モーターの制御回路と電源について

質問

20個程のDCモーターをモータードライバを用いて制御する装置を作っています．
モーター側の電源をバッテリーから，ロジック側の電源を5Vスイッチング電源から供給しており，互いのグランドを共通にしています．モーター側の電源はLM338Tを二個介して5Vまで落としています．
しかし，モーターにマブチモーターを使用していて消費電流が大きいためか一度に多くのモーターを駆動させると電源が不安定になり，それがグランドを通してマイコンのロジック電源も不安定になり，どうもマイコンの電圧が動作電圧未満に瞬間的に落ち，リセットされているという現象が起きているのかもしれなく誤動作が生じてしまいます．
それぞれの電源をフォトカプラなどでアイソレートする方法もあるかもしれないのですがなんとか二つの電源のグランドを共通にした状態で以上の問題を解決できるような方法はあるでしょうか？
どうぞよろしくお願いします

回答No.11

ming3

No.8です。

★モーター電源について
>モーター電源の電圧低下…… 1.7A×20個＝34[A]と大電流……

マブチモーターRE-260の適正電圧は3.0V、消費電流は0.7Aとなっています。
まず、1.7Aも流れている状況を改善する必要があります。
適正電圧を超えたり、適正負荷でないことなどが原因だと思います。
適正電圧を超えて使用すると過度に発熱したり、寿命が短くなったりするようです。

モーター電源としてCOSEL社製R150-3(3V、30A)を使用する案は如何でしょうか。
AC100V入力電流は4.2A(突入電流は15A)ですから家庭内電源で充分です。

★現状に於ける対策
>将来的にモーターの数をもっと増やしたいと考えておりますのでバッテリーから供給する手段を取りたいと思います．

将来モーターの数量を増やすことも計画として持っていることは良いことですが、現在の状況で動作を確実にする事の方を優先させるべきだと思います。
電圧降下回路まで設けてまでバッテリーにこだわる意図がよく理解できません。
例えば、AC100V電源が取れない場所で使用すると言うのであれば別ですが、単に電流容量の問題であればスイッチング電源の数量を増やせば良いのではないでしょうか。

・モーター電源としてLM338では電流容量が不足ですから、試しにスイッチ電源を使用する。

・3V電源が望ましいのですが、現在有るのは5Vですから、3Vにするための処置として出力電圧を調整し4.5Vに低くして、更に、出力にダイオードを2本直列接続してモーター電源とする。

・ロジック回路にはバッテリーからLM338で適切な電圧に調整したものを使用する。

・各モーターの両端にノイズ防止対策としてコンデンサ0.1μFを接続する。

お礼

そうですね．．．ごもっともだと思います。
まずは現状の問題に対し、最適の解決策としてモーター電源をスイッチング電源に切り替え、以上挙げていただいた対処法を施したいと思います。
改善した後、またご連絡致しますのでよろしくお願い致します。どうもありがとうございました！

回答No.10

Pesuko

３Ｖ１２０Ａなんてのもありますよ。

ただし、大電力のＳＷはあまり出ないのでほとんどが受注生産で４０日程度かかります。
（たまに流通在庫もありますから、代理店に問い合わせて見ましょう、メーカーも他にあるので探せば在庫が転がってると思う）

コーセル　３V120A
http://www.cosel.co.jp/jp/products/paa/pj_paa600f.html

デンセイ－ラムダ
http://www.densei-lambda.com/products/sps/ps_pm/bodyj.html

ＴＤＫ
http://www.tdk.co.jp/tjfx01/power.htm#ANAME1

日本スタビライザー
http://www.nippon-stabilizer.com/seihin.html

参考URL：

http://www.cosel.co.jp/jp/products/paa/pj_paa600f.html

お礼

わざわざありがとうございます！
メーカーに問い合わせして取り寄せてみます。

回答No.9

bungosuidou

>1.7A×20個＝34[A]と大電流を家庭内電源．．
5V60Aのスイッチング電源を使えば十分供給できそうだけど
１２Ｖから５Ｖに落として使うのは無駄だと思うけどなあ

お礼

そのような大容量電源があるのですね．．．申し訳ありません存じておりませんでした．早速検討してみたいと思います．
将来的にはもっと多くのモーターを使用する可能性もありますが調べたところ最大で5V300Aの電源もあるようですし，恐らく十分ですね．
大容量のスイッチング電源は使用したことがないのですがメーカーに問い合わせをしてみます．
何か注意点などございましたらご助言よろしくお願いします．

回答No.8

ming3

No.7です。
ご連絡ありがとうございます。

>ロジック電源のスイッチング電源はCOSEL社のR100 AC85～132V 5V20Aのものを使用しています．

ロジック回路に20Aは多すぎると思いますので、この電源をモーター電源に使用した方が良いと思います。

★理由
・必要なモーター電流0.7A×20個＝14Aより余裕があります。
・3端子レギュレータLM338の出力電流は標準で8Aですからモーター電源としては容量不足
　だと思います。
・ロジック用電源は容量に合ったスイッチング電源を用意します。
　暫定的にはバッテリーからLM338で調整しても良い思います。

★気になる事項
・ドライバTA8429Hの制御回路部分には7V以上の電圧が必要と記載されている物もあります
　(下記URL参照)ので要検討です。
・モーターRE-260の適正電圧は3Vですからモーター電源の電圧もそれに合わせる必要がある
　のではないでしょうか。
5V電源を使用するのであればモーターと直列に
　抵抗(約2.7Ω、3W)を接続し調整したら良いと思います。

★その他
・No.3で対策として『各モーターにスパイク電圧防止の為のダイオードを並列接続する』
　と書きましたが、TA8429Hを使用すると言うことは正転/逆転動作となると思いますので
　モーターには接続できません。
　TA8429H内部にダイオードが組み込まれているようです。

参考URL：

http://www.ns.kogakuin.ac.jp/~a202107/hoka/de-ta/motordri.doc

補足

確かにTA8429Hのロジック電源には5Vを使用しております．そのせいかもしれません．．．
以前ご指摘があったようにどうやらマイコンの電源はリセットされてないようです．モーターが誤動作で突然停止してもマイコンからのPWM信号は多少ノイズが入っている状況でも出力されていたので．．．
ですから現在重要な問題点として挙げられるのは
(1)モータードライバの動作電圧
（5Vで動作することもWEB上などでも確認されているのですがノイズの影響，もしくは数多くのモータードライバを使用した場合に電圧低下なので動作電圧未満に落ちているかなどが考えられます）
(2)不安定なモーター電源
やはりモーター電源の電圧低下，ノイズなどが他の回路に影響を及ぼしている可能性があります．
ご指摘にスイッチング電源への変更がありましたが，1.7A×20個＝34[A]と大電流を家庭内電源からは供給できないこと，将来的にモーターの数をもっと増やしたいと考えておりますのでバッテリーから供給する手段を取りたいと思います．せっかくご助言を頂いたのに申し訳ありません．
その他説明があったモーターの適性電圧についても試してみたいと思います．
また何かあればどうぞご助言よろしくお願いします．
またバッテリーから大電流を供給できる電源回路について何かご存知でしたらよろしくお願い致します．
本当に申し訳ありません．

回答No.7

ming3

おはようございます。No.3です。

内容を確認したいので下記お願いします。

★電源について
>モーター側の電源をバッテリーから，ロジック側の電源を5Vスイッチング電源から供給しており……モーター側の電源はLM338Tを二個介して5Vまで落としています．

ロジック側のスイッチング電源の入力はAC100Vで、ロジック回路に対しては電源容量は充分だと思っていたのですが間違いですか。もし、間違いでなければモーターの電源容量が不足する為にロジック回路の電圧が低下する心配は無いと思います。

★電源電圧の種類
>電源回路を2個介して12V→9V→5Vに落としています．

直接12V→5Vに落とさずに間に9Vを挟んだ理由は何故でしょうか。

★その他
・モーターの規格(電圧、電流など)
・バッテリーの規格
・モーターは常に同時に動作するのでしょうか
・モーター回路がフルに動作している時の電流値はどれ位でしょうか
・モーター回路も別のスイッチング電源を使用する事は出来ないでしょうか
・その他情報が有りましたら

よろしくお願いします。

お礼

質問に対する補足を続けます．

各モーターにはモータードライバTA8429Hを搭載したPICの制御回路を取り付けております．それらを一つのメイン制御回路からマスタースレーブ形式で制御する形になっております．

また何かありましたらご指摘の程どうぞよろしくお願い致します．

補足

お返事遅くなって申し訳ありません．
ご質問について順次解答していきますと

●電源について
ロジック電源のスイッチング電源はCOSEL社のR100 AC85～132V 5V20Aのものを使用しています．

●電源電圧の種類
一度9Vに落としたのは5Vまで一気に落としてしまうと三端子にかかる負荷（放熱板がすごく熱くなりました）が大きくなると思い，低減しようと考えたからです．

●その他
・モーターの規格
マブチモーター社のRE-260を使用しており，消費電流700mA，適正電圧3Vです．

・バッテリーの規格
日本電池社のSEB130を使用しており，12V，85Ahです．

・モーターは常に動作するのか
モーターは常に全てを動かすわけではありません

・モーター回路がフルに動作している時の電流地
計測してみたところ一個のモーターにつきMAXで1.7A程度でありますが，ご指摘の通り，恐らく起動時は7A近く出ているのではないかと考えています．

・モーター回路も別のスイッチング電源を使用する事はできるか
現在のところは多大な電流量が必要になることからバッテリーから供給することは考えております．

回答No.6

bungosuidou

すみません。訂正します
電源の－側はそのまま接続し、＋側だけダイオードを通して接続します。
したがって、ご提示の下記の回路構成であっています
ロジック＋　－－－－－
　　　　　　　　｜
　　　　　　　　－
　　　　　　　　△
　　　　　　　　｜
ロジック－　－－－－－
　　　　　　　　｜
モーター－　－－－－－
　　　　　　　　｜
モーター＋　－－－－－

補足

申し訳ありません，現状について進展があったのでご報告致します．
大量の消費電流からモーターの電源が不安定になり，それによってロジックの電源が不安定になることからマイコンが動作電圧未満になりリセットがかかっていると考えていたのですが，ダイオードなどかませたところロジックの電源は比較的安定した状態になりました．そしてどうやら原因がモーター電源が不安定になることにより電源が途絶えてしまうとよくわからないのですが再度電源が復帰してもモータードライバが動作しないということが分かりました．そこで安定した電源を製作したいと考えているのですが，大容量のコンデンサをかませてもあまり効果がありません．以前から説明しているのですが現在はLM338Tを2個介した回路を1セットとしてこれらを何セットも用意し，1セットで4個のモーターを動かしています．安定化電源を製作するに当り何か他にアドバイス等があればよろしくお願い致します．

回答No.5

bungosuidou

ロジック回路の電源はすべてダイオードの後ろから取ります。ダイオードの後ろにコンデンサを入れておけばモータの電流でダイオードの手前が電圧低下してもコンデンサががんばっている間はロジック回路の電源電圧低下は起こりません。
コンデンサ容量は回路の電流によって異なるためカットアンドトライでお願いします
ロジック＋　－Ｔ－－
ロジック－　－＋－－－　　　　　　　　｜
　　　　　　　　－
　　　　　　　　△
　　　　　　　　｜

　　　　　　　　｜
モーター－　－－－－－
　　　　　　　　｜
モーター＋　－－－－－

回答No.4

bungosuidou

制御回路の電源にダイオードとコンデンサを付けて、モーターによる電圧降下が制御回路に影響しないようにするというのはいかがですか？
　　　　　ダイオード
電源　－｜＞｜－－　制御回路
　　　｜　　　　｜
　モータ　 　　＝
　　　　　　　　｜　　コンデンサ

　あまり絵が上手じゃないけど、こんな感じで

補足

初歩的な質問になってしまうのですがダイオードは

ロジック＋　－－－－－
　　　　　　　　｜
　　　　　　　　－
　　　　　　　　△
　　　　　　　　｜
ロジック－　－－－－－
　　　　　　　　｜
モーター－　－－－－－
　　　　　　　　｜
モーター＋　－－－－－

というつなぎかたでよろしいのでしょうか？
申し訳ありませんがご回答お願いします

回答No.3

ming3

>消費電流が大きいためか一度に多くのモーターを駆動させると電源が不安定になり……

どのような動作をするのかはっきり解りませんが、モーターが動作している間中ずっと不安定であるのか、モーターが動作した瞬間だけ不安定であるのかで対策は変わります。

★モーター動作中不安定。

テスターやシンクロでモーターの電源電圧を測定し、不安定であれば電源の電流容量が不足しているので電流容量を増やすか、同時に動作するモーターの数量を減らす方法を検討します。

★モーター動作瞬間の不安定。

・電源、特にグランドラインの線材を出来るだけ短く、太くする。

・グランドの接続方法を正しくする。
　1本はグランドの共通点からモーター回路へ。
　1本はグランドの共通点からロジック回路へ。

　グランドの共通点→ロジック回路→モーター回路
　グランドの共通点→モーター回路→ロジック回路
　のようには接続しない。

・モーター回路とロジック回路を離す。

・各モーターにスパイク電圧防止の為のダイオードを並列接続する。
　(極性に注意：モーターのプラス側にダイオードのカソードをマイナス側にアノードを接続)

・モーター各セットの電源ラインに大容量のコンデンサを入れる。
　(1,000μF～3,300μF、0.1μFも入れる)

・ロジック回路の方のコンデンサの容量も増やす。

補足

ご回答ありがとうございます．
まさに以上の問題が起きています．
現状としては，モーター静止時はロジック電源側，モーター電源側共に0.1msオーダーの瞬間的な上下1V程度のノイズが時折生じ，モーター駆動時はそのノイズがロジック電源，モーター電源共に常時波として発生し，モーター電源の電圧も5Vバイアスから3V程度まで下がっている症状が見られます．
恐らくご回答いただいた二つの問題が両者ともに起きていると思われるので早速対処してみよう思います．
また何かありましたらご助言お願いします．

回答No.2

Pesuko

モーターは起動電力が大きく物によっては起動時１０倍流れます。
解決策は貴方が書かれているとおりです。

＞消費電流が大きいためか一度に多くのモーターを駆動させると電源が不安定になり

負荷に見合った電力を供給可能な電源があれば電源は不安定にはなりません。

補足

＞負荷に見合った電力を供給可能な電源があれば

現在は日本電池社製の鉛蓄電池を使用しており，約12Vの電圧からLM338Tに22μFの電解コンデンサと0.1μFのバイパスコンデンサを用いた簡単な電源回路を2個介して12V→9V→5Vに落としています．この1セットの回路から4個のモーターを駆動させており，8セットが同じ基板内でグランド共通になっております．電源回路の見直し（コンデンサの容量等）によっては問題解決の可能性はあるのでしょうか？