Bee Style:vol.010

1. vol.010
Bee Style:
Feb 2010:Bee Technologies
コンセプトキット
セミナーのご案内
[モータのスパイスモデルと
シミュレーション]
デザインキット
[DCモータ制御回路]
デバイスモデル
[ステッピングモータ]
[DCモータ]
道具箱
iPod Touchアプリ SpaceTime
株式会社ビー テク
・ ノロジー

2. コンセプトキット
概念設計をサポートする
テンプレートです。
ご提供時期:2010年2月中旬
Bee Style: vol.009(2010年1月号)では、2010 構成される場合もあります。出力回路からステ
年に計画しているサービスをご紹介しました。 ッピングモータへ信号が入り、動作します。
コ
特に、スパイス パークのWEB版」 「太陽
「 ・ 及び ンセプトの段階ですので、具体的な型名は決
電池発電出力シミュレーション」 に高いご関心 まっていません。
ここでデザインしたいのは、
がありました。 優先順位を上げ、 準備中です。 下記の3事項に集約されます。
その時期には、 掲載出来ませんでしたが、 新た
な製品のラインナップをご紹介致します。コ 「 (1)タイミングチャート
ンセプトキッ です。 ト」 コンセプトキッ トの位置 (2)出力回路(IC内部の場合or外付けの場合)
付けは、 デザインキッ トは具体的な回路方式 (3)ステッピングモータの性能
及び部品選定済みの回路解析シミュレータの
テンプレート集ですので、 概念設計に特化し です。 タイミングチャートは、 Fig.2の通
た テンプレート集です。 イメージ的には、 マス り、ABM(Analog Behavior Model)及びデジタ
ワークス社のMATLABのSIMULINK的です。 ルモデルを使用する事で、 モデル化出来ます。
コンセプトキッ トの第1弾は、ユニポーラ型
「 テンプレートとして、 持っていると、 非常に便利
ステッピングモータ(仮称)」 の予定です。 です。 (2)の出力回路の場合、 パワーMOSFET、
トランジスタ、 ダーリントン トランジスタ等で
・
すが、 ここでは、 スイッチング素子を利用しま
PWM Controller IC Output Device
す。パワーMOSFETで構成される場合、 ボディ・
Microcontroller
• Current Mode
• Voltage Mode
• MOSFET
• BJT
STEPPING ダイオードなのか?、 クランプ ダイオードなの
・
MOTOR
• Darlington Transistor か?の注意が必要です。 ここでは、 概念設計で
• etc…
すので、 スイッチング素子で構いません。 概念
設計が終了したら、 部品選定を行い、 その型名
Fig.1 コンセプト のスパイスモデルを活用すれば良い訳けで
す。(3)ステッピングモータは、 この時点である
モータを制御する為には、 PWM IC及びドラ 程度絞り、 周波数特性のパラメータを検討す
イバ回路が必要になります。 PWM ICか何らか れば概念設計が完了します。 ステッピングモー
の制御ICのタイミングチャートが回路解析シミ タの概要につきましては、 page3からご参照
ュレーションをする場合、 必要になります。 そ 下さい。
の信号が、 ドライバ回路=出力回路にいきま コンセプトキッ トからデザインキッ トへの流
す。 ドライバ回路が、 PWM IC(=制御IC)内部に れで、 ご提案出来ればと思います。 お客様専用
含まれる場合があります。 また、 場合によって のコンセプトキッ デザインキッ
ト、 トのご提供
は、 外付け部品、 つまり、 ディスクリート部品で も可能です。 ご検討下さい。
デザインキッ トは、 http://beetech.web.infoseek.co.jp/products/design.html をご参照下さい
MATLAB及びSIMULINKは http://www.mathworks.co.jp/products/ をご参照下さい。
PWM= Pulse Width Modulation
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3. E1
EIA R6 EVALUE R5 U2
PARAMET ERS: IA SWA
CLK IN+ OUT+ IN+ OUT+
I_SET = 0.103
IN- OUT- 100 IN- OUT- 100 FA
C3 C1
EVALUE 10n IF(V(IREFA)>V(IA),5,0) 100p
RCLK I(A) AND2
E2
10MEG IREFA
0 IN+ OUT+
Set current 0
IN- OUT-
EVALUE
0
(0.100A)
IF(V(SWA)>2.5,I_SET-3m,I_SET-30m)
0
V1 = 0
V2 = 5
TD = 0
TR = 10n
TF = 10n
FA
EI/A R10
IAbar
E5
EVALUE R9
SWAbar
U4 Modulated
control signal
IN+ OUT+ IN+ OUT+
PW = {4/pps}
IN- OUT- 100 IN- OUT- 100 /FA
PER = {8/pps} C6 C5
EVALUE 10n IF(V(IREFAbar)>V(IAbar),5,0)
0 I(Abar)
E6 100p AND2
IREFAbar
0 IN+ OUT+
IN- OUT- 0
EVALUE
IF(V(SWA)>2.5,I_SET-3m,I_SET-30m)
0
V1 = 5
Phase sequence V2 = 0
TD = 0
TR = 10n
/FA
R8
E3
EVALUE R7 U3
control signal
EIB
TF = 10n IB SWB
IN+ OUT+ IN+ OUT+
PW = {4/pps} FB
IN- OUT- 100 IN- OUT- 100
PER = {8/pps} C4 C2
EVALUE 10n IF(V(IREFB)>V(IB),5,0) 100p
0 I(B)
E4 AND2
IREFB
0 IN+ OUT+
IN- OUT- 0
EVALUE
IF(V(SWA)>2.5,I_SET-3m,I_SET-30m)
0
V1 = 0
V2 = 5 FB
TD = {2/pps} E7
TR = 10n EI/B R12 EVALUE R11 U5
TF = 10n IBbar SWBbar
IN+ OUT+ IN+ OUT+
PW = {4/pps} /FB
IN- OUT- 100 IN- OUT- 100
PER = {8/pps} C7 C8
EVALUE 10n IF(V(IREFBbar)>V(IBbar),5,0)
0 I(Bbar)
E8 100p AND2
IREFBbar
0 IN+ OUT+
IN- OUT- 0
EVALUE
IF(V(SWA)>2.5,I_SET-3m,I_SET-30m)
0
V1 = 5
V2 = 0 /FB
TD = {2/pps}
TR = 10n
TF = 10n
PW = {4/pps}
PER = {8/pps}
0
Fig.2 PWM ICのタイミングチャート
セミナー情報 DCモーターは、以前より、
でもご提供しておりますが、
スパイス パーク
・
新規に開発した等
価回路モデルのご紹介を致します。DCモータ
ーにつきましては、従来のモデルとどこが変わ
ったのか？新しく開発した等価回路モデルの
ワークショップスタイルの 解説を行います。
少人数形式
回路解析シミュレーションでモーターのア
プリケーション回路を行う場合、どうしてもモ
講義+体験学習 ーターのモデルが必要になります。 モーター
のモデリング、すなわち、等価回路化の考え方
を理解して頂き、実務に役立てて頂ければと
存じます。
2010年のセミナー第二弾として、モーター
「
のスパイスモデルとシミュレーション」 のセミ プログラム：
ナーを開催致します。 SPICEシミュレータでモ
ーターのスパイスモデルをどのように考えて、 1.ステッピングモーターのスパイスモデル
等価回路化(モデリング)すれば良いのか？を 1.1周波数モデルについて
解説していきます。 モーターの種類は、 ステッ 1.2周波数モデル＋内部電圧依存性について
ピングモーターとDCモーターの2種類につい 1.3体験学習(モデリング)
て解説します。
ステッピングモーターは周波数モデルです。 2.DCモーターのスパイスモデル
インピーダンス特性を考慮した等価回路モデ 2.1従来の等価回路モデル
ルになります。 当社で準備したステッピングモ 2.2新規開発した等価回路モデル
ーターの周波数測定のデータをもとに、 等価
回路を作成し、 モデル化を行い、 最終的には等 開催情報は、次ページをご参照下さい。
価回路モデルにします。
「モーターのスパイスモデルとシミュレーション」 のセミナーの詳細情報は、 下記のURLをご参照下さい。
http://beetech-icyk.blogspot.com/2010/01/semina.html
セミナー開催の最新情報は、 メールマガジンでご連絡しています。 是非、
メールマガジンに登録して下さい。
Page 2

4. 下記に開催情報を掲載致します。
開催日 2010年3月2日(火曜日)14 00-16 00
： ： ：
場所 IAIJ会議室
：
住所 〒105-0012
：
東京都港区芝大門二丁目2番7号
7セントラルビル4階
電話 03-5401-3851
：
定員 3名
：
持参 ノートPCにOrCAD Capture,PSpiceの
：
評価版をセッ トアップしてきて下さい。
受講料 5,250円(消費税込み)
：
お申し込み先(メールアドレス) ：
info@bee-tech.com
株式会社ビー テク ・ ノロジー
|Z|-Frequency
皆様のご参加、お待ちしております。 周波数特性
デザインキット 物理的依存性
トルク
スピード
DCモータ制御回路
(仮称) Back EMF Voltage
電圧依存性
ご提供時期:2010年2月初旬
DCモータのプロフェッショナルモデルの完 Fig.3 DCモータの
成に伴い、DCモータの制御回路にて、 新しい プロフェッショナルモデル
デザインキッ トを開発中です。 DCモータのスタ
ンダードモデル版は、 スパイス パーク及びデ
・ Fig.4に実測とシミュレーションの比較を掲
バイスモデリングサービスで既に、 ご提供して 載致します。 DCモータの電圧波形及び電流波
います。今回は、DCモータのプロフェッショナ 形、ドライバデバイスであるQ4のIcをご参照
ル開発の機会を得て、 そのアプリケーション回 下さい。
路に組み込み、 パッケージ化を行いました。 また、 ご提供時には、 詳細の解説書をWEB
スタンダードモデルは、 電気的特性をビヘ サイト(http://www.bee-tech.com/)に掲載致
イビアモデルでデバイスモデリングしていま します。 また、 トピックスは、 Blog(デバイスモデ
す。プロフェッショナルモデルの大きな特徴 リング研究所)にて公開致します。 また、 DCモ
は、電気的特性においては、 従来モデルに電 ータ制御用ICのデバイスモデリングも行って
圧依存性を持たせ、 更に物理的特性も持たせ おりますので、 ご相談下さい。
ました。よって、概念はFig.3になります。
今回のDCモータのアプリケーション回路は、ディスクリート デバイスにて、
・ 構成しておりますが、 DCモータ制御ICにて、制御をするケースも多く
あります。その場合は、キーデバイスになりますので、ICのスパイスモデルを準備しなければなりません。 ・ ノロジーでは、ビー テク ICのスパイスモ
デルもご提供しております。是非、お問い合わせ下さい。 メールアドレス: info@bee-tech.com
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5. Measurement Simulation
VPWM(t) ,2V/DIV VPWM(t) ,2V/DIV
VMotor(t) ,2V/DIV VMotor(t) ,2V/DIV
IMotor(t) ,1V/DIV
IMotor(t)
Measurement Simulation
VPWM(t) ,2V/DIV VPWM(t) ,2V/DIV
VMotor(t) ,2V/DIV VMotor(t) ,2V/DIV
IC,Q4(t) IC,Q4(t) ,1V/DIV
Fig.4 実測とシミュレーションの比較図
回路図及び波形データが印刷物の為、 見にくいかも知れません。 2010年2月初旬には、詳細として、PDFファイルでWEBサイトで公開致します。
WEBサイトのURLは、www.bee-tech.comのデザインキットをクリックして下さい。
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6. スパイスモデル スパイスモデル
ステッピングモータ DCモータ
ステッピングモータのデバイスモデリング DCモータは、 電流波形及び電圧波形に関
は、受動部品のモデリングに類似しておりま して、 正確に再現性のある等価回路モデルで
す。良く文献にある等価回路図は、 抵抗とコイ す。.PARAMにて、 負荷をパラメータで入力す
ルの直列接続です。 しかし、 実際にはインピー る事が出来ます。 概要はFig.3の通りです。 Fig.6
ダンス特性(周波数依存性)があります。 それは の比較図です。
インピーダンス測定機器(Agilent 4294A)で計
測します。先ずはその特性に合わせる等価回 Measurement
路図にて最適化します。 コイルの等価回路が
活用出来ます。ステッピングモータの動作周波
数はある程度、限定されています。 そこで、 動
作周波数の周波数帯域に集中して、 最適化を Start-up current
行います。通常、3素子モデルで構いませんが、
最適化が困難な場合、 ラダー回路を等価回路
に組み込みます。 Fig.5はあるステッピングモ
ータのインピーダンス特性図です。 その等価
回路に巻き線抵抗を挿入します。 最近は、 電圧 Steady-state current
依存性を等価回路に組み込む事もあります。
Time constant
10000
Measurement
Simulation
Simulation
1000
Impedance (Ohm)
Start-up current
100
Steady-state current
10 Time constant
1.0E+02 1.0E+03 1.0E+04 1.0E+05 1.0E+06 1.0E+07 1.0E+08
Frequency (Hz)
Fig.5 インピーダンス特性 Fig.6 DCモータの波形
上記のモータに関するデバイスモデリングは、セミナーを開催しております。是非、
ご参加下さい。東京で2010年3月2日(火曜日)14 00-16 00に
： ：
開催致します。
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7. 前ページのFig.7は上図が、実測の波形(オシロ のがSpaceTimeというアプリです。数式、 つま
スコープ)、下図は、 回路解析シミュレータによ り、関数を作成し、 それを可視化してくれるツ
る波形結果です。 また、概念図(Fig.3)の通り、 ールです。 また、 時間変数であるTを組み込む
物理的な要素も等価回路内に組み込んでいる と、時間軸のアニメーションも生成出来ます。
のが大きな特徴です。 それは、トルクとスピー 特に等価回路を作成する場合、 数式を取り
ドです。上記の数式が反映されます。 また、収 扱う事が多いです。 その数式は、
アイディア次
束性にも考慮した等価回路モデルです。 第でありますので、 自分のイメージの中に、 ラ
イブラリーとして、 可視化された関数のライブ
道具箱 ラリを持っていると実務に役立ちます。
な遊びですが、 常に接している事で、
技術的
センスを
iPod Touchアプリ [SpaceTime] 磨き、 持続出来ると思います。
隙間時間を活用し、数学的センスを持続させる。 アプリ画面は、 この冊子の表紙に掲載してい
ますがデザイン構成上、 縦横比にズレがあり
iPod Touchは携帯端末として、移動時間の ます。 また、計算処理を頻繁にさせると、 iPod
隙間時間に役に立ちます。 色々なアプリがあり Touchは熱くなり、 カイロ代わりにもなります。
ます。 Twitter経由で技術者から教えて頂いた
Bee Style: Volume 010
2010年2月1日 発行
編 者:株式会社ビー テク ・ ノロジー
発行人:堀米 毅
郵便番号105-0012 東京都港区芝大門二丁目2番7号 7セントラルビル4階
Tel (03)5401-3851 (代表)
Fax (03)5401-3852
電子メール info@bee-tech.com
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