chakokuのブログ(rev4)

日々のごった煮ブログです

なぜモータを2基動かすと電圧が下がるのか?? 定電圧電源なのに??ー>GNDパターンに十分が電流が流せられないからではないかと推測

DRONEのモータはFETでOn/Offが行われているが、1基だけ動かす分には元気に回っているが、2基以上を動かすと出力が落ちる。落ちっぷりは、複数で回しても1基の時と同じぐらいしか出力が出ていない。テストのやりかたのまずさ(VBATは5Vでなく3.7V)もあって、改めてLiPoバッテリーで駆動してテストをやり直した結果も同じであった。なぜなのだろうか。。Dutyのミスかと思って波形を見ながら出力を変えたところ、100%出力では波形も正しく100%比率になっていた。だから、、うっかりDutyが間違っていたわけではない。モータ(一台分)を抵抗に置き換えて、抵抗の両端にかかる電圧を測ってみた。すると、1基の場合は5Vの電圧がかかっていたが、PWM->FETで2基動かすと、3V?ぐらいまで落ちている。なぜ3Vなのか?あたかも、3.3Vがどこかから入ってきているかのような電圧なのだが。。原因が分からず。。
FETのスイッチングによりモータ(正確にはダミー抵抗)が1基だけOnしている時の電圧(テストは間違っているが、5V)

FETのスイッチングにより、2基Onしている時の電圧。3Vぐらいまで下がっている。

FETによるモータ制御回路の写し。3.3Vが間違って流入することはないのだが。。VBATは大容量の電源からつないでいるので、簡単に電圧が落ちるとは考えにくいのだが。。 FET自体抵抗があるとのことで、、1基でOnしている時に計測される電圧がそもそも偶然に高くて、本来は、2基の時の電圧が正しい電圧か??

■今後の取り組み
2基目のモータが電圧を下げている要因であると仮定して、原因がモータのせいなのかを切り分けるため、モータの代わりに十分大きなダミー抵抗を使って、FETでOn/Offをする。それでもやっぱり電圧が下がったら、設計上、どこかから流入しているというか、もしくはGNDが浮いている(プルアップ側につながっている。。。???)のではなかろうか。 そもそもFETってどう動いているのか十分理解できていない。

■原因調査
モータの代わりに300Kぐらいのダミー抵抗に取り換えて、2系統動かすと電圧がどのように変化するかを確かめた。
以下は300Kのダミー抵抗(写真にしたところであまり情報はありませんが・・)

ダミー抵抗の状態でPWM制御によるFETでのOn/Offをやってみても、電位に変化はなくきれいな波形が出ている。

これに対して、モータが接続されているFETをOn/Offさせると、以下のようにGNDに落ちない状況が発生

これまでのテストで自分の回路設計の理解不十分もあって誤解していたのは、、FETによる操作は3.7Vに引き上げる操作ではなくて、0Vに引き下げる操作である。だから、、モータを駆動する電圧が下がるというのは間違いで、モータのマイナス側(FET経由でGND接続)を0Vまで落とせないというのが正しいのでした。一般的にGNDが不安定になるのは、GNDパターンの設計がうまくいっていない場合が多いと理解しており、今回モータを回し始めるとGNDに落とせないのは、GNDの取り回しが細くて、十分な電流が流せられないからではないかと判断。これが仕様なのだとすると、そもそもモータは4基同時に回す設計ではなくて、最大推力を出す場合も4基あるモータを1/4周期ずつ時間をずらして電流を流す設計だったのかも。。詳細わかりませんが。STEVAL-DRONE01を実際に飛ばした記事がInterfaceに掲載されていたので、もう一度読み直すと、PWMを使ってモータをどのように制御したのかが分かるかもしれない。なお、ST-Microが出しているDRONE用評価プログラムをGIthubで参照しましたが、ソフトウエア階層があまりに複雑で、どのようにモータを制御しているのか??とうてい読み取れませんでした。
しかし、、普段は3.3Vのデジタル回路しか触ってない(さらに言うと自分は電気屋ではなくて、なんちゃってのソフト屋)ので、こういうモータ制御(パワー制御?)は分からないことが多いです。勉強になるな~~

■追記
GNDパターンが問題だなどと言っているが、、、ひょっとしてPWM制御のまずさに起因しているといけないので、PWM経由でなく、GPIOから単純にOn/Offした場合も上記のようにGNDが浮くようなことになるのか?も試す予定。 Interface誌を見直したけど、PWM制御でモータを4基同時に回してはいけない等は記載がなかった。しかし、当たり前のように飛んでいる(専門誌にプロの人が書いてるから飛ばないわけがないか。。)

■追記
PWM制御のまずさが関係しているかもと思って、GPIOから直接FETをOn/Offでもやはり同じであった。だから、、4基を同時に動かせないのか、あるいは、LiPOバッテリーがヘタっているのか。。ST-Microが提供しているサンプル版のDrone制御プログラムをビルド、インストールしてどんな風に動くのかを見た方がいいのかも。

■ご参考記事
FETを使ってスイッチするための解説記事(分かりやすい記事ですThanks)
FETを電源スイッチの代わりに使用する方法メモ – Memoteki
MEMOTEKI様[FETを電源スイッチの代わりに使用する方法メモ]