj tr tf RT *** モーターの最大出力電流はドライブモードによって異なります。 マイクロステッピングモードでサイン/コサイン波のドライブの場合はI1 = 650 ･ cos(q) , I2 = 650 ･ sin(q) mAとなり、そ れ以外の場合は両チャンネルオン時の電流は各500 mAが最大になります。 **** 動作温度の項を参照下さい。 Phase 1 7 CD 1 V R1 C1 E1 8 10 2 9 | V MA – V MB | NJM 3771 – V VCC I CC CC 11 + R S Q 4 + Logic – M B1 3 V MM1 20 V MM2 22 M B2 19 M A2 t off t on M A1 1 50 % 15 kΩ + RT – – Logic + I RC RC 12 + – S R I MM t IM I OL VE td Q V CH 3 300 pF VCC CT 16 Phase 2 II I IH 15 14 13 CD2 V R2 I IL C2 VIL 21 E2 IC IA IA VI VIH 5, 6, 17, 18 GND t 1 kΩ VA VCH VR VC RC VM VMA 820 pF CC 図4 記号の定義 VE V MM 1 fs = t + t on off RS 図5 用語の定義 ton D= ton + t off NJM3771 ■ 電気的特性 電気的特性 (Tj=+25℃, VCC=5V, VMM=41V) 項目 記号 条件 最小 標準 最大 単位 - 38 50 mA - 1.4 1.6 W - 1.6 1.8 W - 1.0 1.5 μs 2.0 - - V 全体 消費電流 ICC 許容損失 PD VMM=40V,IM1=450mA,IM2=0mA Note2,3 PD VMM=40V,IM1=IM2=318mA Note2,3 ターンオフ遅延時間 td dVC/dt=50mV/μs Note3 ロジック入力部 Hレベル入力電圧 VIH Lレベル入力電圧 VIL - - 0.6 V Hレベル入力電流 IIH VI=2.4V - - 20 μA Lレベル入力電流 IIL VI=0.4V -0.4 - - mA - 5 - kΩ 基準入力部 基準入力抵抗 基準入力電流 基準入力ターンオフ電圧 RR IR VR=2.5V VTO - 0.5 1.0 mA 20 29 38 mV 430 450 470 mV コンパレータ入力部 スレッシュホールド値電圧 ｜VCH!- VCH2｜チャンネル間ミスマッチ値 入力電流 VCH VCH diff RC=1kΩ VR=2.5V RC=1kΩ IC - 1 - mV -10 - 1 μA - 1.0 1.2 V モーター出力部 下側トランジスタ飽和電圧 IM=500mA 下側トランジスタリーク電流 VE=VR=0V,VC=VCC - - 300 μA 下側ダイオード順方向電圧降下 IM=500mA - 1.1 1.25 V 上側トランジスタ飽和電圧 IM=500mA - 1.2 1.35 V 上側トランジスタリーク電流 VE=VR=0V,VC=VCC 300 μA 上側ダイオード順方向電圧降下 IM=500mA - 1.0 1.25 V 25.0 26.5 28.0 kHz 標準 11 40 9 35 13 42 最大 - 単位 ℃/W ℃/W ℃/W ℃/W ℃/W ℃/W チョッパー発振器部 発振周波数 fs CT=3300pF RT=15kΩ ■ 熱特性 項目 熱抵抗 記号 RthJ-GND RthJ-A RthJ-GND RthJ-A RthJ-GND RthJ-A 条件 DIP package. DIP package. Note2. PLCC package. PLCC package. Note2. EMP package EMP package. Note2. 最小 - Note 1. すべての電圧は接地に対してのものです。電流は、指定された端子に流れ込む場合は正、流れ出す場合は負になります。 2. すべての接地ピンは20cm2のPCB銅配線領域に半田付けされていて、自然対流状態です。 3. 記載値については参考値であり、保証値ではありません。 4. スイッチング周波数 fs=26.5kHz, ONデューティー比 D=30% NJM3771 ■ 応用例 電流制御 モータ巻線への出力電流は、主に基準入力での電圧と、検出抵抗RSの値によって決定されます。 発振周波数、巻線インダクタンス、および電源電圧も電流に影響しますが、その影響は非常に小さなものです。 高速電流減衰の設定では、低速電流減衰よりも多少低い（平均）電流が発生します。検出抵抗RS（およびモータ巻 線）を通るピーク電流は、次のように表現できます。 IM, =0.18・(V / R ) [A] peak R S 検出抵抗RSに推奨値1Ωを使用すると、2.5V基準電圧は約450mAとなります。VR入力での耐ノイズ性を向上させ るため、制御範囲を5Vまで増大できます。ただし、RSをそれに応じて2Ωに変更してください。 V MM V CC (+5 V) + 0.1 µF 0.1 µF 11 V 7 8 9 16 3 V CC 20 V MM1 MM2 Phase 1 CD1 V R1 MA1 4 MB1 1 NJM 3771 19 MA2 Phase 2 15 CD 2 14 12 +5 V 15 kΩ 22 MB2 V R2 RC GND C1 5, 6, 17, 18 E1 3 300 pF C2 2 10 21 13 1 kΩ 820 pF 820 pF 1.0 Ω STEPPER MOTOR E2 1 kΩ GND (V CC ) 10 µF Pin numbers refer to DIP package. 1.0 Ω RS RS GND (V MM ) 図6 NJM3771を使用したステッピング・モータドライバ応用回路例 V MM V CC (+5 V) + 0.1 µF 0.1 µF 11 5 14 V V DD D0 Sign1 CD1 7 To P +2.5V 15 16 6 17 22 1 D7 NJU 39610 A0 A1 WR CS RESET V Ref DA1 Sign2 CD2 V SS DA2 3 7 4 8 2 9 20 16 19 15 21 14 MM2 CD1 V R1 MA1 4 MB1 1 NJM 3771 MA2 Phase 2 CD 2 V R2 RC GND +5 V 15 kΩ 3 300 pF GND (V CC ) 20 V MM1 Phase 1 12 18 3 V CC 5, 6, 17, 18 MB2 C1 E1 2 10 C2 22 STEPPER MOTOR 21 13 1 kΩ 820 pF 820 pF RS 19 E2 1 kΩ 1.0 Ω 10 µF 1.0 Ω Pin numbers refer to DIP package. RS 図7 NJU39610とNJM3771を使用したマイクロステッピング応用回路例 GND (V MM ) NJM3771 外部構成要素 過渡電流による誤動作を防ぐため、検出抵抗両端の電圧は、ローパスフィルタ部経由でコンパレータにフィード バックされます。 推奨値1kΩと820pFは、多くのモータと動作条件に適しています。 ロー・パス・フィルタの作用によってコンパレータへの信号に小さな遅延が発生するため、検出抵抗両端のピー ク電圧、およびピーク・モータ電流は、基準電圧によって定義されるスレッシュホールドVC （VC=450mV@VR=2.5V）より多少高いレベルに到達します。 したがって、特に使用する電源電圧が低い（12V）場合は、遅延を最小化し、低電流性能を最適化するため、 ロー・パス・フィルタの時間定数を低減してください。時間定数を増大させると、スイッチングが不安定になるこ とがあります。 クロック発振器の周波数は、ピンRCのR -C で設定されます。推奨される値では、クロック周波数26.5kHzが得 T T られます。これより低い周波数では、電流リップルが高まり、モータから可聴音のノイズが発生することがありま す。周波数を高めると、スイッチング損失が増大し、さらにモータの鉄損が増大することがあります。 検出抵抗RSは、モータ電流の最大値に合わせて選択してください。ピーク・モータ電流、基準電圧、およびRS の値の関係は、上記の「電流制御」で説明しています。チャンネル当たり650mA（または両方のチャンネルが完 全にオンの場合はチャンネル当たり500mA、「推奨動作条件」参照）の最大定格を超過しないように注意してく ださい。 モータ選択 NJM3771は、バイポーラ・モータ（1相当たり巻線が1つだけのモータ）用に設計されています。中間接点付き 巻線をもつユニポーラ・モータも使用できます。図8を参照してください。 NJM3771の発振原理は、一定の周波数と可変のデューティー比に基づいています。この方法では、モータ選択 に一定の制限が加えられます。発振周波数のデューティー比が約50％を超えると、不安定な発振が発生すること があります。これを避けるには、巻線抵抗が低いモータを選択する必要があります。巻線抵抗が低いとインダクタ ンスが低くなり、したがって高いステッピング率が可能になります。しかし、同時にトルク性能が低減してしまい ます。そのため、トレードオフする必要がでてきます。 巻線抵抗ができるだけ低く、かつ必要なトルクを得られるモータを選択してください。また、最大推奨電圧40Vを 超えない範囲で、できるだけ高い電源電圧を使用してください。最大電流で発振周波数のデューティー比が50％ を超えないことを確認してください。 NJM3771は調節された一定の出力電流を生み出すため、実際の電源電圧と同じ電圧で定格されたモータを使用 する必要はありません。考慮する必要があるのは定格電流のみです。NJM3771と共に使用できる標準的なモータ の定格電圧は5Vから12Vであり、電源電圧は通常24Vから40Vの範囲になります Best for high speed NJM3771 図8. ユニポーラ型モータの結線例 Best for high torque NJM3771 NJM3771 概要 フェーズ入力部 フェーズ入力部でのHレベル入力電圧では、ピンMAからピンMBに正の電流が流れます。Lレベル入力電圧では、 反対の方向に電流が流れます。 低速 / 高速電流減衰 CD入力でのHレベル入力電圧では低速電流減衰になり、Lレベル入力電圧では高速電流減衰になります。 ヒートシンク 中央にあるGNDピンを20cm2の銅領域(約1.8インチx1.8インチ、銅箔の厚さ＝35μm)に半田付けすることで、両 チャンネルの動作状態で、最大+70℃の周囲温度、最大320mAの出力電流で動作可能です。これ以上の電流が必要 な場合は、図9と14を参照して必要な銅配線領域を決定してください。 サーマルシャットダウン この回路は、チップ温度が約160℃以上になると出力電流を遮断させるサーマル・シャットダウン機能を装備し ています。 Thermal resistance [°C/W] 80 70 22-pin DIP 60 50 24-pin EMP 40 30 20 5 10 15 20 25 30 35 PCB copper foil area [cm 2 ] PLCC package DIP package 図9. ヒートシンクとして使用されるPCB上の銅配線領域、およびレイアウト特性例 28-pin PLCC NJM3771 ■ 電気的特性例 Vd (V) VCE Sat (V) Vd (V) 1.2 1.0 Tj = 25°C Tj = 25°C 1.0 .8 1.0 .8 Tj = 25°C Tj = 125°C .6 .8 .4 .6 .2 .4 00 .2 .10 .20 .30 .40 .50 .60 Tj = 125°C VCE Sat (V) 1.0 .4 .2 0 .10 .20 .30 .40 .50 00 .60 .10 .20 .30 .40 .50 .60 I M (A) I M (A) IM (A) 図10 上側ダイオード電圧降下 vs.フライホイール(Di)電流特性例 Tj = 125°C .6 図12 下側ダイオード電圧降下vs. フライホイール(Di)電流特性例 図11 ソース飽和電圧vs.出力電流 特性例 PD (W) Tj = 25°C 3.0 VMM = 36V .8 Tj = 125°C .6 2.0 VMM = 14V .4 1.0 .2 0 .10 .20 .30 .40 .50 .60 I M (A) 図13 シンク飽和電圧vs.出力電流 特性例 0 0 .10 Max allow power dis .20 .30 .40 .50 .60 I M (A) 図14 消費電力vs.モータ電流特性例 (両方のチャンネル動作時 Ta = 25℃.) このデータブックの掲載内容の正確さには 万全を期しておりますが、掲載内容について 何らかの法的な保証を行うものではありませ ん。とくに応用回路については、製品の代表 的な応用例を説明するためのものです。ま た、工業所有権その他の権利の実施権の許諾 を伴うものではなく、第三者の権利を侵害し ないことを保証するものでもありません。