NJW4350 ユニポーラ方式ステッピングモータドライバ ■概要 ■外形 NJW4350は高効率を特徴とするユニポーラ駆動方式のステッ ピングモータドライバです。駆動段をDMOSトランジスタで構成 したことにより、モータ駆動回路を高効率、低発熱で構成する ことができます。 モータの制御信号にはパルス列入力形式を採用し、シリアル データで回転ステップ数と回転方向を制御することができま す。このため、マイコンでの制御が容易にできます。 制御性の向上のため、相原点モニタ出力、INH(出力部全OFF) 機能、RESET機能を内臓しており、多様なアプリケーションへの 応用が可能です。 NJW4350D NJW4350E2 ■ 特徴 ● モータ電圧 5～50V ● 低消費電流 IＤＤ＝2.0mA ● 出力ＯＮ抵抗 ＲＯＮ=0.9Ωtyp @Io=±500mA ● サーマルシャットダウン内蔵 ● RESET 機能内蔵 ● INH(全 OFF)機能内蔵 ● Full/Half-STEP 切替モード ● 相原点モニタ(MO)端子 ● BCD 構造 ● 外形 DIP16, EMP16 ■ピン配置図 1 2 3 16 １． ＰＢ１ １６．ＶＤＤ 15 ２． ＰＢ２ １５．ＭＯ ３． ＰＧＮＤ １４．ＳＧＮＤ ＰＡ１ ＰＡ２ １３．ＮＣ １２．ＲＥＳＥＴ 14 4 13 ４． ５． 5 12 ６． ＤＩＲ １１．ＩＮＨ 6 11 ７． ＳＴＥＰ １０．ＨＳＭ 7 10 ８． ＮＣ 8 9 ９．ＮＣ （ＤＩＰ１６／ＥＭＰ１６） 図１ ピン配置図 -1- NJW4350 ■ブロック図 IDD VDD NJW4350 POWER ON RESET VMM IPLEAK IO PB1 IIH IIL PB2 STEP PA1 DIR HSM PA2 PHASE LOGIC CIRCUIT V P V DD RESET INH VIN VIH VIL VDD IMOLEAK IMO MO Thermal Shut Down VMO SGND PGND 図２ ブロック図 ■端子説明 端子番号 1 2 3 4 5 6 7 端子名 PB1 PB2 PGND PA1 PA2 DIR STEP 8 9 10 NC NC HSM 11 12 13 14 15 16 INH RESET NC SGND MO VDD -2- 説明 Ｂ1 フェーズ出力。オープンドレイン出力。 Ｂ2 フェーズ出力。オープンドレイン出力。 パワーグランド。モータ電源 VMM のＧＮＤ電源端子。 Ａ１フェーズ出力。オープンドレイン出力。 Ａ２フェーズ出力。オープンドレイン出力。 方向指令入力。モータの回転方向を決定します。 モータのステッピング用のパルス入力。ＳＴＥＰ信号の各ネガティブエッジで内 部フェーズロジックが動作します。 未接続 未接続 ハーフ/フルステップモード切替入力。 Ｈでフルステップモード、Ｌでハーフステップモードとなります。 フェーズ出力ＯＦＦ入力。Ｈですべてのフェーズ出力がＯＦＦになります。 フェーズロジックイニシャライズ入力。 未接続 ロジックグランド。ロジック電源 VDD の GND 端子。 フェーズ出力イニシャル状態検出出力。 ロジック部電源電圧端子。 NJW4350 ■絶対最大定格 項 目 フ ロ 出 出 ロ M 動 保 消 ェ ー ズ 出 力 電 ジ ッ ク 電 力 電 流 （ 定 常 時 力 電 流 （ 瞬 時 ジ ッ ク 入 力 電 O 出 力 電 作 温 度 範 存 温 度 範 費 電 圧 圧 ） ） 圧 流 囲 囲 力 定 格 値 記号 (単位) 55 7.0 0.7 1.5 -0.3～VDD+0.3 20 -40～+85 -50～+150 1.6(DIP) 1.3(EMP) VP (V) VDD (V) IＯ(A) IＯ(A) VID(V) IMO(mA) Topr (℃) Tstg (℃) (Ta=25℃) その他 ※１ ※２ PD (W) ※１：Ta=25℃より上では、12.8mW/℃で減定格します。 ※２：Ta=25℃より上では、10.4mW/℃で減定格します。 ■推奨動作範囲 項 目 記 号 条 件 (特記無い場合 Ta=25℃, VDD=５V) 最小 標準 最大 単位 ロジック電圧範囲 VDD 4.5 5.0 5.5 V フェーズ出力電圧 VP 5 - 50 V 接合部温度範囲 Tｊ -40 - 125 ℃ 出力電流（定常時） IＯ - - 0.5 A セットアップタイム ts - 0.5 - μs ステップパルス持続時間 tp - 1.0 - μs -3- NJW4350 ■ 電気的特性 項 目 記 号 条 件 (特記無い場合 Ta=25℃, VMM=24V,VDD=５V) 最小 標準 最大 単位 ■全体 消費電流 IDD VIN= 5V - 2.0 3.0 mA 過熱保護温度 TSD - - 180 - °C 過熱保護ヒステリシス THYS - - 50 - °C 入力 H 電圧 VIH - 3.5 - - V 入力 L 電圧 VIL - - - 1.5 V 入力電流 (High) IIH VIN= 5V - 0.1 0.5 μA 入力電流 (Low) IIL VIN= 0V 50 100 200 μA MO 出力飽和電圧 VMO IMO= 10mA - 0.3 0.5 V VMO=7V - 0.1 0.5 μA Io= 500mA - 0.9 - Ω VP=50V - 1.0 5.0 μA ■ロジック部 MO 出力リーク電流 IMO LEAK ■出力部 出力抵抗 RONL 出力リーク電流 IP LEAK 出力ターン ON 時間 tON Io= 500mA, L=1mH - 100 - ns 出力ターン OFF 時間 tOFF Io= 500mA, L=1mH - 100 - ns HSM,DIR VDD GND time STEP,RESET VDD GND PA1,PA2,PB1,PB2 tS tP time IO GND tON /tOFF 図３ タイミング定義図 -4- time NJW4350 ■ 基本アプリケーション VM ＋ 5V C≧ 10µF R1 R2 VDD OPTIONAL SENSOR MO CMOS IO Device STEP STEP MOTOR CW/CCW HALF/FULL RESET DIR NJW4350 HSM PB2 RESET PB1 NORMAL/INHBIT INH PA1 GND PA2 SGND PGND GND(VDD) D1-D4 11DF2or31DF2 日本インター GND(VMM) 図４ 基本アプリケーション回路例 ■ 機能説明 ＮＪＷ４３５０は、ユニポーラ巻線方式のステッピングモータを駆動するための、定電圧駆動方式の高性能モータ ドライバです。 モータのモーションコントロール方式として、汎用的なＳＴＥＰ－ＤＩＲ方式を採用しており、パルスジェネレー タを用意頂くことにより、簡単にステッピングモータのコントロールができます。 また、フェーズ出力が５５Ｖｍａｘ．と高耐圧ですのでユニポーラ巻線方式駆動でしばしば問題となるモータ電源に 対してのフェーズ出力の耐圧マージン余裕が増えるとともに、フェーズターンオフ時の電力抑制回路の設計が簡単に なります。 ■ ロジック入力部 すべての入力部は５ＶＣＭＯＳロジック互換です。ロジック入力部がオープン状態の場合は、回路はそれをＨレベ ルとして受け取ります。ＮＪＷ４３５０には、ステッピングモータを適切に制御するのに必要なフェーズロジックが 内蔵されています。 ＳＴＥＰ－ステッピングパルス ＳＴＥＰ信号(パルス)の各ネガティブエッジ毎に、内蔵フェーズロジックのシーケンスがＵＰします。フルステッ プモードでは、このパルス信号でステッピングモータは基本ステップ角の角度を回転します。ハーフステップモード では、基本ステップ角を移動するためには、２つのパルスが必要です。 ＤＩＲ信号(方向)とＨＳＭ信号(ハーフ/フルモード) はＳＴＥＰのネガティブエッジ中にラッチされるため、ネガ ティブエッジの前に確立されている必要があります。図３のセットアップタイム ts に注意してください。 ＤＩＲ－方向 ＤＩＲは、ステップを行う方向を決定します。実際のステッピングモータの回転方向は、ＮＪＷ４３５０とモータ 間の接続によって異なります。ＤＩＲはいつでも変更はできますがＳＴＥＰのネガティブエッジと同時は１パルス分 のミスステップとなる可能性があるため、避けてください。図３のタイミング図を参照してください。 ＨＳＭ－ハーフ/フルステップモード切換 ステッピングモータがフルステップまたはハーフステップのどちらでコントロールするか決定します。 ＨＳＭがＬレベルになると、内蔵フェーズロジックはハーフステップモードとなります。ＨＳＭはいつでも変更でき ますが、ＳＴＥＰのネガティブエッジと同時は１パルス分のミスステップとなる可能性があるため、避けてください。 図３のタイミング図を参照してください。 -5- NJW4350 ＩＮＨ－フェーズ出力ＯＦＦ ＩＮＨがＨレベルになると、すべてのフェーズ出力がＯＦＦになり、電流消費が減少します。 ＲＥＳＥＴ－リセット ２相のステッピングモータは、基本ステップの倍数４の角度毎に同一巻線励磁シーケンスを繰り返します。これに 対応して、フェーズロジックはフルステップモードでは４パルス毎、ハーフステップモードでは８パルス毎にフェー ズロジックシーケンスを繰り返します。 ＲＥＳＥＴは強制的にフェーズロジックをシーケンススタート状態にイニシャライズします。 ＲＥＳＥＴがＬレベルになると、 フェーズロジックをイニシャライズするとともにフェーズ出力をＯＦＦとします。 ＲＥＳＥＴがＨレベルに復帰すると、フェーズ出力は、フェーズロジックのシーケンススタート状態の励磁パター ン出力となります。図５のリセットタイミング図を参照してください。 ■ ＰＯＲ－パワーオン・リセット機能 Ｖｃｃに接続された内部パワーオン・リセット回路は、フェーズロジックをリセットし、電源投入中のフェーズ出 力をＯＦＦさせることでミスステップを防止します。 また電源投入毎にフェーズ出力は、フェーズロジックのシーケンススタート状態の励磁パターン出力となります。 ■ フェーズ出力部 フェーズ出力部は、４つのオープンコレクタトランジスタで構成されており、図４で示すようにステッピングモー タに直接接続されています。 ■ ＭＯ－相原点モニタ フェーズロジックのシーケンススタート位置またはＰＯＲ、外部ＲＥＳＥＴ後に励磁シーケンスがイニシャル状態 位置であることを外部に示すためにＬレベルを出力します。 ＭＯがＬレベル位置でＨＳＭ入力の切替を行うことで、ミスステップなく励磁モードの変更が可能です。 ステッピングモータを使用したシステムで、機械原点位置の検出の際に、機械原点センサとＭＯのＡＮＤを原点と することで、より分解能の高い機械原点位置が実現します。 VDD 約3.0V～4.0V STEP RESET OFF PB1/PA1 ON OFF ON PB2/PA2 通常シーケンス フェーズ出力OFF POR動作 通常シーケンス 内部フェーズロジック イニシャライズ後出力 図５ POR、及びリセットタイミング -6- NJW4350 POR DIR H INH L HSM H STEP H 1 2 3 4 1 2 3 4 1 PB1 OFF PB2 ON STEP RESET 後 1 2 3 4 PB1 PB2 PA1 PA2 OFF ON OFF ON OFF ON ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF OFF ON OFF ON OFF ON PA1 OFF PA2 ON MO ON DIR L 図６ フルステップ/CW シーケンス POR INH L HSM H STEP H 1 2 3 4 1 2 3 4 1 PB1 OFF PB2 ON STEP RESET 後 1 2 3 4 PB1 PB2 PA1 PA2 OFF ON OFF ON ON OFF OFF ON ON OFF ON OFF OFF ON ON OFF OFF ON OFF ON PA1 OFF PA2 ON MO ON 図７ フルステップ/CCW シーケンス POR DIR H INH L HSM L STEP H 1 2 3 4 5 6 7 8 1 PB1 OFF PB2 ON STEP RESET 後 1 2 3 4 5 6 7 8 PB1 PB2 PA1 PA2 OFF ON OFF ON OFF ON OFF OFF OFF ON ON OFF OFF OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF OFF OFF ON OFF OFF ON OFF OFF OFF ON OFF ON OFF ON PA1 OFF PA2 ON MO ON DIR L INH L HSM L STEP H POR 図８ ハーフステップ/CW シーケンス 1 2 3 4 5 6 7 8 1 PB1 OFF PB2 ON STEP RESET 後 1 2 3 4 5 6 7 8 PB1 PB2 PA1 PA2 OFF ON OFF ON OFF OFF OFF ON ON OFF OFF ON ON OFF OFF OFF ON OFF ON OFF OFF OFF ON OFF OFF ON ON OFF OFF ON OFF OFF OFF ON OFF ON PA1 OFF PA2 ON MO ON DIR H INH H POR HSM L STEP H 図９ ハーフステップ/CCW シーケンス 1 2 3 4 5 6 7 8 1 PB1 OFF PB2 OFF PA1 OFF PA2 OFF MO ON 図１０ ハーフステップ/INH シーケンス -7- NJW4350 ■ 応用例 ロジック入力部 ロジック入力部はオープンになると、回路はそれをＨレベルとして扱います。耐ノイズ性を最大にするために、未 使用の入力部はＶＤＤレベルに固定する必要があります。 フェーズ出力部 フェーズ出力部は、ステッピングモータ巻線をユニポーラ駆動するために電力シンクとなっております。巻線のコ モン線に接続される抵抗Ｒ１、Ｒ２は、最大モータ電流を決定します。 出力トランジスタをキックバック電力から保護するために、高速なフリーホイール・ダイオードを使用する必要が あります。図１１～図１４に解決法の例を示します。 ■ 各駆動モードにおける入出力信号シーケンス 図６～図１０は、各駆動モードにおける入出力信号のタイミングチャートです。左側にはＰＯＲ後の入力及び出力 信号の状態を示しています。 ■ 使用上の注意 １．電源が供給されているときは、ＩＣまたはＰＣＢを取り外さないでください。 ２．フリーホイール・ダイオードを使用しても、ステッピングモータによっては過度の電圧が発生することがあります ので注意してください。 ３．必要なトルクを得るために必要な定格電流のステッピングモータを選択してください。一般的にステッピングモー タへの供給電圧が高電圧であればあるほど高速な回転性能が得られます。ステッピングモータの定格電圧より供給 電圧が高い場合には、電流制限抵抗 R1,R2 をコモン巻線と供給電源間に接続する必要があります。この抵抗は L/R 時間定数を変化させて、ステッピングモータの高速回転性能を引き出します。 ４．直列ダイオードをもつモータ供給電源(出力コンデンサ無し)のご使用は避けてください。 また、ロジックとモータ電源のＧＮＤラインは共通インピーダンスを造らないレイアウトにする必要があります、 ＩＣの PＧＮＤ端子(ピン３)とＳＧＮＤ端子(ピン１４)は最短で接続して一点接地するのが理想的です。 ５．ＤＩＲ信号によらず実際のモータ回転方向を変更するには、ＰＡ１とＰＡ２(またはＰＢ１とＰＢ２)でのステッピ ングモータの接続を交換します。 ６．駆動回路 ステッピングモータから高性能を得たい場合は、フェーズターンオン時に急激に巻線が励磁され、ターンオフ時に は急速に励磁が切れる必要があります。 ７．フェーズターンオフの問題 巻線励磁がオフになるとき(巻線電流が切れる)誘導される高電圧キックバック電圧を適切に抑えないと、駆動回 路が破損する場合があります。図１１～１４のターンオフ回路を参考にしてください。 ターンオフ回路の構成や発生するキックバックの電圧により、フェーズ出力端子の電位が負電位（ＧＮＤ以下） になる場合があります。この状態はＩＣ内部のロジック回路の誤動作を引き起こす危険性があります。 【ツェナーダイオード・ターンオフ回路での注意事項】 ツェナーダイオード・ターンオフ回路構成(図１５参照)では、モータ供給電源[VMM]と使用するツェナー電圧［Ｖ Ｚ］ 、ツェナーにシリーズに接続するダイオード順方向電圧[Ｖｄ]としたとき、ターンオフ動作時のフェーズ出力 端子の電圧[ＶＰ]は、次のような関係式となります。 ＶＰ＝ＶＭＭ－(ＶＺ＋Ｖｄ) 使用するツェナー電圧［ＶＺ］が大きいほど、巻線電流のターンオフ時間が短縮され、ステッピングモータの高 速回転が実現します。但し、ツェナー電圧［ＶＺ］によってはフェーズ出力端子が負電位になる場合もあるため、 ターンオフ回路は以下のように構成して下さい。 ① ＶＰが正電位：ＶＭＭ＞ＶＺ＋Ｖｄ 回路構成は図１５となります。 ツェナー電圧は、例えば VMM が１２Ｖの場合、ＶＺ＋Ｖｄが１２Ｖ以下になるように設計します。 ② ＶＰが負電位：ＶＭＭ＜ＶＺ＋Ｖｄ 回路構成は図１６となります。負電位による誤動作を防止するために、フェーズ出力端子にシリーズにダイオ ードを挿入して確実に対策をしてください。 -8- NJW4350 ※ 挿入するダイオードは順方向電圧が小さいショットキーダイオードを推奨します。 R i VMM 図１１ ダイオード・ターンオフ回路 VMM i 図１２ 抵抗・ターンオフ回路 VZ i VMM VMM i VZ 図１３ ツェナーダイオード・ターンオフ回路 ターンオフ回路 (ツェナーD回路例） VZ VMM 図１４ 電源回生・ターンオフ回路 フェーズ端子 負電位防止シリーズD VMM ターンオフ回路 (ツェナーD回路例） VZ Vd 図１５ ツェナーダイオード－２ 図１６ ツェナーダイオード・ターンオフ 負電位対策回路例 -9- NJW4350 ■ 電気的特性例 VDD VS. IDD2 INPUT=L Ta=25[dg.C] 3.0 3.0 2.5 2.5 2.0 2.0 ICC[mA] ICC[mA] VDD VS. IDD1 INPUT=H ta=25[dg.C] 1.5 1.5 1.0 1.0 0.5 0.5 0.0 0.0 0 1 2 3 4 5 6 0 7 1 2 3 1.0 Vsat_H[V] 0.8 VMO[V] 6 0.6 0.4 0.2 0.0 40 60 80 100 IMO[mA] 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 PB1 PB2 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Iout[mA] Vsat_H[V] Iout VS. Vout VDD=7V Ta=25[dg.C] 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Iout[mA] - 10 - 7 Iout VS. Vout VDD=5V Ta=25[dg.C] IMO VS. VMO VDD=5V Ta=25[dg.C] 20 5 VCC[V] VCC[V] 0 4 ＜注意事項＞ 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。