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2020年8月30日(日) 21:14

モーターノイズ対策案

 いきなり、大誤算。
 モーターノイズ問題を元から絶つべく、レーザー銃同様にパワー系と制御系の電源を完全分離しようと考えた。ところが、それが不可能だと判明したのだ。

 レーザー銃では、絶縁型DCコンバーターを使うことにより、電源の完全分離を実現させた。ところが、Sタンクでは絶縁型DCコンバーターが使えない。その理由は、制御系の電源容量。
 レーザー銃の制御系電源は、0.5Aでギリギリ不足するようなので1Aを確保した。これに対し、Sタンクの5V系は20AのDCコンバーターを搭載している。正確には、Jetson Nano その他を動作させるための5V20A出力と、バッテリーの7.2Vをそのまま使用して三端子レギュレーターで5Vを生成しているPIC系がある。だが、Jetson Nano の電源でもある以上、DCコンバーターの容量は5A以上が必要だ。

 ところが、ラジコンバッテリーの電圧範囲を入力とし、5V5A以上を出力できる「絶縁型」DCコンバーターが存在しないのだ。いや、万単位の価格で、Sタンク搭載が困難な大型サイズならかろうじて存在する。だが、電源系を完全分離すると通信パーツが増大し、ただでさえ車内空間を圧迫する。実際には、使用不可能である。
 非絶縁型のDCコンバーターであれば、5V20A出力が2000円で購入できて、サイズも指の先ほどしかない。絶縁型というだけで、DCコンバーターは桁外れに性能が落ちるのだ。

 自分のイメージでは、DCコンバーターは絶縁型がデフォルトで、これまでは「わざわざ」入出力のGNDを短絡させて使うようなことが多かった。ところが一般には、DCコンバーターは非絶縁がデフォルトらしい。

 こうなると、一段落ちた対策するしかない。
・配線的にはパワー系と制御系は接続されているが、引き回しでGND分離に配慮する。
・制御系GNDは、徹底的に車体と接続させ車体をGNDとして使う。
・パワー系GNDは、車体と接触させない。

 これだけでは心許ないので、モーターノイズ自体を減らせないか研究する。
 ノイズ源としてすぐ思い浮かぶのは、ターンオフサージである。だが、FETにはボディーダイオードが存在し、ターンオフサージを逃がす構造になっている。そのままでも、ターンオフサージ対策になっているのだ。しかし、PWM周期で大きなノイズが発生していた。そこで更に考えると、貫通電流を発生させないために、ハイサイドあるいはローサイドのFETをすべてOFFにする瞬間を確保していた。
 ハイサイドまたはローサイド、いずれかのすべてがOFFになったのでは、ダイオードが存在しても回路が形成できず、ターンオフサージが発生してしまう。ノイズの振幅が極めて大きかったことから考えても、デッドタイム防止のタイミングでターンオフサージが発生していたと考えるのが妥当だろう。

 ある相 → 全OFF → 次の相

 これにより貫通電流は発生しなくなるが、全OFF時にターンオフサージが発生する。
 そこで逆に、貫通電流を発生させることで、常に回路が存在する状態をキープする。

 ある相 → 次の相とのOR → 次の相

 このように制御すると、OR状態で貫通電流が発生する代わり、回路は常に存在し続ける。ターンオフサージの発生を抑止できるはずだ。具体的には、PICのGPIO命令の順番を入れ替えるていど。
 モータードライブというと、貫通電流が悪として扱われがちである。だが、モーターコイルのインダクタンスを考えた場合、数μ秒以内の貫通電流は事実上大した問題ではないはずだ。
 やってることを理解した上で、意図的に貫通電流を許容することにより、モーターノイズを大幅に減少させられるかもしれない。特に、ブラシノイズの発生しないブラシレスモーターの場合は。

written by higashino [Sタンク 1/16] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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