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AVR ATtiny2313 で DCモータのPWM制御 (1)
PWM はパルス幅のON/OFF比率(デューティー比)を変えることで出力制御する方式で、従来の電圧連続可変制御をデジタル的に代替するものである。近年スイッチング電源をはじめ、調光制御やモーターの出力制御などさまざまな機器へ応用されているが、手持ちの安価なAVRマイコン ATtiny2313 でもPWM出力制御ができるため、先に確立した ちょびちょび充電方式のADC機能 と組み合わせ、測定値に応じて小型DCモータ出力を制御する回路を試作してみた。

①パルス波の設定
ATtiny2313 では8ビットの Timer0 と16ビットの Timer1 を利用したPWMが可能で、さらにそれぞれ基準カウントの分周や動作モードなどを設定できる。今回は システムクロック1MHz、Timer0、カウント分周比=1、位相基準PWMモード という設定で試みる。この場合、出力するデューティー比 0~100% は 0~255 の整数で指定。
PWM波形
上はデューティー比 50% (128/255) でのPWM出力波形。1周期はほぼ 500μsecで、周波数に換算すると 2kHz。ちなみに高速PWMモードで出力させると倍の4kHzにできるが、デューティー比 0 または100%でも微少時間のパルスが出るので使用には注意が必要。

②回路
DCモータPWM制御 回路図
C1:0.1μF(セラ)/給電安定用
C2:20pF(セラ)/水晶発振子安定用
C3:20pF(セラ)/水晶発振子安定用
C4:0.1μF(ポリエステルフィルム・容量許容差5%)/測定電圧比較用
C5:10μF(電解)/測定電圧安定用
C6:470μF(電解)/モータ駆動ノイズ緩衝用
C7:0.22μF(セラ)/モータ駆動ノイズ緩衝用
D1:モータ逆起電力緩衝用
D2:リレーコイル逆起電力緩衝用
LED1:緑φ3/モータ制御出力(PWM)確認用
LED2:赤φ3/降圧兼測定電圧入力接点確認用
MOTOR:DCモータ
R1:10kΩ/マイコン安定用
R2:100kΩ/アナログコンパレータ安定用
R3:100Ω/TRベース電流制限用
R4:10kΩ/モータ駆動安定用
RELAY:DC3V駆動1回路1接点切替/測定電圧入力用
SW0:回路主電源ON-OFF用
SW1:モータ制御出力(PWM)ON-OFF用
TR:モータ駆動用
VR1:10kΩ(半固定)/LCD表示照度調整用
VR2:2KΩ(半固定)/ADC校正用
XTAL:8MHz/システムクロック生成用
【MEMO】
・XTAL は手持ちの8MHzを使ったが、1MHzを分周なしで使っても最終的にシステムクロックが1MHzになれば同じ。システムクロックを1MHzにするのは、これまで内部オシレータ 8MHz/8分周 で調整してきたADCの換算設定をそのまま流用したいため。
・MOTOR は5V以下で駆動できるDCモータを想定しているが、電源を分離し、R3やTRを選定すれば他の電圧でも利用できる。5Vでも電源分離すればモータノイズが制御部に与える影響を軽減できる。
・TR はMOTOR負荷に合わせた選定が必要。パワートランジスタ あるいは MOSFET が望ましいところだが、当方の環境では手持ちの 2SC13842SD1164 で特に問題なく駆動している。
・TR のベース-GND間にそれなりの容量のコンデンサーを入れると入力電圧が平滑化しモーターの駆動安定とノイズ軽減の効果があったが、平滑せずパルス状のまま入力した方が常時飽和領域で動作するためTRの効率が高く発熱が少なくなるということがあるため今回は設けるのをやめた。
・RELAY はマイコン給電がOFFの際に測定電圧が及ぼす影響を遮断するために設置。手持ちの3VミニリレーにLED2を挟んで5Vで駆動。なので5Vリレーを使えばLED2は不要。
・C6 はできるだけ容量の大きいものを使用した方が効果がある。
・R3 は実験用途の場合、半固定抵抗にしたほうが便利。
・VR1 はダイオードで代用可。
・VR2 は主電源電圧の微少差でC4チャージに生じる誤差を補正するもの。

③プログラム
マイコン用プログラムは BASCOM-AVR で作成。 (その2 へ続く ...)

2009-01-20 00:32 マイコン応用
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