PWM出力によるブラシ付DCモーターの駆動：PWM駆動の原理

ここからは、ブラシ付きDCモーターのPWM駆動について説明していきます。DCモーターのPWM駆動は、ドライバー電源の消費電力を削減することが可能なので、近年採用が増えている駆動方式です。

PWM出力によるブラシ付DCモーターの駆動：PWM駆動の原理

PWM（Pulse Width Modulation＝パルス幅変調）は、モーター駆動の他にも多く利用されており、DC-DCコンバータやAC-DCコンバータなどの電源の電力変換にも広く利用されています。基本的には、パルスのオンオフによって必要とされる電力を送る方法です。パルスの大きさと周期は一定で、オン時のパルス幅（時間）を調整して送る電力を制御します。出力電圧は、オンとパルス周期の時間比率＝デューティ比に該当する平均化された大きさになります。

以下は、ブラシ付きDCモーターのPWM駆動原理を示す模式図です。

モーターをモーター記号と抵抗R＋インダクタンスL＋誘起電圧Ecで表しています。電圧印加時は、モーター電圧Eaがモーターの両端に印加されモーター電流Iaが流れます。これに対してオフはモーター端子の両端をショートします。この状態においては電流回生が生じます。コイルのインダクタンスは電流を保持するように働くため、インダクタLと抵抗Rの時定数に対して十分短い周期で電圧印加とモーター両端のショートを繰り返すと一定の電流が流れます。

これをHブリッジで示すと以下のようになります。

電圧印加時はSW1とSW4がオン、SW2とSW3オフで、モーター電流Iaはグレーの破線で示した流れになります。オフ＝モーター両端のショートは、SW2とSW4がオン、SW1とSW3がオフになります。

この場合の電圧波形と電流波形は以下のようになります。

電圧波形は、モーター印加電圧Eaが一定の繰り返し周期のオン期間印加されて、オフ（モーター両端のショートによる回生）期間は印加されないことを示しています。電流は、1サイクルのオン時に増加、オフ時に減少を繰り返し定常状態になります。このときの平均電流Iaveは、印加電圧Eaにデューティ比mを掛けた値を抵抗Rで割った値になります。単純な例では、Ea＝12Vで、mが0.5（デューティ比50%）だとすれば、モーターには6Vが与えられることになります。電圧印加時のみ電源から電流が供給されるので、電源の消費電力は減少します。

ここまでは、オフ状態（電流回生）は、モーター両端のショートという方法で話を進めてきました。実は、電流回生の方法は他にもあり、それぞれに検討事項が異なります。次回は他の電流回生方法について説明を予定しています。