モータをPWM駆動した際の電流について

質問

┌── 電池 ── 電流計1 ── モータ ─ 電流計2 ────── ＦＥＴ ─┐
│　└ 電圧計 ┘　　　　　　　　└←← ダイオード ←←┘　　　　　　　　　　　│
│　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　│
└──────────────────────────────┘
となるシンプルな回路でＰＷＭ制御によるモータ駆動のテストしています。
周期は24kHzで、モータは安いDCモータです。
※実際にはHブリッジでかつゲートドライバが入っていますが省略しています。
　　また、Hブリッジの駆動にはデッドタイムを500nsほど入れています。

この回路における電流計1と電流計2で計測される値の意味が、分からなくて困っています。

任意のPWM比でFETをドライブした際に、電流計1 & モータ & 電流計2には、
ほぼ電圧計*PWM比の平均電圧が加わる考えており、
電流計1と電流計2の抵抗値と、FETによる抵抗値が十分小さければ
平均電圧のほとんどはモータに加わる。

電流計1ではPWMのON期間の電流のみが計測され、
電流計2ではダイオードで帰還する分も併せて計測している。
このため概ねでは、電流計2 = 電流計1/PWM比 の値となると考えています。

電圧計*電流計1が電池の消費電力(入力電力)であり、
少なくともモータをロックしておけば、モータに加わる出力電力は(電圧計*PWM比)*電流計2となり、
電圧計*電流計1 = (電圧計*PWM比)*(電流計1/PWM比)が成り立つと考えてよいでしょうか？
モータが熱として捨てる以外の損失が無ければという前提ですが。

実際に計測してみた値は、電圧計=11.6V、PWM比=10%、モータはロックにおいて
電流計1=0.26A、電流計2=0.48Aでした。
これに対し、直流安定な電源として、充電乾電池1本を繋いでモータをロックして計測した際に、
電圧=0.85V、電流=0.394Aより、巻線抵抗=2.16Ωでした。
PWMで計測した際の値で、平均電圧=1.16V、電流=0.48Aがモータに加わっていれば
巻線抵抗=2.42Ωのため充電乾電池による結果と概ね一致します。
しかし、電流計1の値をどのように読み取れば良いのかが分かりません。
私の考え方では、電流計1=0.048Aでなければ入力電力＝出力電力が成り立ちません。

お手数ですが、どこに間違えがあるのか御教授いただきたいです。

回答No.2

tadys · ベストアンサー

交流を含む信号の電圧、電流を計器で測定する時はその計器の測定原理を理解して使用しなければ誤差を含む事になりかねません。
例えば、ピーク電流２Aでデューティ５０％の電流が１Ωの抵抗に流れているとすると、消費電力は２Wですが、平均値指示の電圧計、電流計で測定すると電圧１V、電流１Aとなって、掛けても２にはなりません。

電力を求めたいのであれば、電圧×電流の瞬時値を１周期にわたって積分して平均化する必要があります。
その為には電流プローブで電流を測定し、電圧との乗算を行う必要があります。
デジタルオシロスコープでしたら、ほとんどの場合に乗算機能が有ります。

お礼

ありがとうございます。見落としがあったかもしれないので、オシロスコープを使って再確認をしてみようと思います。

回答No.1

c80s3xxx

電流計って，DMMみたいなのを入れてるんなら，応答速度の問題があるので，こういう系での電流は計れてませんので．

お礼

そうなんですか。たしかに、どのように計測がなされているか想像ができていませんでした。ありがとうございます。