spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015
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1.ACモーター駆動制御シミュレーション1.1 コンセプトキットを活用した事例1.2 シンプルモデルを活用して自分の必要な SPICE モデルを作成する2.DCモーター駆動制御シミュレーション2.1 シンプルモデルを活用して自分の必要な SPICE モデルを作成する3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.1 コンセプトキットを活用したユニポーラ・ステッピングモーター制御回路3.2 コンセプトキットを活用したバイポーラ・ステッピングモーター制御回路4.モーター駆動制御関連のデバイスモデリングサービスのご案内5.質疑応答
SPICE を活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー
2015 年 2 月 25 日マルツエレック株式会社
1Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015
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2014 年 9 月 25 日 ( 木曜日 )
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半導体メーカー及び電子部品メーカー ( サプライヤ企業 )
電子機器メーカー
自動車メーカー
社会インフラメーカー
(1) お客様への自社製品の SPICE モデルの提供(2) 自社製品のアプリケーション回路開発
(1) 研究開発及び設計(2) 故障解析キーワード:電源回路、インバータ回路、モーター駆動回路、 LED 照明回路及び電池回路
(1) 研究開発及び設計キーワード: AC モーター駆動回路、インバータ回路、 LED 照明回路 HEV 、 EV 、 二次電池、燃料電池及び回生回路
(1) 全体システム回路設計(2) 故障解析キーワード:太陽電池システム、スマートグリッドシステム、二次電池
対象の市場
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【環境発電 ( エナジーハーベスト ) 分野】発電デバイス + ハーベスト IC+ アプリケーション回路
【生体信号分野】⇒ 人体の SPICE モデル+電子回路シミュレーション(1) 心臓(2) 脳+神経(3) 血液
【教育分野】(1) 実務向けオンサイトセミナー⇒ 企業向け教育プログラムの提供及び実施(2) 教育用プログラム⇒LTspice で回路学習 + キットで実機学習
光起電力 ( 太陽電池 )
振動発電 ( ピエゾ素子 )
温度差発電 ( ペルチェ素子 )
+ ハーベスト IC + アプリケーション回路
対象の市場
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回路解析シミュレータの用途は、多様化しています。
(1) 研究開発 ①次世代半導体のデバイスモデリング及びアプリケーション開発 ②システム開発及び回路開発の回路動作現象(2) 回路設計 ①アプリケーション開発 ②トポロジーの開発及び選定 ③回路設計及び回路動作検証 ④損失計算 ⑤ノイズ検証 ⑥熱解析(3) クレーム解析 ①故障解析 ②オープン・ショート ③想定外使用 ④サージ解析
回路解析シミュレータの用途の多様化
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回路シミュレーションのポイント
【ポイント 1】回路解析シミュレーションの解析精度 =スパイスモデルの解析精度である。 有償 SPICE でも無償 SPICE でも採用する SPICE モデルで解析精度が決定される。 1 個でも変な動作をするスパイスモデルがあると NG
【ポイント 2】シミュレーションの用途に応じた SPICEモデルを採用する。 波形動作確認であれば、簡易 SPICE モデルでも問題ない。 損失計算を行う場合、過渡現象において再現性のある SPICE モデルを採用する。 温度シミュレーションをしたい場合には、温度対応 SPICE モデルを採用する。 ノイズシミュレーションをしたい場合には、ノイズ対応 SPICE モデルを採用する。
【ポイント 3】回路シミュレーションをする回路は正確に入力する。 回路シミュレーションをする場合、回路知識が必要です。 回路解析結果の正誤を判断する必要があります。
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回路設計のワークフロー
仕様
回路方式選択( トポロジーの選定 )
詳細回路設計回路図作成材料表作成
基板設計
回路設計
ビー・テクノロジー製品及びサービス
コンセプトキット製品
デザインキット製品シンプルモデル
デバイスモデリング教材スパイス・パーク
デバイスモデリングサービス
カスタムデザインキットサービス
ビー・テクノロジー製品及びサービス
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シミュレーション上の課題について
第一の壁
第二の壁
第三の壁
第一の壁: SPICE の習得第二の壁: SPICE モデルの入手第三の壁:シミュレーション技術
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シミュレーション解析時間
10%90%
実際のシミュレーション解析時間
実際の解析時間は 10%程度です。 90%の時間を SPICE モデルの入手に費やしています。
SPICE モデルの入手に費やしています。
サプライヤ企業から入手するスパイス・パークからダウンロードするデバイスモデリングサービスを活用する自分で SPICE モデルを作成する
シミュレーション上の課題について
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ダイオードの SPCIE モデルを作成する場合の事例(ダイオードの SPICE モデルは 3種類ある )
デバイスモデリングの難易度
高い
低い
電流減少率モデル⇒等価回路で -didt を再現している
IFIR法モデル⇒等価回路で Trr(trj +trb) を再現している
パラメータモデル⇒ パラメータだけで作成できる簡易型モデル
シミュレーション上の課題について
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① 再現性問題 実機波形とシミュレーション波形が合わない【解決方法】目的に合った SPICE モデルを採用する目に見えない寄生素子も考慮し、回路図に反映させる【ご提供するサービス】SPICE モデルをご提供する「デバイスモデリングサービス」シミュレーションデータをご提供する「デザインキットサービス」
② 解析時間問題 早くシミュレーション結果を知りたいのにシミュレーションに多くの時間を有する【解決方法】目的に合った SPICE モデルを採用するタイムスケール機能を採用する【ご提供するサービス】SPICE モデルをご提供する「デバイスモデリングサービス」シミュレーションデータをご提供する「デザインキットサービス」
③収束エラー問題 最後までシミュレーションが実行出来ず、途中で計算が止まってしまう。【解決方法】SPICE の .OPTIONS のパラメータを最適化する。スナバ回路等を挿入して急変する過渡応答性、過渡現象を緩和する。回路動作に影響しないように微小抵抗を適宜挿入する。【ご提供するサービス】収束エラー解決サービス
シミュレーション上の課題について
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Motenergy, Inc (ME0913)
Motor Electrical Parameters• Operating Voltage Range..........................0 – 72 VMAX
• Rated Continuous Current........................140 Arms
• Peak Stalled Current.................................400 Arms
• Voltage Constant.......................................50 RPM/V
• Phase Resistance (L-L).............................0.0125 Ω
• Phase Inductance......................................105uH at 120Hz, 110uH at 1kHz
• Maximum Continuous Power Rating……..17KW at 102VDC Battery Voltage
14.3KW at 84VDC Battery Voltage
12KW at 72VDC Battery Voltage
Motor Mechanical Parameters• Rated Speed.............................................3000 RPM
• Maximum Speed.......................................5000 RPM
• Rated Torque............................................288 Lb-in
• Torque Constant.......................................1.6 Lb-in/A
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1.ACモーター駆動制御シミュレーション1.1 コンセプトキットを活用した事例
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1.ACモーター駆動制御シミュレーション1.1 コンセプトキットを活用した事例
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![Page 16: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/16.jpg)
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1.ACモーター駆動制御シミュレーション1.1 コンセプトキットを活用した事例
PSpice VersionLTspice Version
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• The Torque are defined by :
At 140Arms (Rated Continuous Current)
KT = 1.6 Lb-in/A
Tphe = 1.6 140 = 224Lb-in
Te = 224*3= 672Lb-in
• The Back-EMF are defined by :
At 5000 RPM (Maximum Speed)
Ephe ≈ VBAT (In an ideal motor, R and L are zero)
Ephe = 102V
KE = Ephe /ωm = 102 / 5000
KE ≈ 0.02V/RPM
Torque and Back-EMF
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wTw
vTv
uTu
IKT
IKT
IKT
mEw
mEv
mEu
KE
KE
KE
phe : u, v, w
Vphe : Phase voltage applied from inverter to motor
VAC : Operating voltage range (Maximum voltage)
VBAT : DC Voltage applied from battery
Iphe : Phase current
Tphe : Electric torque produced by u, v, w phase
Te : Electric torque produced by motor
Ephe : Phase Back-EMF
KE : Back-EMF constant KT : Torque constant
ωm : Angular speed of rotor
1 Pound Inch equals 0.11 Nm
TwTvTueT
(1)
(2)
(3)
1.ACモーター駆動制御シミュレーション1.1 コンセプトキットを活用した事例
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L 11 2
B E M F 1R 1
L 21 2
B E M F 2R 2
L 31 2
B E M F 3R 3
N 0
U
V
W
Phase Resistance (L-L) : 0.0125ΩPhase Inductance: 105uH
: 110uH
Frequency Response
105uH
110uH
Fig.2 Phase-to-GroundFig. 1 Scheme of the 3-Phase Model
1.ACモーター駆動制御シミュレーション1.1 コンセプトキットを活用した事例
![Page 19: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/19.jpg)
PARAMETERS:
K T = 1 . 6K E = 0 . 0 2
L L = 1 0 5 UR L L = 0 . 0 1 2 5
PARAMETERS:L O A D = 1 4 0
U 3
L M = L L I L = L O A D
K T0 = K TR M = R L L * 0 . 5
1 2S
PT
Q
e m f _ u
0
IN+IN-
OUT+OUT-
E M F _ V
e u
0
IN+IN-
OUT+OUT-
E M F _ W
0
IN+IN-
OUT+OUT-
E L I M _ V
0
lim _ v
IN+IN-
OUT+OUT-
E S P
0
0
IN+IN-
OUT+OUT-
E L I M _ Wlim _ w
0
e m f _ ve v
e m f _ u
-+
+-
E 2
0e m f _ v
e m f _ we w-+
+-
E 3
e m f _ w0
n 1
t u
0
t v
0
t w
N 0
n 2
U
n 3W
V
V u
s p e e dU 4A N D 3 A M B
IN+IN-
OUT+OUT-
E TQ
0
m u l
V v
t o rq u e
V w
-+
+-
E 1
0
0
IN+IN-
OUT+OUT-
E M F _ U
0
IN+IN-
OUT+OUT-
E L I M _ U
0
lim _ u
s p _ v
s p _ u
s p _ us p _ w
s p _ ws p _ v
U 1
L M = L L I L = L O A D
K T0 = K TR M = R L L * 0 . 5
1 2S
PT
Q
U 2
L M = L L I L = L O A D
K T0 = K TR M = R L L * 0 . 5
1 2S
PT
Q
The 3-Phase AC Motor Equivalent Circuit
• This figure shows the equivalent circuit of AC motor model that includes the |Z|-frequency part ,Back-EMF voltage part ,and Mechanical part.
• The Back-EMF voltage is the voltage generated across the motor's terminals as the windings move through the motor's magnetic field.
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|Z| - Frequency Back-EMF Voltage
Mechanical part
Fig. 3 Three-Phase AC Motor Equivalent Circuit
1.ACモーター駆動制御シミュレーション1.1 コンセプトキットを活用した事例
![Page 20: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/20.jpg)
Parameters Settings
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LOAD : Load current each phase of motor [Arms]– e.g. LL = 125Arms, 140Arms, or 400Arms
LL : Phase inductance [H]– e.g. LL = 10mH, 100mH, or 1H
RLL : Phase resistance (Phase-to-phase) [Ω]– e.g. RLL = 10mΩ, 100mΩ, or 1Ω
KE : Back-EMF constant [V/RPM]– e.g. KE= 0.01, 0.05, or 0.1
KT : Torque constant [Lb-in/A]– e.g. KT= 0.1, 0.5, or 1
1 Pound Inch equals 0.11 Nm
Model Parameters:
Fig. 4 Symbol of 3-Phase Induction Motor
• From the 3-Phase Induction Motor specification, the model is characterized by setting parameters LL, RLL, KE, KT and LOAD.
M N 0
U 1M E 0 9 1 3
L L = 1 0 5 U
L O A D = 1 4 0K T = 1 . 6K E = 0 . 0 2R L L = 0 . 0 1 2 5
1
2
3
4
1.ACモーター駆動制御シミュレーション1.1 コンセプトキットを活用した事例
![Page 21: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/21.jpg)
Simulation Circuit of 3-Phase AC Motor Model
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• Fig.5 Analysis of motor operation powered by alternating voltage variation involves using the model of three-phase induction motor.
N 0N 0
R U
R V
R W
U 2G D R VU
D
UP
VDVP
WD
WP
RU, RV, RW: 173.75m
U P U D V DV P W P W D
V 11 0 2 V +
-
+
-
S 1 D 1D M O D _ 0 1
+
-
+
-
S 2 D 2D M O D _ 0 1
U P
U D
0
0
+
-
+
-
S 3
M N 0
U 1M E 0 9 1 3
L L = 1 0 5 U
L O A D = 1 4 0K T = 1 . 6K E = 0 . 0 2R L L = 0 . 0 1 2 5
1
2
3
4
D 3D M O D _ 0 1
+
-
+
-
S 4 D 4D M O D _ 0 1
V P
V D
0
0
+
-
+
-
S 5 D 5D M O D _ 0 1
+
-
+
-
S 6 D 6D M O D _ 0 1
W P
W D
0
0
U
0
V
W
V 21 0 2 V
1.ACモーター駆動制御シミュレーション1.1 コンセプトキットを活用した事例
![Page 22: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/22.jpg)
Phase Current Characteristics Under Load Variation - Simulation Results
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 22
Fig. 6 Current Characteristics under load Condition
Time
0s 500msI(RU)/SQRT(2)
-500A
0A
500A Time
0s 500msI(RU)/SQRT(2)
-500A
0A
500A
Time
0s 500msI(RU)/SQRT(2)
-500A
0A
500A
Load 50Arms
Load 140Arms
Load 200Arms
Reference of Phase U
1.ACモーター駆動制御シミュレーション1.1 コンセプトキットを活用した事例
![Page 23: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/23.jpg)
Time
0s 500msV(X_U1.EU)
-200V
-100V
0V
100V
200V Time
0s 500msV(X_U1.EU)
-200V
-100V
0V
100V
200V Time
0s 500msV(X_U1.EU)
-200V
-100V
0V
100V
200V
Back-EMF Characteristics Under Load Condition - Simulation Results
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 23
Fig. 7 Back-EMF Characteristics under load Condition
Load 50Arms
Load 140Arms
Load 200Arms
Reference of Phase U
1.ACモーター駆動制御シミュレーション1.1 コンセプトキットを活用した事例
![Page 24: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/24.jpg)
Time
0s 500msV(X_U1.tu)
0V
0.5KV
1.0KV
(446.486m,223.728)
V(X_U1.speed)0V
1.0KV
2.0KV
3.0KV
4.0KV
SEL>>
(464.146m,3.2311K)
Speed and Torque Characteristics At 140Arms- Simulation Results
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 24
Fig. 8 Speed and Torque Characteristics at Load=140Arms
The Load 140(Arms) is Rated Continuous Current
Tphe: Electric torque produced by each phase
RPM
Lb-in
Reference of Phase U
1.ACモーター駆動制御シミュレーション1.1 コンセプトキットを活用した事例
![Page 25: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/25.jpg)
Time
0.5s 1.0s100*( (RMS(V(U,N0))*RMS(I(RU))) / (RMS(V(RU:1,N0))*RMS(I(RU))) )
0
50
100
(962.500m,81.941)
RMS(V(RU:1,N0))*RMS(I(RU))0W
10KW
20KW
SEL>>
(960.616m,13.662K)
Power Output and Efficiency Characteristics At 140Arms- Simulation Results
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 25
Fig. 9 Power Output and Efficiency Characteristics at Load=140Arms
At Load=140Arms, Power Output ≈ 13.7 [KW]
At Load=140Arms, Efficiency ≈ 82 [%]
Watt
[%]
Reference of Phase U
1.ACモーター駆動制御シミュレーション1.1 コンセプトキットを活用した事例
![Page 26: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/26.jpg)
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2.DCモーター駆動制御シミュレーション2.1 シンプルモデルを活用して自分の必要な SPICE モデルを作成する
PSpice VersionLTspice Version
![Page 27: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/27.jpg)
Parameter SettingsIf there is no measurement data, the default value will be used:
Rm: motor winding resistance []Lm: motor winding inductance [H]
Data is given by D.C. motor spec-sheet:
V_norm: normal voltage [V]
mNm: normal load [mNm]
kRPM_norm: speed at normal load [kr/min]
I_norm: current at normal load [A]
Load Condition:
IL: load current [A]
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Model Parameters:
D.C. Motor model and Parameters with Default Value
-+
U 1S M P L _ D C _ M O TO RR m = 0 . 1L m = 1 0 0 u
I _ n o rm = 6 . 1
m N m = 1 9 . 6V _ n o rm = 7 . 2
k R P M _ n o rm = 1 4 . 4
I L = 6 . 1
2.DCモーター駆動制御シミュレーション2.1 シンプルモデルを活用して自分の必要な SPICE モデルを作成する
![Page 28: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/28.jpg)
D.C. Motor Specification (Example)
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 28
-+
U 1S M P L _ D C _ M O TO RR m = 0 . 1L m = 1 0 0 u
I _ n o rm = 6 . 1
m N m = 1 9 . 6V _ n o rm = 7 . 2
k R P M _ n o rm = 1 4 . 4
I L = 6 . 1 D.C. Motor Specification Parameters are input
2.DCモーター駆動制御シミュレーション2.1 シンプルモデルを活用して自分の必要な SPICE モデルを作成する
![Page 29: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/29.jpg)
00
V M
V I M
V 1
V 2 = V O U TT2 = 0 . 0 1 m
PARAMETERS:V O U T = 1 0 . 2 5
R s = 0 . 5
R SR s
-+
U 1S M P L _ D C _ M O TO RR m = 0 . 1L m = 1 0 0 u
I _ n o rm = 6 . 1
m N m = 1 9 . 6V _ n o rm = 7 . 2
k R P M _ n o rm = 1 4 . 4
I L = 6 . 1
•*Analysis directives: • .TRAN 0 400m 0 0.1m •.PROBE V(*) I(*) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 29
Current Sensing
Simplified D.C. Motor with RS-540SH Spec.
Input the Supply No Load Voltage* and Series Resistance
Simulation Circuit and Setting
*No Load Voltage is adjusted until the D.C. motor voltage (VM) equals to the normal voltage (7.2V). Load Condition IL=I_norm
Motor Start Up Simulation at Normal Load (1/3)
2.DCモーター駆動制御シミュレーション2.1 シンプルモデルを活用して自分の必要な SPICE モデルを作成する
![Page 30: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/30.jpg)
Motor Start Up Simulation at Normal Load (2/3)
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 30
Select “All” for the Voltages and Currents Data Collection Options.
2.DCモーター駆動制御シミュレーション2.1 シンプルモデルを活用して自分の必要な SPICE モデルを作成する
![Page 31: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/31.jpg)
Motor Start Up Simulation at Normal Load (3/3)
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 31
Time
0s 40ms 80ms 120ms 160ms 200ms 240ms 280ms 320ms 360ms 400msI(VIM)
0A
10A
20AV(VM)
0V
5V
10V
SEL>>
I(X_U1.V_kRPM)0A
10A
20AV(X_U1.TRQ)
0V
40V
80V
D.C. Motor Current = 6.1A
D.C. Motor Voltage = 7.2V
D.C. Motor Speed = 14.4krpm
Torque Load= 19.6mNm
2.DCモーター駆動制御シミュレーション2.1 シンプルモデルを活用して自分の必要な SPICE モデルを作成する
![Page 32: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/32.jpg)
•*Analysis directives: • .TRAN 0 400m 0 0.1m •.PROBE V(*) I(*) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 32
Current Sensing
Simplified D.C. Motor with RS-540SH Spec.
Input the Supply No Load Voltage* and Series Resistance
Simulation Circuit and Setting
*No Load Voltage is adjusted until the D.C. motor voltage (VM) equals to the normal voltage (7.2V). Load Condition IL=I_norm
Motor Start Up Simulation at Half of Normal Load (1/2)
00
V M
V I M
V 1
V 2 = V O U TT2 = 0 . 0 1 m
PARAMETERS:V O U T = 1 0 . 2 5
R s = 0 . 5
R SR s
-+
U 1S M P L _ D C _ M O TO RR m = 0 . 1L m = 1 0 0 u
I _ n o rm = 6 . 1
m N m = 1 9 . 6V _ n o rm = 7 . 2
k R P M _ n o rm = 1 4 . 4
I L = 3 . 0 5
2.DCモーター駆動制御シミュレーション2.1 シンプルモデルを活用して自分の必要な SPICE モデルを作成する
![Page 33: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/33.jpg)
Time
0s 40ms 80ms 120ms 160ms 200ms 240ms 280ms 320ms 360ms 400msI(VIM)
0A
10A
20AV(VM)
0V
5V
10VI(X_U1.V_kRPM)
0A
10A
20A
SEL>>
V(X_U1.TRQ)0V
40V
80V
Motor Start Up Simulation at Half of Normal Load (2/2)
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 33
D.C. Motor Current = 3.05A
D.C. Motor Voltage = 8.725V
D.C. Motor Speed = 18.4krpm
Torque Load= 9.8mNm
2.DCモーター駆動制御シミュレーション2.1 シンプルモデルを活用して自分の必要な SPICE モデルを作成する
![Page 34: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/34.jpg)
-+
U 2S M P L _ D C _ M O TO RR m = 0 . 5 7 6L m = 1 6 5 u
I _ n o rm = 2 . 9
m N m = 9 . 8V _ n o rm = 7 . 2
k R P M _ n o rm = 1 4 . 2
I L = 0 . 6NC
NC
NCA
K
VCC
VO
GND
U 1
TL P 3 5 0
V 1
TD = 0
TF = 1 0 nP W = 1 9 9 . 9 9 uP E R = 4 0 0 u
V 1 = 0
TR = 1 0 n
V 2 = 1 . 8
0
R 11 u
0
V c c1 5 V
0
V C C
V D D
0
R G1 2 0
0
D G T1 0 J 3 2 1 _ sD 3
V C C
V d d1 5 V
V D D
0D 4 0 0 1D 2
U 3G T1 0 J 3 2 1
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 34
Simplified D.C. Motor with RS-380PH Spec at No load.
Simulation Circuit and Setting
No load IL=0.6
Application Example (1/3)
2.DCモーター駆動制御シミュレーション2.1 シンプルモデルを活用して自分の必要な SPICE モデルを作成する
![Page 35: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/35.jpg)
Time
-100ms 0s 100ms 300ms 500ms 700ms 900ms1 I(U2:1) 2 V(U2:1,U2:2)
-2A
0A
2A
4A
6A
8A
10A
12A
14A1
-60V
-50V
-40V
-30V
-20V
-10V
0V
10V
20V2
>>
Application Example (2/3)
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 35
Measurement Simulation
Motor Current (2A/Div)
Motor Voltage (10V/Div)
2.DCモーター駆動制御シミュレーション2.1 シンプルモデルを活用して自分の必要な SPICE モデルを作成する
![Page 36: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/36.jpg)
Time
898.0ms 898.4ms 898.8ms 899.2ms 899.6ms1 I(U3:C) 2 V(U3:C) 3 V(U3:G)
-2A
0A
2A
4A
6A
8A
10A
12A
14A1
>>-30V
-20V
-10V
0V
10V
20V
30V
40V
50V2
-60V
-50V
-40V
-30V
-20V
-10V
0V
10V
20V3
Application Example (3/3)
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 36
Measurement Simulation
IGBT: VGE
IGBT: VCE
IGBT: IC
IGBT: VGE (10V/Div)
IGBT: VCE (10V/Div)
IGBT: IC (2A/Div)
2.DCモーター駆動制御シミュレーション2.1 シンプルモデルを活用して自分の必要な SPICE モデルを作成する
![Page 37: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/37.jpg)
Time
898.0ms 898.4ms 898.8ms 899.2ms 899.6ms1 I(U3:C) 2 V(U3:C) 3 V(U3:G)
-2A
0A
2A
4A
6A
8A
10A
12A
14A1
-30V
-20V
-10V
0V
10V
20V
30V
40V
50V2
-60V
-50V
-40V
-30V
-20V
-10V
0V
10V
20V3
>>
Winding Characteristic Parameters: Lm
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 37
-+
U 2S M P L _ D C _ M O TO RR m = 0 . 5 7 6L m = 1 6 5 u
I _ n o rm = 2 . 9
m N m = 9 . 8V _ n o rm = 7 . 2
k R P M _ n o rm = 1 4 . 2
I L = 0 . 6
Winding Characteristic: Lm
Motor Spec.
Load Condition
Lm=165u
Lm=100uThe Motor Current Waveform is changed
by the Lm values.
Lm=165u
Lm=100u
2.DCモーター駆動制御シミュレーション2.1 シンプルモデルを活用して自分の必要な SPICE モデルを作成する
![Page 38: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/38.jpg)
Winding Characteristic Parameters: Rm
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 38
-+
U 2S M P L _ D C _ M O TO RR m = 0 . 5 7 6L m = 1 6 5 u
I _ n o rm = 2 . 9
m N m = 9 . 8V _ n o rm = 7 . 2
k R P M _ n o rm = 1 4 . 2
I L = 0 . 6
Winding Characteristic: Rm
Motor Spec.
Load Condition
Rm=0.576
Rm=0.1
The Motor Start-up is Current changed by the Rm values.
2.DCモーター駆動制御シミュレーション2.1 シンプルモデルを活用して自分の必要な SPICE モデルを作成する
![Page 39: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/39.jpg)
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 39
B
Bc om
A
/B
A c om
/A
U 1U N I -P O L A R _ S TE P _ M O TRL = 2 . 5 MR = 4 . 2
U 8
A N D
U 9
A N D
R 11 k
0
F B
D I O D ED 1
D I O D ED 2
D I O D ED 3
D I O D ED 4
PARAMETERS:I _ S E T = 0 . 5
V H Y S = 0 . 1
B
0
PARAMETERS:R O N = 1 0 m
0
U 1 01 -P H A S EP P S = 1 0 0
C L KF A
/ F A
F B
/ F B
0
0
U 6
A N D
F A
+
-
REF
-+
FB.
U 2
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
/ F A
/ F B
V C C
+
-
REF
-+
FB.
U 3
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
+
-
REF
-+
FB.
U 4
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
/ B
/ A
+
-
+
-
S 4
SR O N = R O N
A
+
-
REF
-+
FB.
U 5
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
C L K
+
-
+
-
S 1
SR O N = R O N
+
-
+
-
S 2
SR O N = R O N
+
-
+
-
S 3
SR O N = R O N
V C C
V C C V C C
0
V C C
V c c1 2
V C C
V C C
U 7
A N D
Unipolar Stepping Motor Drive Circuit Simulation PSpice Version
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.1 コンセプトキットを活用したユニポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 40: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/40.jpg)
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 40
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.1 コンセプトキットを活用したユニポーラ・ステッピングモーター制御回路
PSpice Version only
![Page 41: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/41.jpg)
Contents1. Concept of Simulation2. Unipolar Stepping Motor Drive Circuit3. Unipolar Stepping Motor4. Switches5. Signal Generator6. Hysteresis-Based Current Controller7. Unipolar Stepping Motor Drive Circuit (Example)
7.1 One-Phase Sequence Drive, IPHASE=0.5A, IRIPPLE=0.1A7.2 Two-Phase Sequence Drive, IPHASE=0.5A, IRIPPLE=0.1A7.3 Half-Phase Sequence Drive, IPHASE=0.5A, IRIPPLE=0.1A
8. Drive Circuit Efficiency
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 41
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.1 コンセプトキットを活用したユニポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 42: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/42.jpg)
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 42
Driver Unit:(e.g. Hysteresis-Based Controller)
Parameter:• I_SET• HYS
Switches(e.g. FET, Diode)
Parameter:• Ron
Stepping Motor
Parameter:• L• R
Control Unit (e.g. Microcontroller)
Sequence:• One-Phase• Two-Phase• Half-Step
U ?1 -P H A S EP P S = 1 0 0
C L KF A
/ F A
F B
/ F B
U ?2 -P H A S EP P S = 1 0 0
C L KF A
/ F A
F B
/ F B
U ?H A L F -S TE PP P S = 1 0 0
C L KF A
/ F A
F B
/ F B
B
Bc om
A
/B
A c om
/A
U ?U N I -P O L A R _ S TE P _ M O TRL = 2 . 5 MR = 4 . 2
Models:
Block Diagram:
D I O D ED 1
0
+
-
+
-
S 1
SR O N = 1 0 m
V C C
C t rl_ A A
Concept of Simulation
U 2
A N D
+
-
REF
-+
FB.
U 1
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
C t r l_ AF A
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.1 コンセプトキットを活用したユニポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 43: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/43.jpg)
2.Unipolar Stepping Motor Drive Circuit
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 43
Signal generator Hysteresis Based Current Controller
Switches Unipolar Stepping Motor Supply Voltage
B
Bc om
A
/B
A c om
/A
U 1U N I -P O L A R _ S TE P _ M O TRL = 2 . 5 MR = 4 . 2
U 8
A N D
U 9
A N D
R 11 k
0
F B
D I O D ED 1
D I O D ED 2
D I O D ED 3
D I O D ED 4
PARAMETERS:I _ S E T = 0 . 5
V H Y S = 0 . 1
B
0
PARAMETERS:R O N = 1 0 m
0
U 1 01 -P H A S EP P S = 1 0 0
C L KF A
/ F A
F B
/ F B
0
0
U 6
A N D
F A
+
-
REF
-+
FB.
U 2
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
/ F A
/ F B
V C C
+
-
REF
-+
FB.
U 3
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
+
-
REF
-+
FB.
U 4
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
/ B
/ A
+
-
+
-
S 4
SR O N = R O N
A
+
-
REF
-+
FB.
U 5
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
C L K
+
-
+
-
S 1
SR O N = R O N
+
-
+
-
S 2
SR O N = R O N
+
-
+
-
S 3
SR O N = R O N
V C C
V C C V C C
0
V C C
V c c1 2
V C C
V C C
U 7
A N D
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.1 コンセプトキットを活用したユニポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 44: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/44.jpg)
Unipolar Stepping Motor
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 44
• The electrical equivalent circuit of each phase consists of an inductance of the phase winding series with resistance.
• The inductance is ideal (without saturation characteristics and the mutual inductance between phases)
• The motor back EMF is set as zero to simplified the model parameters extraction.
B
Bc om
A
/B
A c om
/A
U 1U N I -P O L A R _ S TE P _ M O TRL = 2 . 5 MR = 4 . 2
Input the inductance and resistance values (parameter: L, R) of the stepping motor, that are usually provided by the manufacturer datasheet, to generally model the phase winding.
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.1 コンセプトキットを活用したユニポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 45: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/45.jpg)
Switches
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 45
• A near-ideal DIODE can be modeled by using spice primitive model (D), which parameter: N=0.01 RS=0.
• A near-ideal MOSFET can be modeled by using PSpice VSWITCH that is voltage controlled switch.
D I O D ED 1
0
+
-
+
-
S 1
SR O N = 1 0 m
V C C
C t rl_ A A
The parameter RON represents Rds(on) characteristics of MOSFET, that are usually provide by the manufacturer datasheet. The value could be about 10m to 10 ohm.
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.1 コンセプトキットを活用したユニポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 46: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/46.jpg)
Signal Generator
The signal generators are used as a microcontroller capable of generating step pulses and direction signals for the driver.
There are 3 useful stepping sequences to control unipolar stepping motor
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 46
One-Phase (Wave Drive)•Consumes the least power. •Assures the accuracy regardless of the winding imbalance.
Two-Phase (Hi-Torque)•Energizes 2 phases at the same time. •Offers an improved torque-speed result and greater holding torque.
U ?1 -P H A S EP P S = 1 0 0
C L KF A
/ F A
F B
/ F B
U ?2 -P H A S EP P S = 1 0 0
C L KF A
/ F A
F B
/ F B
U ?H A L F -S TE PP P S = 1 0 0
C L KF A
/ F A
F B
/ F B
Half-Step•Doubles the stepping resolution of the motor. •Reduces motor resonance which could cause a motor to stall at a resonant frequency. •Please note that this sequence is 8 steps.
Input PPS (Pulse Per Second) as a clock pulse speed(frequency).
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.1 コンセプトキットを活用したユニポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 47: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/47.jpg)
One-Phase Sequence
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 47
Time
0s 40ms 80msV(/FB)
0V
5.0V
SEL>>
V(FB)0V
2.5V
5.0VV(/FA)
0V
2.5V
5.0VV(FA)
0V
2.5V
5.0VV(CLK)
0V
2.5V
5.0V
ON
ON
ON
ON
Clock
Phase A
Phase /A
Phase B
Phase /B
1 Sequence
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.1 コンセプトキットを活用したユニポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 48: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/48.jpg)
Time
0s 40ms 80msV(/FB)
0V
5.0V
SEL>>
V(FB)0V
2.5V
5.0VV(/FA)
0V
2.5V
5.0VV(FA)
0V
2.5V
5.0VV(CLK)
0V
2.5V
5.0V
Two-Phase Sequence
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 48
ON
ON
ON
ON
1 Sequence
Clock
Phase A
Phase /A
Phase B
Phase /B ON
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.1 コンセプトキットを活用したユニポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 49: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/49.jpg)
Time
0s 80ms 160msV(/FB)
0V
5.0V
SEL>>
V(FB)0V
2.5V
5.0VV(/FA)
0V
2.5V
5.0VV(FA)
0V
2.5V
5.0VV(CLK)
0V
2.0V
4.0V
Half-Step Sequence
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 49
ON
ON
ON
1 Sequence
Clock
Phase A
Phase /A
Phase B
Phase /B ON
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.1 コンセプトキットを活用したユニポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 50: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/50.jpg)
6.Hysteresis-Based Current Controller
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 50
• Controlled by the signal from the microcontroller.
• Generate the switch (MOSFET) drive signal by comparing the measured phase current with their references.
Input the reference value at the I_SET (e.g. I_SET=0.5A) to set the regulated current level. The hysteresis current value is set at the VHYS (e.g. VHYS=0.1A).
U 2
A N D
+
-
REF
-+
FB.
U 1
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = 0 . 5V H Y S = 0 . 1
C t r l_ AF A
![Page 51: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/51.jpg)
B
Bc om
A
/B
A c om
/A
U 1U N I -P O L A R _ S TE P _ M O TRL = 2 . 5 MR = 4 . 2
U 8
A N D
U 9
A N D
R 11 k
0
F B
D I O D ED 1
D I O D ED 2
D I O D ED 3
D I O D ED 4
PARAMETERS:I _ S E T = 0 . 5
V H Y S = 0 . 1
B
0
PARAMETERS:R O N = 1 0 m
0
U 1 01 -P H A S EP P S = 1 0 0
C L KF A
/ F A
F B
/ F B
0
0
U 6
A N D
F A
+
-
REF
-+
FB.
U 2
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
/ F A
/ F B
V C C
+
-
REF
-+
FB.
U 3
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
+
-
REF
-+
FB.
U 4
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
/ B
/ A
+
-
+
-
S 4
SR O N = R O N
A
+
-
REF
-+
FB.
U 5
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
C L K
+
-
+
-
S 1
SR O N = R O N
+
-
+
-
S 2
SR O N = R O N
+
-
+
-
S 3
SR O N = R O N
V C C
V C C V C C
0
V C C
V c c1 2
V C C
V C C
U 7
A N D
One-Phase Sequence Drive, IPHASE=0.5A, IRIPPLE=0.1A
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 51
*Analysis directives: .TRAN 0 40ms 0 10u
One-Phase Step Sequence Generator (100 pps)
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.1 コンセプトキットを活用したユニポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 52: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/52.jpg)
Time
0s 10ms 20ms 30ms 40ms1 V(/FB) 2 -I(U1:/B)
0V
2.5V
5.0V1
0A
0.5A
1.0A2
SEL>>SEL>>
1 V(FB) 2 -I(U1:B)0V
2.5V
5.0V1
0A
0.5A
1.0A2
>>
1 V(/FA) 2 -I(U1:/A)0V
2.5V
5.0V1
0A
0.5A
1.0A2
>>
1 V(FA) 2 -I(U1:A)0V
2.5V
5.0V1
0A
0.5A
1.0A2
>>
V(CLK)0V
2.5V
5.0V
One-Phase Sequence Drive, IPHASE=0.5A, IRIPPLE=0.1A
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 52
Clock
Phase A Current
I_SET=0.5A
I_HYS=0.1A
Phase /A Current
Phase B Current
Phase /B Current
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.1 コンセプトキットを活用したユニポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 53: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/53.jpg)
B
Bc om
A
/B
A c om
/A
U 1U N I -P O L A R _ S TE P _ M O TRL = 2 . 5 MR = 4 . 2
U 8
A N D
U 9
A N D
R 11 k
0
F B
D I O D ED 1
D I O D ED 2
D I O D ED 3
D I O D ED 4
PARAMETERS:I _ S E T = 0 . 5
V H Y S = 0 . 1
B
0
PARAMETERS:R O N = 1 0 m
0
0
0
U 6
A N D
F A
+
-
REF
-+
FB.
U 2
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
/ F A
/ F B
V C C
+
-
REF
-+
FB.
U 3
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
+
-
REF
-+
FB.
U 4
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
/ B
/ A
+
-
+
-
S 4
SR O N = R O N
A
+
-
REF
-+
FB.
U 5
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
C L K
+
-
+
-
S 1
SR O N = R O N
+
-
+
-
S 2
SR O N = R O N
+
-
+
-
S 3
SR O N = R O N
V C C
V C C V C C
0
V C C
V c c1 2
V C C
V C C
U 7
A N D
U 1 02 -P H A S EP P S = 1 0 0
C L KF A
/ F A
F B
/ F B
Two-Phase Sequence Drive, IPHASE=0.5A, IRIPPLE=0.1A
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 53
*Analysis directives: .TRAN 0 40ms 0 10u SKIPBP .OPTIONS ITL4= 40
Two-Phase Step Sequence Generator (100 pps)
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.1 コンセプトキットを活用したユニポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 54: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/54.jpg)
Time
0s 10ms 20ms 30ms 40ms1 V(/FB) 2 -I(U1:/B)
0V
2.5V
5.0V1
0A
0.5A
1.0A2
SEL>>SEL>>
1 V(FB) 2 -I(U1:B)0V
2.5V
5.0V1
0A
0.5A
1.0A2
>>
1 V(/FA) 2 -I(U1:/A)0V
2.5V
5.0V1
0A
0.5A
1.0A2
>>
1 V(FA) 2 -I(U1:A)0V
2.5V
5.0V1
0A
0.5A
1.0A2
>>
V(CLK)0V
2.5V
5.0V
Two-Phase Sequence Drive, IPHASE=0.5A, IRIPPLE=0.1A
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 54
Clock
Phase A Current
I_SET=0.5A
I_HYS=0.1A
Phase /A Current
Phase B Current
Phase /B Current
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.1 コンセプトキットを活用したユニポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 55: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/55.jpg)
B
Bc om
A
/B
A c om
/A
U 1U N I -P O L A R _ S TE P _ M O TRL = 2 . 5 MR = 4 . 2
U 8
A N D
U 9
A N D
R 11 k
0
F B
D I O D ED 1
D I O D ED 2
D I O D ED 3
D I O D ED 4
PARAMETERS:I _ S E T = 0 . 5
V H Y S = 0 . 1
B
0
PARAMETERS:R O N = 1 0 m
0
0
0
U 6
A N D
F A
+
-
REF
-+
FB.
U 2
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
/ F A
/ F B
V C C
+
-
REF
-+
FB.
U 3
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
+
-
REF
-+
FB.
U 4
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
/ B
/ A
+
-
+
-
S 4
SR O N = R O N
A
+
-
REF
-+
FB.
U 5
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
C L K
+
-
+
-
S 1
SR O N = R O N
+
-
+
-
S 2
SR O N = R O N
+
-
+
-
S 3
SR O N = R O N
V C C
V C C V C C
0
V C C
V c c1 2
V C C
V C C
U 7
A N D
U 1 0H A L F -S TE PP P S = 1 0 0
C L KF A
/ F A
F B
/ F B
Half-Phase Sequence Drive, IPHASE=0.5A, IRIPPLE=0.1A
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 55
*Analysis directives: .TRAN 0 80ms 0 10u SKIPBP .OPTIONS ITL4= 40
Half-Phase Step Sequence Generator (100 pps)
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.1 コンセプトキットを活用したユニポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 56: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/56.jpg)
Time
0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms1 V(/FB) 2 -I(U1:/B)
0V
2.5V
5.0V1
0A
0.5A
1.0A2
SEL>>SEL>>
1 V(FB) 2 -I(U1:B)0V
2.5V
5.0V1
0A
0.5A
1.0A2
>>
1 V(/FA) 2 -I(U1:/A)0V
2.5V
5.0V1
0A
0.5A
1.0A2
>>
1 V(FA) 2 -I(U1:A)0V
2.5V
5.0V1
0A
0.5A
1.0A2
>>
V(CLK)0V
2.5V
5.0V
Half-Phase Sequence Drive, IPHASE=0.5A, IRIPPLE=0.1A
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 56
Clock
Phase A Current
I_SET=0.5A
I_HYS=0.1A
Phase /A Current
Phase B Current
Phase /B Current
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.1 コンセプトキットを活用したユニポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 57: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/57.jpg)
B
Bc om
A
/B
A c om
/A
U 1U N I -P O L A R _ S TE P _ M O TRL = 2 . 5 MR = 4 . 2
U 8
A N D
U 9
A N D
R 11 k
0
F B
D I O D ED 1
D I O D ED 2
D I O D ED 3
D I O D ED 4
PARAMETERS:I _ S E T = 0 . 5
V H Y S = 0 . 1
B
0
PARAMETERS:R O N = 1 0 m
0
U 1 01 -P H A S EP P S = 1 0 0
C L KF A
/ F A
F B
/ F B
0
0
U 6
A N D
F A
+
-
REF
-+
FB.
U 2
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
/ F A
/ F B
V C C
+
-
REF
-+
FB.
U 3
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
+
-
REF
-+
FB.
U 4
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
/ B
/ A
+
-
+
-
S 4
SR O N = R O N
A
+
-
REF
-+
FB.
U 5
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
C L K
+
-
+
-
S 1
SR O N = R O N
+
-
+
-
S 2
SR O N = R O N
+
-
+
-
S 3
SR O N = R O N
V C C
V C C V C C
0
V C C
V c c1 2
V C C
V C C
U 7
A N D
W
W
Drive Circuit Efficiency (%)
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 57
*Analysis directives: .TRAN 0 40ms 0ms 10u SKIPBP .STEP PARAM RON LIST 10m, 100m, 1 .OPTIONS ITL4= 40
Half-Phase Step Sequence Generator (100 pps)
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.1 コンセプトキットを活用したユニポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 58: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/58.jpg)
Time
10ms 15ms 20ms 25ms 30ms 35ms 40ms100* AVG(W(U1))/(-AVG(W(Vcc)))
94
96
98
100
Drive Circuit Efficiency (%)
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 58
at switches Ron = 10m, (99.6%)
at switches Ron = 100m, (99.3%)
at switches Ron = 1, (95.9%)
Note: Add trace 100*AVG(W(U1))/(-AVG(W(Vcc))) for the Efficiency.
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.1 コンセプトキットを活用したユニポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 59: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/59.jpg)
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 59
Bipolar Stepping Motor Drive Circuit Simulation
PSpice VersionV C C
0
V c c1 2
A
/A
B/B
U 1B I -P O L A R _ S TE P _ M O TRL = 1 0 mR = 8 . 4
OU
I
O L
U 2
G D R V
+
-
+
-
S 7S
V C C
0D I O D ED 7
/ B U
+
-
+
-
S 8
SD I O D ED 8
/ B L
0
OU
I
O L
U 3
G D R V
OU
I
O L
U 5
G D R V
B
+
-
REF
-+
FB.
U 1 1
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
/ F B
+
-
REF
-+
FB.
U 7
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
F A
+
-
+
-
S 5
S
V C C
0D I O D ED 5
B U
+
-
+
-
S 6
SD I O D ED 6
B L
0
PARAMETERS:R O N = 1 0 m
+
-
+
-
S 1
S
V C C
PARAMETERS:I _ S E T = 0 . 5
V H Y S = 0 . 1
0
+
-
REF
-+
FB.
U 1 3
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
D I O D ED 1
A U
+
-
+
-
S 2
SD I O D ED 2
A L
A
0
+
-
REF
-+
FB.
U 9
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
+
-
+
-
S 3S
V C C
0D I O D ED 3
/ A U
+
-
+
-
S 4
SD I O D ED 4
/ A L
0
U 8
A N D
U 1 0
A N D
U 1 2
A N D
U 1 4
A N D
/ F A
R 11 k
F B
C L K
0
OU
I
O L
U 4
G D R V
/ A
/ B
U 1 51 -P H A S EP P S = 1 0 0
C L KF A
/ F A
F B
/ F B
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.2 コンセプトキットを活用したバイポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 60: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/60.jpg)
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 60
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.2 コンセプトキットを活用したバイポーラ・ステッピングモーター制御回路
PSpice Version only
![Page 61: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/61.jpg)
Unipolar Stepping Motor Drive Circuit
Contents1. Concept of Simulation2. Unipolar Stepping Motor Drive Circuit3. Unipolar Stepping Motor4. Switches5. Unipolar Stepping Motor Drive Circuit (Example)
7.1 One-Phase Sequence Drive, IPHASE=0.5A, IRIPPLE=0.1A7.2 Two-Phase Sequence Drive, IPHASE=0.5A, IRIPPLE=0.1A7.3 Half-Phase Sequence Drive, IPHASE=0.5A, IRIPPLE=0.1A
6. Drive Circuit Efficiency
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 61
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.2 コンセプトキットを活用したバイポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 62: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/62.jpg)
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 62
Driver Unit:(e.g. Hysteresis-Based Controller)
Parameter:• I_SET• HYS
Switches(e.g. FET, Diode)
Parameter:• Ron
Stepping Motor
Parameter:• L• R
Control Unit (e.g. Microcontroller)
Sequence:• One-Phase• Two-Phase• Half-Step
U ?1 -P H A S EP P S = 1 0 0
C L KF A
/ F A
F B
/ F B
U ?2 -P H A S EP P S = 1 0 0
C L KF A
/ F A
F B
/ F B
U ?H A L F -S TE PP P S = 1 0 0
C L KF A
/ F A
F B
/ F B
Models:
Block Diagram:
D I O D ED 1
0
+
-
+
-
S 1
SR O N = 1 0 m
V C C
C t rl_ A A
Concept of Simulation
U 2
A N D
+
-
REF
-+
FB.
U 1
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
C t r l_ AF A A
/A
B/B
U ?B I -P O L A R _ S TE P _ M O TRL = 1 0 mR = 8 . 4
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.2 コンセプトキットを活用したバイポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 63: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/63.jpg)
Signal generator Hysteresis Based Current Controller V C C
0
V c c1 2
A
/A
B/B
U 1B I -P O L A R _ S TE P _ M O TRL = 1 0 mR = 8 . 4
OU
I
O L
U 2
G D R V
+
-
+
-
S 7S
V C C
0D I O D ED 7
/ B U
+
-
+
-
S 8
SD I O D ED 8
/ B L
0
OU
I
O L
U 3
G D R V
OU
I
O L
U 5
G D R V
B
+
-
REF
-+
FB.
U 1 1
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
/ F B
+
-
REF
-+
FB.
U 7
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
F A
+
-
+
-
S 5
S
V C C
0D I O D ED 5
B U
+
-
+
-
S 6
SD I O D ED 6
B L
0
PARAMETERS:R O N = 1 0 m
+
-
+
-
S 1
S
V C C
PARAMETERS:I _ S E T = 0 . 5
V H Y S = 0 . 1
0
+
-
REF
-+
FB.
U 1 3
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
D I O D ED 1
A U
+
-
+
-
S 2
SD I O D ED 2
A L
A
0
+
-
REF
-+
FB.
U 9
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
+
-
+
-
S 3S
V C C
0D I O D ED 3
/ A U
+
-
+
-
S 4
SD I O D ED 4
/ A L
0
U 8
A N D
U 1 0
A N D
U 1 2
A N D
U 1 4
A N D
/ F A
R 11 k
F B
C L K
0
OU
I
O L
U 4
G D R V
/ A
/ B
U 1 51 -P H A S EP P S = 1 0 0
C L KF A
/ F A
F B
/ F B
Bipolar Stepping Motor Drive Circuit
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 63
Bipolar Stepping Motor Supply VoltageH-Bridge Switches (Driver)
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.2 コンセプトキットを活用したバイポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 64: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/64.jpg)
Bipolar Stepping Motor
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 64
• The electrical equivalent circuit of each phase consists of an inductance of the phase winding series with resistance.
• The inductance is ideal (without saturation characteristics and the mutual inductance between phases)
• The motor back EMF is set as zero to simplified the model parameters extraction.
Input the inductance and resistance values (parameter: L, R) of the stepping motor, that are usually provided by the manufacturer datasheet, to generally model the phase winding.
A
/A
B/B
U ?B I -P O L A R _ S TE P _ M O TRL = 1 0 mR = 8 . 4
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.2 コンセプトキットを活用したバイポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 65: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/65.jpg)
Switches
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 65
• A near-ideal DIODE can be modeled by using spice primitive model (D), which parameter: N=0.01 RS=0.
• A near-ideal MOSFET can be modeled by using PSpice VSWITCH that is voltage controlled switch.
• MOSFETs are used as a H-Bridge.
The parameter RON represents Rds(on) characteristics of MOSFET, that are usually provide by the manufacturer datasheet. The value could be about 10m to 10 ohm.
OU
I
O L
U 2
G D R V
OU
I
O L
U 3
G D R V
+
-
+
-
S 1
S0
V C C
D I O D ED 1
A U
+
-
+
-
S 2
S
R O N = 1 0 m
D I O D ED 2
A L
0
+
-
+
-
S 3S
V C C
0D I O D ED 3
/ A U
+
-
+
-
S 4
SD I O D ED 4
/ A L
0
C t rl_ A
C t r l_ / A
A
/ A
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.2 コンセプトキットを活用したバイポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 66: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/66.jpg)
V C C
0
V c c1 2
A
/A
B/B
U 1B I -P O L A R _ S TE P _ M O TRL = 1 0 mR = 8 . 4
OU
I
O L
U 2
G D R V
+
-
+
-
S 7S
V C C
0D I O D ED 7
/ B U
+
-
+
-
S 8
SD I O D ED 8
/ B L
0
OU
I
O L
U 3
G D R V
OU
I
O L
U 5
G D R V
B
+
-
REF
-+
FB.
U 1 1
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
/ F B
+
-
REF
-+
FB.
U 7
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
F A
+
-
+
-
S 5
S
V C C
0D I O D ED 5
B U
+
-
+
-
S 6
SD I O D ED 6
0
B L
PARAMETERS:R O N = 1 0 m
+
-
+
-
S 1
S0
V C C
PARAMETERS:I _ S E T = 0 . 5
V H Y S = 0 . 1
+
-
REF
-+
FB.
U 1 3
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
D I O D ED 1
A U
+
-
+
-
S 2
SD I O D ED 2
A L
0
A
+
-
REF
-+
FB.
U 9
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
+
-
+
-
S 3S
V C C
0D I O D ED 3
/ A U
+
-
+
-
S 4
SD I O D ED 4
/ A L
0
U 8
A N D
U 1 0
A N D
U 1 2
A N D
U 1 4
A N D
/ F A
R 11 k
C L K
0
F B
OU
I
O L
U 4
G D R V
/ A
/ B
U 1 51 -P H A S EP P S = 1 0 0
C L KF A
/ F A
F B
/ F B
One-Phase Sequence Drive, IPHASE=0.5A, IRIPPLE=0.1A
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 66
*Analysis directives: .TRAN 0 80ms 0 10u SKIPBP .OPTIONS ITL4= 40
One-Phase Step Sequence Generator (100 pps)
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.2 コンセプトキットを活用したバイポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 67: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/67.jpg)
Time
0s 20ms 40ms 60ms 80ms1 V(/FB) 2 I(U1:/B)
0V
2.5V
5.0V1
0A
500mA2
SEL>>SEL>>
1 V(FB) 2 I(U1:B)0V
2.5V
5.0V1
0A
500mA2
>>
1 V(/FA) 2 I(U1:/A)0V
2.5V
5.0V1
0A
500mA2
>>
1 V(FA) 2 I(U1:A)0V
2.5V
5.0V1
0A
500mA2
>>
V(CLK)0V
2.5V
5.0V
One-Phase Sequence Drive, IPHASE=0.5A, IRIPPLE=0.1A
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 67
Clock
Phase A Current
I_SET=0.5A
I_HYS=0.1A
Phase /A Current
Phase B Current
Phase /B Current
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.2 コンセプトキットを活用したバイポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 68: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/68.jpg)
Two-Phase Sequence Drive, IPHASE=0.5A, IRIPPLE=0.1A
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 68
*Analysis directives: .TRAN 0 80ms 0 10u SKIPBP .OPTIONS ITL4= 40
V C C
0
V c c1 2
A
/A
B/B
U 1B I -P O L A R _ S TE P _ M O TRL = 1 0 mR = 8 . 4
OU
I
O L
U 2
G D R V
+
-
+
-
S 7S
V C C
0D I O D ED 7
/ B U
+
-
+
-
S 8
SD I O D ED 8
/ B L
0
OU
I
O L
U 3
G D R V
OU
I
O L
U 5
G D R V
B
+
-
REF
-+
FB.
U 1 1
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
/ F B
+
-
REF
-+
FB.
U 7
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
F A
+
-
+
-
S 5
S
V C C
0D I O D ED 5
B U
+
-
+
-
S 6
SD I O D ED 6
0
B L
PARAMETERS:R O N = 1 0 m
+
-
+
-
S 1
S0
V C C
PARAMETERS:I _ S E T = 0 . 5
V H Y S = 0 . 1
+
-
REF
-+
FB.
U 1 3
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
D I O D ED 1
A U
+
-
+
-
S 2
SD I O D ED 2
A L
0
A
+
-
REF
-+
FB.
U 9
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
+
-
+
-
S 3S
V C C
0D I O D ED 3
/ A U
+
-
+
-
S 4
SD I O D ED 4
/ A L
0
U 8
A N D
U 1 0
A N D
U 1 2
A N D
U 1 4
A N D
/ F A
R 11 k
C L K
0
F B
OU
I
O L
U 4
G D R V
/ A
/ B
U 1 52 -P H A S EP P S = 1 0 0
C L KF A
/ F A
F B
/ F B
One-Phase Step Sequence Generator (100 pps)
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.2 コンセプトキットを活用したバイポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 69: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/69.jpg)
Time
0s 20ms 40ms 60ms 80ms1 V(/FB) 2 I(U1:/B)
0V
2.5V
5.0V1
0A
500mA2
SEL>>SEL>>
1 V(FB) 2 I(U1:B)0V
2.5V
5.0V1
0A
500mA2
>>
1 V(/FA) 2 I(U1:/A)0V
2.5V
5.0V1
0A
500mA2
>>
1 V(FA) 2 I(U1:A)0V
2.5V
5.0V1
0A
500mA2
>>
V(CLK)0V
2.5V
5.0V
One-Phase Sequence Drive, IPHASE=0.5A, IRIPPLE=0.1A
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 69
Clock
Phase A Current
I_SET=0.5A
I_HYS=0.1A
Phase /A Current
Phase B Current
Phase /B Current
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.2 コンセプトキットを活用したバイポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 70: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/70.jpg)
V C C
0
V c c1 2
A
/A
B/B
U 1B I -P O L A R _ S TE P _ M O TRL = 1 0 mR = 8 . 4
OU
I
O L
U 2
G D R V
+
-
+
-
S 7S
V C C
0D I O D ED 7
U 1 5H A L F -S TE PP P S = 1 0 0
C L KF A
/ F A
F B
/ F B
/ B U
+
-
+
-
S 8
SD I O D ED 8
/ B L
0
OU
I
O L
U 3
G D R V
OU
I
O L
U 5
G D R V
B
+
-
REF
-+
FB.
U 1 1
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
/ F B
+
-
REF
-+
FB.
U 7
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
F A
+
-
+
-
S 5
S
V C C
0D I O D ED 5
B U
+
-
+
-
S 6
SD I O D ED 6
0
B L
PARAMETERS:R O N = 1 0 m
+
-
+
-
S 1
S0
V C C
PARAMETERS:I _ S E T = 0 . 5
V H Y S = 0 . 1
+
-
REF
-+
FB.
U 1 3
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
D I O D ED 1
A U
+
-
+
-
S 2
SD I O D ED 2
A L
0
A
+
-
REF
-+
FB.
U 9
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
+
-
+
-
S 3S
V C C
0D I O D ED 3
/ A U
+
-
+
-
S 4
SD I O D ED 4
/ A L
0
U 8
A N D
U 1 0
A N D
U 1 2
A N D
U 1 4
A N D
/ F A
R 11 k
C L K
0
F B
OU
I
O L
U 4
G D R V
/ A
/ B
Half-Phase Sequence Drive, IPHASE=0.5A, IRIPPLE=0.1A
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 70
*Analysis directives: .TRAN 0 160ms 0 10u SKIPBP .OPTIONS ITL4= 40
One-Phase Step Sequence Generator (100 pps)
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.2 コンセプトキットを活用したバイポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 71: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/71.jpg)
Time
0s 40ms 80ms 120ms 160ms1 V(/FB) 2 I(U1:/B)
0V
2.5V
5.0V1
0A
500mA2
SEL>>SEL>>
1 V(FB) 2 I(U1:B)0V
2.5V
5.0V1
0A
500mA2
>>
1 V(/FA) 2 I(U1:/A)0V
2.5V
5.0V1
0A
500mA2
>>
1 V(FA) 2 I(U1:A)0V
2.5V
5.0V1
0A
500mA2
>>
V(CLK)0V
2.5V
5.0V
One-Phase Sequence Drive, IPHASE=0.5A, IRIPPLE=0.1A
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 71
Clock
Phase A Current
I_SET=0.5A
I_HYS=0.1A
Phase /A Current
Phase B Current
Phase /B Current
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.2 コンセプトキットを活用したバイポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 72: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/72.jpg)
V C C
0
V c c1 2
A
/A
B/B
U 1B I -P O L A R _ S TE P _ M O TRL = 1 0 mR = 8 . 4
OU
I
O L
U 2
G D R V
+
-
+
-
S 7S
V C C
0D I O D ED 7
/ B U
+
-
+
-
S 8
SD I O D ED 8
/ B L
0
OU
I
O L
U 3
G D R V
OU
I
O L
U 5
G D R V
B
+
-
REF
-+
FB.
U 1 1
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
/ F B
+
-
REF
-+
FB.
U 7
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
F A
+
-
+
-
S 5
S
V C C
0D I O D ED 5
B U
+
-
+
-
S 6
SD I O D ED 6
0
B L
PARAMETERS:R O N = 1 0 m
+
-
+
-
S 1
S0
V C C
PARAMETERS:I _ S E T = 0 . 5
V H Y S = 0 . 1
+
-
REF
-+
FB.
U 1 3
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
D I O D ED 1
A U
+
-
+
-
S 2
SD I O D ED 2
A L
0
A
+
-
REF
-+
FB.
U 9
H Y S _ I -C TR L
I _ S E T = I _ S E TV H Y S = V H Y S
+
-
+
-
S 3S
V C C
0D I O D ED 3
/ A U
+
-
+
-
S 4
SD I O D ED 4
/ A L
0
U 8
A N D
U 1 0
A N D
U 1 2
A N D
U 1 4
A N D
/ F A
R 11 k
C L K
0
F B
OU
I
O L
U 4
G D R V
/ A
/ B
U 1 52 -P H A S EP P S = 1 0 0
C L KF A
/ F A
F B
/ F B
Drive Circuit Efficiency (%)
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 72
*Analysis directives: .TRAN 0 80ms 0 10u SKIPBP .STEP PARAM RON LIST 10m, 100m, 1 .OPTIONS ITL4= 40
One-Phase Step Sequence Generator (100 pps)
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.2 コンセプトキットを活用したバイポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 73: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/73.jpg)
Time
10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms100*AVG(W(U1))/(-AVG(W(Vcc)))
85
90
95
100
Drive Circuit Efficiency (%)
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 73
at switches Ron = 10m, (99.7%)
at switches Ron = 100m, (99.8%)
at switches Ron = 1, (86%)
Note: Add trace 100*AVG(W(U1))/(-AVG(W(Vcc))) for the Efficiency.
3.ステッピングモーター駆動制御シミュレーション3.2 コンセプトキットを活用したバイポーラ・ステッピングモーター制御回路
![Page 74: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/74.jpg)
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 74
4.モーター駆動制御関連のデバイスモデリングサービスのご案内
http://ow.ly/kbfi2
http://ow.ly/kbftS
http://ow.ly/kbfCy
![Page 75: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/75.jpg)
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 75
4.モーター駆動制御関連のデバイスモデリングサービスのご案内
インバータ回路のスイッチングデバイス
IGBT+FWDSiC MOSFET+SiC SBDPower MOSFET+Body Diode
SiC デバイスのドライバ IC
![Page 76: Spiceを活用したモーター駆動制御シミュレーションセミナー資料 25 feb2015](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022081417/55b13fc2bb61eb516f8b474c/html5/thumbnails/76.jpg)
Copyright(C) MARUTSU ELEC 2015 76
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