STM


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CNC用2相バイポーラステッピングドライバを作る

コンセプト
ディスクリートで構成する
専用ICを使うより低発熱&低振動とし,価格は同程度とする
小型化にはあまりこだわらない

6軸分のドライバを1枚の基板に載せる
電源電圧は48Vとする

ドライブ段FETの選定
N-Pコンプリメンタリ出力段とする
N-P二個入りのMOS-FETを選定する
電源電圧を48Vとするため,耐圧は60V以上確保したい
Digikeyで検索をかけたところ,以下の部品を見繕った
検索キー 製品索引 > ディスクリート半導体製品 > FET-アレイ
ドレイン-ソース電圧 60~80V
連続ドレイン電流 3~6A

型番 単価@100個 MAXドレイン電流 On抵抗 ton/tr/toff/tf
AO4612 48.84 4.5A/3.2A 56mΩ/105mΩ 7/4.5/24/4
FDS4559 54.99 4.5A/3.5A 55mΩ/105mΩ 20/18/35/15
AO4611 67.81 6.3A/4.9A 25mΩ/42mΩ 7.6/5/28.9/5.5

AO4611とAO4612が狙い目.AO4612のON抵抗の低さと最大ドレイン電流値が約+20円のコストアップで得られるのは魅力的
→AO4611を選定


上アームプリドライバの選定
プリドライバの構成として候補は2つ
1)コンプリメンタルエミッタフォロア
2)CMOSゲートICの転用
ゲート電圧を高くしてon抵抗を小さくすることを考えると,2)の方法は使えない
1)の方式で検討をすすめる

検索キー
製品索引 > ディスクリート半導体製品 > トランジスタ(BJT)- アレイ
トランジスタタイプ:NPN,PNP / NPN,PNP(エミッタ結合)
BC846BPDW1T1G 10.8円 耐圧65Vを発見
特性はどうでも良い部分なのでこれを選定する

上アームレベルシフタ
N-CH MOSFET+抵抗+PNPエミフォロでレベルシフトする.
ドレイン抵抗は発熱を考えるとなるべく大きくしたい.
BJTで構成すると,コレクタ抵抗を大きくするとスイッチング速度が低下するので使えない.
よってMOSFETを使う.

MOSFETは耐圧が60V以上のものを選定する
選定ポイント FETで一番安いやつでも一個10円する
一方2個入り入FETは14.7円であり,2個入りの方が一個あたりの値段が下がる
→二個入りを採用.下アームのプリドライバにもN-CHFETが必要なので都合が良い
DMN65D8LDW-7 14.7円 耐圧60V

PNPトランジスタ
適当に選定
最安順で検索するとSC-59しか出てこない(5円台)
SC-59だとでかいのでSC-70パッケージで探すと8円台で見つかる
特性はどうでもいいので
BC856BW,115 8.43円を選定

下アームプリドライバ
回路構成はN-CH MOSFET+NPNの変則構成とする
Chan氏の回路を流用 http://elm-chan.org/works/smc/report_j.html
N-CH MOSFETは2個入りの片割れを使う.
NPNトランジスタとダイオードを選定する

NPNトランジスタ
BC846BW,115 8.3円を選定 SC-70

ダイオード
普通のSiDiを選定する
BAS16T,115 7.39円

下アームゲート駆動回路変更
N-chMOSFET+NPNTr+SiDiの構成を当初考えていたが,以下の理由によりN-chMOSFET+C-Cエミフォロに変更する
1)NPNTr+SiDiの構成はC-Cエミフォロ一個にでき,部品点数を減らすことができる
2)C-Cエミフォロはゲート駆動回路として素直な構成であり,無用なトラブルが少なそう

以上をまとめて,片アームの部品費用を試算する
使用箇所 部品概要 型番 単価@100個 必要数
ドライブトランジスタ 二個入りMOSFET(P-ch/N-ch) AO4611 67.8 1
プリドライバ C-Cエミッタフォロア BC846BPDW1T1G 10.8円 2
レベルシフタ 二個入りMOSFET(N-ch2個) DMN65D8LDW-7 14.7円 1
上アームプリドライバのプリドライバ PNPトランジスタ BC856BW,115 8.43円 1
片アーム部品代 111.83円 + 抵抗とコンデンサ 恐らく120円/片アーム
バイポーラSTMだと4アーム分必要になるため,120x4で480円
あとは電流検出回路が必要になる
うーむ...専用ICが500円で手に入る時代だからなかなか厳しい