ハーフステップの技法 この章では、ステッピングモータドライバICを使用してハーフステップに必要な信号を生成するための回路、プ ログラミング、および理論的背景について説明します。 回転磁界 ステッピングモータが駆動する基本原理は、回転子が位置合わせするよう回転磁界を発生させることです。回転 磁界は、２つの相巻線の電流によって、固定子内で発生します（図１参照）。図２で磁界の方向と大きさをベクト ル図で説明します。２次元のベクトルを作成するには、Ｘ座標軸とＹ座標軸の少なくとも２つの座標を制御する必 要があります。以下では、Ｘ軸とＹ軸を固定子軸とも呼びます。図１の２つの巻線は、２つの固定子軸と一直線に 並んだ磁束を発生します。２つの巻線間の電流比率によって、全磁界ベクトルが得られます。このベクトルの長さ は、加算された磁束振幅を表しています。これらのベクトルを図１と図２で示します。軸（座標軸）でのトルク は、磁界に比例します。 図１より、Ａ相とＢ相が励磁されると、回転子は位置１から位置３、５、７の方向にステップ移動します。この 方向は、２つの巻線内の電流の方向によって制御される磁束の方向に依存します。このドライブは２相励磁ドライ ブと呼ばれます。一度に１つの固定子巻線のみ励磁される場合は、回転子は位置２から位置４、６、８の方向にス テップ移動します。このモードは１相励磁ドライブと呼ばれます。この２つのモードでフルステップによる移動が 実現できますが、そのステップ位置は１／２ステップずれています。 ハーフステップ ２つのドライブモードが組み合わされ、巻線に正しいシーケンスが入力されると、回転子を１、２、３、４など すべての位置で位置合わせすることができます。これは「ハーフステップモード」と呼ばれます。図３に電流のタ イムチャートを示しますが、ここには磁束の方向と同様に、入力信号と電流方向が含まれています。最初の部分 は、モータが位置１から３、５、７にステップする２相励磁ドライブを示しています。図の二番目の部分では、 ハーフステップのシーケンスが巻線に入力されています。 Y N ΦA 8 7 1 8 S Phase A IA S6 Rotor 2 “Two phase on” at 100% current level N “One phase on” at 100% current level 1 7 N 5 3 4 2 6 S X Stator A ΦB Stator B 5 IB 4 Phase B 図1 二相ステッピングモータ 3 “One phase on” at 140% current level 図2 磁界の方向と振幅 Phase 1 Dis Phase 2 Dis I MA1 I MA 2 Pos 1 3 5 7 Φ1 Φ2 Full step mode 1 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 0 0 0 0 0 0 0 Half step mode (Two phase on drive ) 図3 図1の様々な回転子位置での入力信号、出力電流、および磁界方向 ハーフステップドライブは、フルステップドライブと比較して、いくつかの長所があります。 ・分解能が高い。すなわちステップ数の多い高価なモータを使用する必要がない。 ・共振現象の問題が少ない。共振は１か所以上の速度域での急激なトルク低下として発生します。 ハーフステップでは通常、これらの共振問題が打開できます。 ハーフステップの短所は、トルク変動が大きいことです。この理由は、１相励磁位置でのトルクが２相励磁位置 のトルクの約７０％になるからです。この変動によって、振動や機械的ノイズが発生することがありますが、これ はフルステップドライブモードの場合よりも少なくなります。 修正ハーフステップ（一定トルクモード） このトルク変動の問題の対処として、1相励磁位置でトルクを増大させ、すべての位置でトルクを一定にする方 法があります。この方法では、電流レベルをハーフステップ位置（図１と２の位置２、４、６、８）で標準的な2 相励磁電流の約１４０％まで増大させます。 これは、ＲｓおよびＶｒｅｆの値を変更することで行えます。２相励磁位置での電流は、Ｖｒｅｆを変化させる ことで低減します。ＮＪＭ３７１７とＮＪＭ３７７０Ａには、Ｉ０、Ｉ１ロジック入力によって、ＩＣ内部で電流 レベルを設定する機能があります。この入力で、出力電流を最大値の１００％、６０％、２０％、および０％に設 定できます。１４０％の電流レベルは、理論的数値であることに注意してください。アプリケーションで非常に正 確なトルクと円滑なドライブが両方とも必要となる場合は、使用するモータのタイプとステップレートによって、 フルステップ位置とハーフステップ位置との相対的な電流レベルを調節する必要がある場合があります。 ハーフステップごとに電流が増加すると、トルクだけでなく全消費電力は、フルステップノードの１００％電流 と同じレベルの一定値に保たれます。駆動回路の最大電流やＰＤを増加させないと、電流を１４０％に増加させる ことがいつも可能とは限りません。 しかしながら、ＮＪＭ３７７５など、当社のデュアルチャンネルドライバを使用すれば、この問題はありませ ん。ドライバの性能はパッケージの許容消費電力対周囲温度特性によって制限されています。両方のチャンネルが オンのとき、一定の電力が消費されます。また、チャンネルの一方がオフになると、消費電力は５０％低減しま す。したがって、もう一方のチャンネルは、より多くの電力を消費できるようになるため、より多くの電流を駆動 できます。 シングルドライバは、1相励磁位置で必要な最高電流レベル、すなわち１４０％電流レベルに合わせて選択でき ます。これは、パッケージの許容損失が同じでないためです。 電流減衰 1相励磁位置に入るときの電流の動きを考慮することは非常に重要です。特にハーフステップドライブを使用す るときに当てはまります。回転子を強制的に1相励磁位置にするには、励磁されていない巻線を通る電流を、でき るだけ迅速にゼロにする必要があります。多くの場合、高速電流減衰によって、振動と共振が減少します。しか し、得られる性能は用途に大きく依存します（機械的減衰、回転子位置と磁界との遅れなど）。高速電流減衰は、 入力相信号に対する磁界制御の追従性を改善します。 ここで言う電流減衰とは、定電流スイッチング期間での電流減衰ではなく、相の切替後に巻線が完全に消磁に至 る時に起こる電流の変化を指します。一般に電流減衰時間は、巻線が蓄積された磁気エネルギーを放出する電圧に 依存します。残りの電流を強制的に電源（その用途で最も高い電圧）に流すことで、最も高速な電流減衰が得られ ます。 Slow current decay Fast current decay I MA1 t I MA2 t Increasing step rate 図4 モータ電流対増加ステップ率の対する高速および低速電流減衰の影響 図３にモータ電流の理想化された図を示します。より現実的な図を図４で示します。高いパルスレートで電流減 衰が低速な場合は、モータ電流が1相励磁位置でゼロに到達しないことがわかります。その代わりモータ電流は平 滑化され、正弦波に近づきます。ただしそのため、高速ではトルクの損失が大きくなります。 Ｈブリッジ装置では、電流減衰は適切なシーケンスでトランジスタをオンまたはオフにすることで制御できま す。図５では、巻線に電流を流すとき、経路１がオンになります。トランジスタＱ１とＱ４は導通し、Ｑ２とＱ３ はオフになっています。２つの方法で出力をオフにできますが、その結果は異なります。 Ｑ４のみをオフにすると、電流は強制的に経路２を流れます。電流はダイオード１個の順方向電圧にクランプさ れるため、低速電流減衰となります。蓄積された磁気エネルギーの大部分は、モータ巻線の抵抗で消費されます。 この切り替え方法は、定電流切り替えで通常使用されます。（これは２象限ドライブと呼ばれます。） もう１つの方法として、Ｑ１とＱ４の両方をオフにすることもできます。すなわち、４つすべてのトランジスタ がオフになります。このとき、電流が電源電圧に逆らって強制的に２個のダイオードを通じてモータ電源に流れる ことになります（図５の経路３）。この場合は高速電流減衰になります。電流が経路３を回生するとき、トランジ スタＱ２とＱ３をオンにしても、回生電流にはほとんど影響しません。しかし電流をゼロにすると、電流は反対の 方向に流れ始めます。したがって、完全なフェーズ推移が発生します（これは４象限ドライブとも呼ばれます）。 注意： 修正ハーフステップモードでは、高速電流減衰は７０％レベルからゼロ電流への電流減衰にのみ適用します。１ ００％レベルから７０％レベルの電流減衰は常に低速です。なぜなら、この電流レベルを変更する唯一の方法はＶ ｒｅｆの低下であり、これは電流減衰に影響を与えないためです。 1 3 2 1 + 2 Q1 V MM - Q2 3 Q4 Q3 RS IM 2 1 Phase 3 Phase shift here gives fast current decay NJM3717 I0, I1 Phase shift here gives slow current decay 図5 出力部とターンオン、ターンオフ、およびフェーズ推移時の電流路。 異なる電流路での電流の動き STEP Direction Step mode Control logic Phase1 Phase2 Step generator Disable (optional) Reset (optional) Driver circuit Disable or Vref I0, I1 Controlling Vref circuit Stepper motor 図6 必要な入力および出力制御信号の定義 Phase1 I0 1 I1 1 NJM 3717 µcontroller Phase2 I0 2 I1 2 NJM 3717 Stepper motor Phase1 STEP Direction Step mode Phase2 NJM 3517 Disable Vref Driver circuit Dis 1 Dis2 Stepper motor Phase 1 STEP Direction Stepmode Phase2 TTLgenerator Vref Driver circuit Disable Dis1 Reset Stepper motor Dis 2 Phase1 Logic input Phase2 ASIC Vref Dis1 Driver circuit Dis2 Stepper motor 図7 ステッピングモータドライバ/発生器構成の例 高速電流減衰を得る方法は、ＩＣによって入力信号が異なります。 ・ＮＪＭ３７１７：Ｉ０とＩ１をＨレベルにすることで電流がゼロになり、２つの下側トランジスタＱ３とＱ４が オフになります。高速電流減衰は、フェーズ入力部を同時にシフトし、直前に導通していた上側トランジスタ Ｑ１またはＱ２をオフにすることで可能です（図５参照）。 ・ＮＪＭ３７７０Ａ：Ｉ０＝Ｉ１＝Ｈのとき、４つすべてのトランジスタをオフにします。 ・ＮＪＭ３７７１：ＶＲピンがＬにされるとき、出力トランジスタをオフにします。 ・ＮＪＭ３７７２：適切な相推移によって電流減衰を制御します。ＮＪＭ３７１７を参照してください。 ・ＮＪＭ３７７３／７４／７５：出力の４つすべてのトランジスタをオフにする、独立したＤｉｓ入力ピンがあり ます。 ハーフステップシーケンスの生成 ステップシーケンスは、様々な方法で構成されたステップ信号発生器によって生成されます。いくつかのステッ プ信号発生器の例を示します。この項の目的はシーケンス生成の考え方を示すことであり、完全なリストを示すわ けではありません。 図６は、ステップ信号発生器の入力および出力ピンを定義するブロック図を示します。ステップ信号発生器への 入力信号には、次のものがあります。 ・ＳＴＥＰ：ステップクロック信号。 ・Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ：モータのステップ方向(回転)を制御するロジック入力部。 ・Ｓｔｅｐ Ｍｏｄｅ：フルステップ、ハーフステップ、および修正ハーフステップドライブモードのどれかを 選択するロジック入力。 ステップ信号発生器からの出力信号は、選択されたドライバ回路によって設定されます。Ｐｈａｓｅ１とＰｈ ａｓｅ２は常に必要ですが、残りの信号は使用するドライバとドライブモードによります。 ・Ｖｒｅｆ：基準電圧入力。ドライバ内の電流調整回路と共に、モータ巻線内の電流量をこの端子電圧で設定しま す。Ｖｒｅｆを変化させて修正ハーフステップモードを構成する場合には、制御回路が別に必要です。 ＮＪＭ３７１７やＮＪＭ３７７０Ａなどのドライバには内部設定の電流レベルがあり、ハーフステップや修正 ハーフステップモードで使用できます。このレベルは、ロジック入力Ｉ０とＩ１で制御されます。 ドライバおよび信号発生器の構成例を図７に示します。詳細は後述します。 PhaseA I0 A NJM 3717 I1 A IC2 Phas D D Q 1 _ > Cl Q R µcontroller IC2 Phase B STEP I0 B NJM 3717 I1 B Stepper motor Phase A 1 1 1 1 0 0 0 0 X 1 1 1 X 0 0 0 X 1 1 1 X 0 0 0 Phase B 1 1 0 0 0 0 1 1 11 X 0 0 0 X 1 1 1 X 0 0 0 X 1 I 0A 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 I 1A 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 I 0B 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 I 1B 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 Full step mode D D Q _ > Cl Q R Modified half step mode direction (for example CW) direction (for example CCW) Half step mode X=1 when the bit map is used in X=0 when the bit map is used in 図8 マイクロプロセッサと出力ビットマップによって制御される2つの NJM3717。方向が変化するときのデジタルシーケンスの変化に注意してく ださい。図のX値は、高速電流減衰を生成します。低速電流減衰を得るに は、Xの極性を反転してください。 Reset Phas 2 IC2=7 4HC175 図9 一方向TTLフルステップ 発生器 IC2 =1 IC1 =1 DIR STEP Reset IC1 Phase 1 D D Q _ > Cl Q R IC2 D D Q _ > Cl Q R Phase 2 IC1=74 HC04 IC2=74HC175 図10 二方向TTLフルステップ 発生器 & IC1 =1 IC2 & & & Phase 1 D IC3 IC3 & & Q D _ > Cl Q R IC2 IC1 =1 IC5 IC2 IC5 Q D Phase 2 D _ > Cl Q R IC3 IC1 =1 IC1 =1 STEP IC6 IC3 & & IC4 DIR D Dis1 ___ Dis1 Q D _ > Cl Q R HSM IC6 & IC4 Reset IC1=7 4HC86 IC2=IC3=7 4HC00 Dis 2 ___ Dis 2 D Q D > Cl _ Q R IC4=7 4HC21 IC5=IC6=7 4HC175 図11 二方向TTLフル/ハーフ/修正ハーフステップ発生器 V CC 16 POR RC 12 Mono F-F V SS 15 NJM 3517 13 LA 14 LB STEP DIR HSM 7 6 10 11 INH 9 ØA 8 ØB P PhaseA Logic PB 1 P 2 PB2 B1 5 PA2 4 PA1 3 図12 NJM3517のブロック図 GND ・マイクロコントローラ内のソフトウェアステップシーケンス発生器。 ・標準部品で設計されたＴＴＬステップシーケンス発生器。 ・ＮＪＭ３５１７ユニポーラドライバを使用したステップシーケンス発生器 ・ＡＳＩＣを利用したステップシーケンス発生器。省スペースが必要なアプリケーションで専用回路が作成可能 です。 ハーフステップや修正ハーフステップシーケンス発生器を作成する方法は、経済性、スペース、および既存の ロジック機能を考慮して選択する必要があります。 マイクロコントローラをハーフステップ発生器として使用する マイクロコントローラを使用すると、ハーフステップ制御シーケンスを簡単に生成できます。小規模のマイクロ コントローラの値段は手頃であるため、多くの場合経済的です。ソフトウェアを使用して、簡単に制御信号を変更 できます。 マイクロコントローラを使用するには次のような方法があります。１つは、ドライバ入力部をコントローラの出 力部に接続して（図８参照）、図のようなデジタルシーケンスをコントローラへ送り、データベース経由でドライ バにアクセスする方法です。もう１つは、ラッチを使用するものです。 Ｄ／Ａコンバータを内蔵したマイクロコントローラもあります。このコントローラなら、他の入力と共に、ＶＲ 電圧入力を発生および制御することができます。このため、ハーフステップシーケンスでより正確なトルクを実現 することができます。 Vcc Vcc Vref Vcc V cc Vref Vref Vref 2.7V 3.9V Vcc C B A D Vref Dis 1 Dis 2 Vref _1 > Dis 1 Dis 2 Vcc F E Vcc Vcc + Vref - Dis 1 Dis 1 _1 > Dis 2 Dis 2 G 図13 さまざまな電圧基準回路の例 _ 1 > H Vref フルステップＴＴＬ発生器 フルステップＴＴＬ発生器は簡単に実現できます。図９に基本的な回路を示します。２つのＤフリップフロップ と１つのインバータだけで構成されています。この回路では、ステップ方向を変更できません。実際の回転方向 は、ステッピングモータの１つのコイルへのフェーズ出力部を切り換えることで簡単に変更することができます。 発生器を制御するためにはステップ信号のみが必要であり、モータはＳＴＥＰ端子入力信号の各パルスに対してス テップを行います。 ロジック信号によって回転方向を変更する機能が必要な場合は、図１０の回路を使用します。ここでは、２つの ＴＴＬが必要です。ロジック方向信号の状態によって、モータはいずれかの方向に反転します。 リセット信号はロジック出力部をＬに設定します。 注意：実際のモータ軸位置は、特定の位置にリセットされません。また、巻線は１００％励磁されます。 ハーフステップＴＴＬ発生器 図１１に、フルステップ、ハーフステップ、および修正ハーフステップに制御信号を生成できる拡張したＴＴＬ 発生器を示します。ステップモードやドライバによっては、修正ハーフステップモードを使用するとき、電圧制御 回路などいくつかの追加回路の必要があることがあります。この場合、入力部はＳＴＥＰ、ＤＩＲおよびＨＳＭに なります。 リセットは、フルステップＴＴＬ発生器の場合と同様に、ロジック出力を特定の状態に設定するだけです。電流 を無効化機能は別のロジック回路が必要です。 ＮＪＭ３５１７をハーフステップ発生器として使用する場合 ＮＪＭ３５１７ユニポーラステッピングモータドライバは、ハーフステップ発生器として使用できます（図１２ 参照）。利用できるドライバは、ＮＪＭ３７７０Ａ、３７７３、３７７４、および３７７５です。ＮＪＭ３７１７ の制御には、1相励磁位置に入るとき高速電流減衰しないため、適していません。 ＮＪＭ３７７０Ａには、Ｉ０／Ｉ１入力部に高速電流減衰機能を装備しています。ＮＪＭ３７７３／７４／７５ では、Ｄｉｓピンで出力トランジスタを全オフにすることによって、高速電流減衰が発生します。 ＡＳＩＣ アプリケーションによってＡＳＩＣ（ＰＡＬ、ＰＬＤ、セミカスタムなど）が使用されている場合、そこにス テップ発生器を含めるとよいでしょう。これは非常に経済的な方法です。ステップ発生器は、ＡＳＩＣ上のわずか なスペースで実現できます。 電圧基準制御回路 すでに説明したように、修正ハーフステップ動作では、電流レベルの変更が必要になります。 １相励磁位置では、電流は２相励磁位置よりも約４０％多くする必要があります。言い方を換えると、全電流レ ベルを１４０％まで上昇させ、２相励磁位置では１００％まで低下させることになります。以下ではこの方法につ いて説明します。 全電流レベルを増大するには、それに適合するよう電流検出抵抗値を低下させる必要があります。標準基準電圧 ２．５Ｖのドライバを使用するときは、Ｖｒｅｆを上げてモータ電流を増大させることができます。または、Ｒｓ を下げ、Ｖｒｅｆを上げる組合せも使用できます。このとき、ドライバの最大許容電流を越えないようにしてくだ さい。基準電圧源としてＶｃｃ（５Ｖ）の使用を仮定すると、制御可能な基準電圧の範囲はＶｃｃよりずっと下に なります。 入力基準電圧の範囲は、ドライバＩＣによって異なります。 ＮＪＭ３７１７、３７７０Ａ、３７７５の入力基準電圧の範囲は０∼５Ｖです。しかし、この範囲でＶｃｃを基 準電圧源として使用するのは不可能です。電圧範囲の減少を補償するには、電流検出抵抗をさらに低下させ、電流 レベルを維持する必要があります。 ＮＪＭ３７１７と３７７０Ａを使用するときは、内蔵の６０％電流レベルを使用して、２相励磁位置での電流レ ベルを下げることができます。この場合、Ｖｃｃを直接使用でき、外部の基準電圧回路は必要ありません。 ＮＪＭ３７７１、３７７２、および３７７４では、標準Ｖｒｅｆは２．５Ｖです。これによって、Ｖｃｃから適 切なＶｒｅｆを生成することが容易になっています。これらの回路にはＩ０／Ｉ１入力部がないため、修正ハーフ ステップモードを使用するときは、Ｖｒｅｆ入力によってフルステップ位置での電流を低減する必要があります。 別の種類のＶｒｅｆ制御回路を図１３に示します。 ＮＪＭ３７７３のコンパレータ入力部（ＶＲとＣ）は、高インピーダンスかつ低電流です（通常−０．２μＡ） これによって、適切な分圧器ネットワークの選択で高い柔軟性が得られます。 マイクロコントローラを使用してステップシーケンスを生成するとき、ＤＡＣを使用してＶｒｅｆを設定するの が妥当な方法です。この方法なら、ソフトウェアでＶｒｅｆを簡単に変更できるため、最高の対策といえるでしょ う。 図１３に使用されるドライブモードとドライバ回路に使用できる電圧基準回路を示します。ＡとＢは、２種類の 基準電圧回路です。 Ａ．一般的な抵抗分圧回路。部品は少ないですが、Ｖｃｃの精度と安定性に依存します。３７７３を除くデュアル チャンネルドライバＩＣのＶＲ入力抵抗の誤差は、周囲温度ＴＡ＝２５℃時で約２０％であり、温度に依存しま す。 Ｂ．ツェナーダイオードを使用して電圧基準を設定するものです。Ａと比較すると、ツェナーダイオードによって ＩＣ内部の抵抗値変動の影響が低減されます。しかし、ツェナーダイオードは５Ｖ未満の微妙な値の選定が難しく なります。またツェナーダイオードにはこの電圧範囲で充分なバイアス電流を流して内部抵抗を低減する必要があ ります。 図Ｃ∼Ｈは、修正ハーフステップドライブ用のいくつかの電圧基準制御回路を示しています。このドライブモー ドでは、Ｖｒｅｆ電圧は２つの異なるレベルにシフトする必要があります。 Ｃ．この回路は、ＭＯＳＦＥＴを使用して分圧器と並列の抵抗を切り換えて基準電圧を変化させます。出力部のコ ンデンサによって、ノイズ除去性能を向上させます。 Ｄ．抵抗の代わりにツェナーダイオードを使用することで、内部抵抗の影響を低減させることができます。Ｂと同 様、ツェナーダイオードに注意してください。 Ｅ．ＴＴＬコントローラまたはＮＪＭ３５１７を使用する場合は、この基準回路を使用して電圧を変化させること ができます。入力抵抗の影響を低減するには、分圧器を流れる電流を大きくする必要があります。ゲート出力は必 要な電流をシンクできるようにします。必要なら、２つ以上のゲートを並列に接続して、電流シンク能力を向上さ せます。ゲート出力はオープンドレインまたはオープンコレクタの必要があります。 Ｆ．この回路では、３つのＦＥＴを使用して、ＯＲ機能を形成しています。電圧設定回路は簡単な分圧器です。出 力部のコンデンサによって、ノイズ除去性能が向上しています。 Ｇ．これは、推奨の基準電圧制御回路です。この回路は下側抵抗と並列に抵抗を追加することで２つのレベル間で 切り替えが可能な分圧器です。出力部にバッファが追加されているため、必要な電流は非常に小さくなっていま す。つまり、切り替えデバイスとしてＴＴＬまたはＣＭＯＳゲート（オープンコレクタまたはオープンドレイン） を使用できます。このバッファはオープンエミッタのＮＰＮトランジスタです。このトランジスタのベース−エ ミッタ間電圧の温度依存性を補償するため、分圧器にダイオードが追加されています。 Ｈ．この基準制御回路は、バッファとして演算増幅器を使用しています。電圧設定回路は、切り替え可能な分圧器 です。切り替え用にＮＯＲゲートと共にＭＯＳトランジスタが使用されています。その他の電圧設定回路でも、演 算増幅器をバッファとして使用できます。 ＴＴＬ発生器とＮＪＭ３７１７／３７７０Ａを使用した修正ハーフステップ このアプリケーション（図１５）では、すでに説明したＴＴＬ発生器（図１１参照）を使用して、必要な相信号 を生成しています。２相励磁位置と１相励磁位置との間に相対的な電流レベルを設定するため、内部電流制限機能 が使用されています。この機能は、ドライバのＩ０およびＩ１入力で制御されます。 内部電流制御機能によって、１００％、６０％、２０％、およびオフ（０）の４つのレベルで出力を制御できま す。この回路では、１００％と６０％の電流レベルを使用しています。理想的には、２相励磁位置での電流は１相 励磁位置の電流の約７０％である必要があるため、このレベルは最適ではありませんが、６０％でもたいていの場 合は問題ありません。 リセット信号はフリップフロップを定義された状態に設定します。この状態ではモータ電流はオフになりませ ん。電流をオフにできるようにするため、ＴＴＬ発生器に図１４の回路を追加できます。これは図１５の点線内に 設置してください。 基準電圧は、Ｖｃｃ（５Ｖ）が使用されます。ＮＪＭ３７７０Ａで電流検出抵抗Ｒｓ＝０.５Ωの場合、モータ 電流は約８００ｍＡに設定されます。ＮＪＭ３７１７はＲｓ＝１Ωを使用します。この場合、モータ電流はだいた い４１５ｍＡになります。もちろん、これらの電流レベルは、電力制限内であればアプリケーションに応じて変更 できます。 ＴＴＬ発生器とＮＪＭ３７７４を使用したハーフ／修正ハーフステップ すでに示したＴＴＬコントローラ（図１１参照）は、ＮＪＭ３７７４の制御にも使用できます。 ＮＪＭ３７７４のディセーブル入力（Ｄｉｓ）を使用することで、ハーフステップ機能を簡単に構成できます （図１７参照）。基準電圧の設定のため、２.７V のツェナーダイオードを使用しています。また電流検出用に ０．６８Ωの抵抗を使用しています。この抵抗と基準電圧によって、ピーク電流０．７１Ａが得られます。 修正ハーフステップとするには、基準電圧切り替え回路を追加する必要があります。 基準電圧回路は、入力としてＶｃｃ（５Ｖ）を使用します。２つの電圧レベルを得るため、基準電圧回路の項で 説明した分圧器Ｇが使用されています（図１６参照）。この回路は、分圧器Ｒ１とＲ２を使用して基準電圧を生成 しています。Ｒ２と並列に抵抗Ｒ３を追加することで、電圧を切り替えています。バッファとして使用されたトラ ンジスタは、入力インピーダンスの影響を低減しています。また消費電流を低減するため、比較的高い値の抵抗 （Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）を選択できます。これによって、スイッチとしてオープンドレインまたはオープンコレクタ ＮＡＮＤゲートを使用できます。ダイオードはトランジスタのベース−エミッタ接合部の温度依存性を低減させて います。モータ電流は検出抵抗の値を変更することで簡単に設定できます。 Disable Dis 1 ≥1 Dis 2 ≥1 Dis 1 Dis 2 図14 モータ電流無効化回路。 図15に追加してください。 + +5 V 4.7 µF 6 3, 14 11 1 V V VCC MM 8 MB Phase R 9 NJM3717 I0 15 7 NJM3770A MA I1 T GND Cl Ph 1 DIR Ph 2 2 56kΩ TTLcontroller Dis 1 ___ Dis 1 16 1kΩ RS 820 pF 6 3, 14 11 1 VR VCC V MM 8 Phase MB 9 I0 NJM3717 7 15 I1 MA NJM3770A Dis 2 ___ Dis 2 T GND 2 56 kΩ 820 pF 4, 5 12, 13 +VMM E 10 820 pF HSM Reset 4, 5 12, 13 C STEPPER MOTOR C E 10 16 1kΩ 820 pF RS 図15 TTLコントローラ、および2つのNJM3717または2つのNJM3770Aを使用した応用回路例 + 47 µF コントローラのリセット入力は内部フリップフロップのみをリセットし、モータ電流はオフになりません。モー タ電流をオフにできるようにするには、図１７で示す簡単な回路を図１８に追加する必要があります。この回路 は、２つのＯＲゲートから構成されています。ディセーブル入力がＨレベルになると、ドライバの両方のＤｉｓ入 力部がＨレベルになり、両方の巻線電流がオフになります。 ＮＪＭ３７７０Ａをドライバ、ＮＪＭ３５１７をコントローラとして使用したハーフステップ この構成によって、ハーフステップを簡単に達成できます。ドライバＩＣ、ＮＪＭ３５１７は、コントローラと して使用できます。ドライバＩＣには３５１７と一緒に機能するのに適していないものもあります（「ＮＪＭ３５ １７をハーフステップ発生器として使用する場合」項を参照）。 図２０にＮＪＭ３５１７ が２つのＮＪＭ３７７０Ａのステップシーケンス制御とパルス生成を行うアプリケー ションを示します。３５１７には、フルステップおよびハーフステップシーケンス発生器の両方が含まれていま す。この２つの選択は、３５１７のロジック入力ピン／ＨＳＭで容易に行えます。Ｄｉｒ入力は、モータ軸の回転 方向を制御します。Ｓｔｅｐ入力は速度（ステップレート）を制御します。 ＮＪＭ３５１７のΦＡおよびΦＢ出力は、３７７０ＡのＩ０およびＩ１ピン用の電流制御信号として使用されて います（図２０参照）。３７７０ＡのＰｈａｓｅ入力は、３５１７ のＰＡ１およびＰＢ１出力によって直接制御 されます。３５１７の出力はオープンコレクタのため、プルアップ抵抗が必要になります。 電流検出抵抗（Ｒｓ）に０．５Ωを使用すると、モータ電流８００ｍＡが得られます。 Vcc Disable R1 Vref R3 Dis 1 ≥1 Dis 2 Dis 1 ≥1 Dis 2 ≥1 R2 図16 図18の用途で修正ハーフステッ プを達成するための電圧基準回路 Dis 2 図17 モータ電流無効化回路。 図18に追加してください。 + 4. 7 0.1 µF µF 1.8 kΩ S te p Phase 1 D IR Phase 2 14 22 19 4 V CC P ha s e 1 P ha s e 2 V R1 V 3 R2 V TTLcontroller MM1 Dis 2 1 5, 6, 17, 18 + µF 22 µ F D1 V MM2 M M 21 12 8 A2 M B2 1 1 E1 13 C2 C 2V 7 820 3300 pF G ND (V CC pF 10 2 D3 1 kΩ RS 1 kΩ 0. 68 Ω ) D1-D4 are UF 4001 or BYV 27, trr ≤ 100ns. Package pin numbers refer to DIP package. 図18 TTLコントローラとNJM3774を使用した応用回路例 STEPPER MOTOR E2 B Z X 55 / 15 kΩ D2 15 B1 M V MM A1 NJM3774 16 D is 1 7 D is 2 RC G ND C1 Dis 1 0.1 9 20 HSM Re se t Dis 1 820pF RS D4 V MM 0.68 Ω G N D ( V MM ) 修正ハーフステップを得るには、基準電圧を２つのレベル間でシフトする必要があります。高いレベルは１相励 磁レベル、低いレベルは２相励磁にします。 電圧基準回路は、入力としてＶｃｃ（５Ｖ）を使用します。２つの電圧レベルを得るため、基準電圧回路の章で 説明した分圧器Ｇを使用しています（図２１参照）。この回路は、分圧器Ｒ１とＲ２を使用して、基準電圧を生成 しています。Ｒ２と並列に抵抗Ｒ３を追加することで、電圧を変化できるようにしています。バッファとして使用 されたトランジスタは、入力インピーダンスの影響を低減しています。また消費電流を抑制するため、比較的高い 値の抵抗（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）を選択できます。このことで、スイッチとしてオープンドレインまたはオープンコ レクタＮＡＮＤゲートを使用できます。ダイオードはトランジスタのベース−エミッタ接合の温度依存性を低減さ せています。 モータ電流は、検出抵抗の値を変更することで簡単に設定できます。 モータ電流をオフにできるようにするには、図２２で示す簡単な回路を図２３に追加する必要があります。この 回路は、２つのＯＲゲートから構成されています。ディセーブル入力部がＨレベルになると、ドライバの両方のＤ ｉｓ入力がＨレベルになり、両方の巻線の電流がオフになります。 Vcc Disable R1 Vref R3 Dis 1 ≥1 Dis 2 ≥1 R2 ≥1 Dis 2 Dis 1 Dis 1 図21 図23の用途で修正ハーフステッ プを達成するための電圧基準回路 Dis 2 図22 モータ電流無効化回路。 図23に追加してください。 V V CC (+5 V) + 4.7 µF 0.1 µF 1.8 kΩ 16 Direction STEP Half/Full Step V 6 DIR 7 P A1 STEP 10 11 CC HSM 9 P B1 ØB ØA 4 22 19 16 NJM 3517 INH 8 20 4 2 7 3 GND Phase 1 V V CC MM1 V 22 µF 0.1 µF 9 14 MM2 MA1 Dis 1 D1 NJM3774 Phase 2 D2 15 M B1 V R1 12 M A2 8 Dis 2 M V R2 RC GND 3 1 15 kΩ BZX55/ C2V7 GND (VCC ) MM + 4x 10 kΩ 3300 pF 5, 6 17, 18 C1 21 1 kΩ 820 pF 0.68 Ω E1 13 C2 2 B2 E2 11 STEPPER MOTOR 10 D3 RS 1 kΩ 820 pF D4 RS 0.68 Ω D1 - D4 are UF 4001 or BYV 27, t rr ≤ 100 ns. Package pin numbers refer to DIP package. 図23 NJM3774をドライバ回路、NJM3517をコントローラ回路として使用した応用回路例 V MM GND (VMM )