Circuit Simulation of Motor Drive Circuit using PSpice

モータ・ドライバ IC のアプリケーション回路シミュレーション
デザインキットのロードマップ
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株式会社ビー・テクノロジー
CYBERNET EDA Forum 2008
All Rights Reserved copyright (C) Bee Technologies Inc. 2008

ータ・ドライバ IC のアプリケーション回路シミュレーション
R S B 7 . 5 o h m
L 2
1 . 5 6 2 m H
I C = - 0 . 5 A
1
2
V 5
0 s
1 0 n s
0 V
5 V
0
V _ R E F B
D C = 1 . 2 5
C v r e f B
1 u F
0
0
0
V _ R E F A
D C = 1 . 2 5
C v r e f a
1 u F
L 1
1 . 5 6 2 m H
I C = 0 A
12
R S A
7 . 5 o h m
0
R R S A0 . 5
R R S B0 . 5
0
V M
2 4 V d c C V M
1 0 0 u F
00
0 0
V D
5 V d c
C 1
1 0 u F
0 0
R o s c 3 . 6 k
C o s c 5 6 0 p F
0
0
U 1
T B 6 2 2 0 6 F G
C C P 1 = 0 . 2 2 U F
C C P 2 = 0 . 0 2 2 U F
C O S C = 5 6 0 P F
V M = 2 4
R N F A = 1 0 0 m V
R N F B = 1 0 0 m V
R O S C = 3 . 6 K
F I N
C R
V D D
V R E F _ A
V R E F _ B
R S _ B
R S _ A
V M
C C P _ C
C C P _ B
C C P _ A S T A N D B Y
O U T _ A 1
P H A S E _ A
P H A S E _ B
O U T _ A
O U T _ B
E N A B L E _ A
E N A B L E _ B
O U T _ B 1
T O R Q U E
C c c p _ 1
0 . 2 2 u F
C c c p _ 2
0 . 0 2 2 u F
V
I
V _ P H A S E _ A
T D = 0
T F = { t f p h a s e }
P W = { p w p h a s e }
P E R = { t p h a s e }
V 1 = 0
T R = { t r p h a s e }
V 2 = 5 V
V _ P H A S E _ B
T D = { t p h a s e / 4 }
T F = { t f p h a s e }
P W = { p w p h a s e }
P E R = { t p h a s e }
V 1 = 5 V
T R = { t r p h a s e }
V 2 = 0
TB62206FG( 東芝セミコンダクター社 )
Phase current is simulated at fchop=100kHz to predict motor current ripple.
ステッピングモータ
キー・デバイス (IC)
TB62206FG

TB62206F/FG BiCD PWM 2-Phase Bipolar Stepping Motor Driver

TB62206FG( 東芝セミコンダクター社 )

Device Feature:
• Input logic to drive
Bipolar Step Motor
• Internal OSC
• Current Level Set
• Mixed Decay Control
• Charge Pump Unit
• H-Bridge Output
• Protection Unit

Datasheet Diagram
Simulation Result
Ti me
40 0u s 40 2 u s 40 4u s 4 0 6us 408 us 4 10 u s 4 12 us 4 14 us 4 16u s 41 8u s 4 20 us
I ( VL A)
45 0 mA
50 0 mA
55 0 mA
V( OSC)
SEL >>
MIXED DECAY MODE Waveform (current waveform)

T i me
2 . 0 ms 4 . 0 ms0 . 1 ms
1 I ( U1 : OUT _ A1 ) 2 V( U1 : PHASE_ A) 3 V( V_ PHASE_ B: + )
- 1 . 0 A
- 0 . 5 A
0 A
0 . 5 A
1 . 0 A
1 . 5 A
2 . 0 A
2 . 5 A
3 . 0 A
1 2
- 2 0 V
0 V
2 0 V
3
> >
Input Control Signal
Phase (A)
Input Control Signal
Phase (B)
Motor Phase Current
Current Ripple
Phase Input vs. Phase Output Current
( 250Hz Phase Frequency )

Motor Phase Current
(Ripple)
Output V(A)
Output V(A)
T i me
2 1 0 u s 2 1 1 u s 2 1 2 u s 2 1 3 u s 2 1 4 u s 2 1 5 u s 2 1 6 u s 2 1 7 u s 2 1 8 u s 2 1 9 u s
1 V( X_ U1 . I OUT _ A1 ) 2 V( U1 : OUT _ A1 ) V( U1 : OUT _ A)
- 1 0 0 mV
0 V
1 0 0 mV
2 0 0 mV
3 0 0 mV
4 0 0 mV
5 0 0 mV
6 0 0 mV
7 0 0 mV
1
> >
- 1 0 V
0 V
1 0 V
2 0 V
3 0 V
4 0 V
5 0 V
6 0 V
7 0 V
2
MIXED DECAY MODE Current Waveform

Ccp1 Pin Voltage
STANDBY Input Signal
Ti me
0 s 0 . 1 ms 0 . 2 ms 0 . 3 ms 0 . 4 ms 0 . 5 ms 0 . 6 ms 0 . 7 ms 0 . 8 ms 0 . 9 ms
V( Cc p _ A) V( STANDBY)
0 V
5 V
1 0 V
1 5 V
2 0 V
2 5 V
3 0 V
3 5 V
4 0 V
Charge Pump Rise Time

Ti me
1 I ( U1 : OUT_ A1 ) 2 I ( U1: OUT_ B1 )
- 2 . 0 0A
- 1 . 0 0A
0 A
0. 7 5 A
1
SEL >>
0 A
1 . 0 0 A
2 . 0 0 A
- 0 . 7 5 A
2
SEL >>
1 V( U1 : ENABLE_ A) 2 V( U1 : ENABL E_ B)
- 1 0V
- 5 V
0 V
5 V
1
>>
0 V
5 V
1 0 V
1 5 V
2
1 V( U1 : PHASE_ A) 2 V( U1 : PHASE_ B)
- 1 0V
- 5 V
0 V
5 V
1
>>
0 V
5 V
1 0 V
1 5 V
2
Simulation Explore Rate
of Current Change
Simulation Result
Half Step Control Signal

0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05
Frequency(Hz)
Ls(H)
Ls
Phase Inductance (Ls) is selected at phase frequency 100kHz
Ls = 2.315mH
Phase Inductnace (Ls) vs. Frequency ( ステッピング・モーター )

Motor coil is modeled from an inductor series with resistor.
Model parameters are extracted to fit characteristics around chopping
frequency (100kHz).Ls=2.315mH, Rs=8.7ohm
Phase Inductor model (100k-1MHz)
Agilent 4294A

Phase Signal
Input
Current Probe
TB62206FG
Bipolar Stepping Motor
Motor Phase Current
Recommended Application Circuit Bench Test (Bread Board Circuit)

Measured result show the ripple current
Ripple Current Magnitude
Output V(A)
Motor Phase
Current
Output V(A)
Snap Current
Measured result: Mixed Decay Mode ripple current

The result show how model simulate Ripple Current Magnitude at fchop is approximately 100kHz.
Ripple Current Magnitude
Ti me
21 0u s 2 1 1u s 2 1 2u s 21 3u s 21 4u s 2 1 5 us 21 6u s 21 7u s 21 8 us 21 9u s
1 V( X_ U1 . I OUT_ A1 ) 2 V( U1: OUT_ A1) V( U1: OUT_ A)
- 1 00 mV
0 V
1 00 mV
2 00 mV
3 00 mV
4 00 mV
5 00 mV
6 00 mV
7 00 mV
1
>>
- 10 V
0 V
10 V
20 V
30 V
40 V
50 V
60 V
70 V
2
Motor Phase
Current:
V(X_U1.IOUT_A1)
Output V(A):
V(U1:OUT_A1)
Output V(A):
V(U1:OUT_A)
Snap Current
Simulated result: (the chopping frequency is approximately 100kHz)

デザインキット
スパイスモデル、シミュレーションデータ、解説書がセットになっ
た
デザインキットです。各回路方式ごとにご提供しております。
ご購入したその日からシミュレーションを実施する事が出来ます。
お客様の用途に合わせた回路方式のデザインキットもご提供可能で
す。
Forward Coupling
Converter(FCC 回路 )
Ringing Choke Converter
(RCC 回路 )
低損失リニアレギュレータ高精度リニアレギュレータ

フェーズ 1 【 2008 年 4 月よりご提供】
マイクロコントローラ IC のアプリケーション回路
モータ・ドライバ IC のアプリケーション回路
フェーズ 2 【 2008 年 5 月より順次ご提供】
インバータ回路方式 (25 回路方式 )
絶縁方式 1※
発振方式回路方式スイッチング素子数 2※
備考
降圧チョッパ BUCK STEP- DOWN、
昇圧チョッパ BOOST STEP- UP、
昇降圧チョッパ BUCK- BOOST
フライバック ON- OFF型
フォワード ON- ON型
プッシュプル
ハーフブリッジ
フルブリッジ
リンギングチョーク一石式 RCC
ロイヤー
ジェンセン
絶縁
非絶縁
一石式
多石式
多石式
他励
自励
※1 非絶縁型：入力と出力が絶縁されていない方式。入力と出力の一端が共通接続されてい
る。
絶縁型：入力と出力がトランスを介して絶縁された方式
※2 一石型：スイッチング素子が一素子
多石型：複数のスイッチング素子　 ex. フルブリッジ： 4 素子All Rights Reserved copyright (C) Bee Technologies Inc. 2008

フェーズ 2
インバータ回路方式 (25 回路方式 )
前スライドに示すタイプのようにインダクタのエネルギーの蓄積、放出を制御する方式
とは別に、その他の方式としてコンデンサのエネルギーの蓄積と放出を制御する
SEPIC 、 CUK 、 ZETA コンバータがある。これらは基本的に上記分類で他励、一石、
非絶縁方式に分類され、絶縁はトランスを介して実現可能であります。
特殊な方式として電流型（ Current-Fed ）コンバータと呼ばれる方式があります。

お問合わせ先 )
horigome@bee-tech.com
Bee Technologies Group
【本社】
株式会社ビー・テクノロジー
〒 105-0012 　東京都港区芝大門一丁目 5 番 3 号大門梅澤ビル 3 階
代表電話 : 03-5401-3851
設立日 :2002 年 9 月 10 日
資本金 :8,830 万円 ( 資本準備金 :1,500 万円 )
【子会社】
Bee Technologies Corporation ( アメリカ )
Siam Bee Technologies Co.,Ltd. ( タイランド )
デバイスモデリング
スパイス・パーク ( デバイスモデル・ライブラリー ) 　
デバイスモデリング教材

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