SP8M4について考えます。

そもそもFETというものは、電流でなく電圧で駆動するもののようですが、かといってゲートにまったく電流を流さなくてよいというわけではないらしいです。

Robocon2003　回路設計資料～パワーMOSFET編～

こちらのサイトを参考にしました。

ゲートドライブ電流Iavは以下の式で定義されます。
Iav = 1/tr * Ciss * Vg
Vg :ゲート電圧

ここで SP8M4のデータシート をみると

N-ch
入力容量Ciss=1190pF
立ち上がり時間tr=15ns

P-ch
入力容量Ciss=2600pF
立ち上がり時間tr=50ns

したがって、ゲート電圧4.8Vとすると

N-ch: Iav = (1/15*10^-9)*(1190*10^-12)*4.8 = 380mA
P-ch: Iav = (1/50*10^-9)*(2600*10^-12)*4.8 = 250mA

となります。トータル630mAということでしょうかね。これは苦しい。
パラメータに立ち上がり時間trが入っていますが、今回はナノ秒レベルで立ち上がる必要はありません。たとえばこれを1ms(=1×10^-3s)ということにすると、上式は以下のように書き換えられます。

N-ch: Iav = (1/1*10^-3)*(1190*10^-12)*4.8 = 0.006mA
P-ch: Iav = (1/1*10^-3)*(2600*10^-12)*4.8 = 0.012mA

トータルで 0.02mA あれば1msで駆動できるという計算になります。

TX2/RX2のデータシート によると

O/P Driving Current(Idrive)=0.6mA(min)

したがって、直接駆動が可能です。
…まったくもって自信ないです。

モータードライバについてちょっと調べました。
自作したドライバはバイポーラトランジスタを使ったHブリッジ回路ですが、どうやらバイポーラトランジスタは効率がよくないようです。

「千葉大ロボットサークルCRS」初めてのロボット製作

このサイトによると、

> バイポーラトランジスタを使った場合、電源に直結した場合に比べてモータのパワーは大分落ちてしまいます。
>大電流(マブチ380以上？)が必要な時は後述のFETを使いましょう。

確かにそのとおり。ストラトスのトルクは電源直結に比べると著しく細いです。やっぱりFETにすべきなのでしょうかね。

FETですが、Mini-ZゃXMODSのチューンに使われている、SOP8パッケージにN-chとP-chがひとつずつ入っているタイプの物がいいんじゃないかと思ってます。SI4562DYやSP8M4などです。サイズは小さく価格も300円程度とリーズナブル。ただしこれは足のピッチが1.27mmの面実装品なので、プリント基板を起こさない限りはユニバーサル基板につけるための変換基板が必要。この変換基板が結構高いです。

普通にディスクリート部品で組むとしたら、2SJ377/2SK2231、またはFETアレイのMP4212あたりを使うのが一般的らしいです。

さてどうしたものか。

久々にピレリストラトスを引っ張り出して電流値の測定をしました。あらためてピレリストラトスの状態をおさらいしてみますと

電装: リレーチューン。コイル定格3Vの2cリレー「DS1E-M-DC3V」使用
バッテリ: ニッケル水素単三×2
モーター: パワーダッシュ
減速比: 7:1
タイヤ: (F)ラジ四駆レストン黒 (R)ミニ四駆ノーマル
サス: 前後ともに樹脂バネ式
重量: 215g

こんなところです。
メイン基板からリレーにわたっている配線にテスタを割り込ませて計測してみました。車体は手で押さえてモーターロック状態です。結果は 60mA をマーク。なんと100倍です。あちゃー。

ちなみにDDコンの抵抗を56オームに変更してみましたが、大差はありませんでした。
やっぱりこのDDコンに問題がありそうです。

ちょっと不思議な現象が発生しました。メイン基板にいっているGNDケーブルをはずして電源ONしたところ、送信機をいじっていないにもかかわらず後進方向にモーターが回りだしたのです。これはなに?

二日連続で昼休みテスト走行ができましたのでその報告から。
予想通りなのですが、期待していたような加速力は得られませんでした。前回のテストに比べるとだいぶマシですが、壁に阻まれて最高速に達しないのは同じです。減速比が低すぎるのか … いやいや、リレーではもっと鋭い加速ができたはず。だからこの減速比にしたのです。

お詫びをひとつ。DDコンの電流値の話です。本機のDDコンはツェナーダイオードとトランジスタで構成した簡単な回路です。

抵抗R5の値を変えることで出力電流を変化させることができます(電圧は3.6V固定)。当初は180Ωでしたがうまく動かなかったので390Ωに変えました。前者が1A、後者が2Aのつもりでした。
…まじめに計算してみるとぜんぜんウソでした。

1Aのときは56Ω
2Aのときは38Ω
3Aのときは29Ω
4Aのときは24Ω

これがホントです。

では、390Ωにするとどうなるのか。計算ではマイナスの電流が流れることになります。
もちろんそんなことはあり得ないです。
180Ωより390Ωのほうがいいということは、メイン基板には電流を流さないほうが調子がいいことになります。
…電気素人ぶりを暴露する結果になってしまいましたね。
ドノーマルのラジカンでどのくらいの電流が流れているのかを測定してみるのもテかなと思います。

朗報をひとつ。以前から問題になっていたステアの左右差の原因が判明しました。何の気なしにリアタイヤを両輪接地させてからフロントを下げていくと、片輪だけ先に接地、フロントサスが効いてもう片方の前輪が接地したのです。フロントとリアのサスペンションが適度に沈み込んでくれたため、ぱっと見ではわかりませんでした。つまり、四輪の接地圧がバラバラだったというわけです。
どうやら自作のTバー(?)リアサスを取り付けている座がゆがんでいたのが原因のようです。モーターユニット側なのかシャーシ側なのかはなんともいえません。シャーシ側が怪しいのですが、サスプレートの取り付け面はほぼオリジナルのままでそれほど手を加えていません。
ひとまずはリアサスプレートをネジって取り付けるという強引な技で対処。今までの苦労がウソのようにコントローラブルになりました。

コーナーでフロント跳ねまくりです。タイヤとサスペンションのセッティングをつめなければ。

クルマ(本物)の車内に持ち込んでスピード計測をすることにしました。というのも、深夜に強烈な爆音を立てるとカミさんに怒られてしまうからです。今現在は深夜というほど遅くもないのですが、振動は隣近所に響きますから仕方ないところです。

改めて基本スペックを。減速比は 5.06:1 、モーターはパワーダッシュです。モーターの適正負荷での定格速度からすると速度は 22.25km/h 。ちなみに同仕様で2セル+リレーチューンのときは 18km/h でした。

スピードチェッカーに車体を載せてアクセルオン。これまでとはまったく音が違います。言葉で表現するのは難しいのですが、例えるなら「しゅー」が「ぎゃーん」になったと言えばいいでしょうか。安定したところで計測開始。

29km/h

おおっ。自己最高記録更新。

昨日の抵抗変更は正解だったと思われます。つまり、メイン基板に供給する電流をある程度とってやらないとダメらしいということですな。
もうちょっとがんばれば30km/h台も夢ではなさそうです。

室内に戻って重量計測。こちらはまったく音がしないので問題なしです。
前回の測定時はこのストラトス、単3×2セル+リレーチューンが施されている状態で 211g でした。
単4とはいえ4セル載せて、しかもドライバ関連のデバイスのおかげでかなり増えているのではと覚悟していましたが、結果は 213g 、+2gの増加ですみました。なかなかいいところ。

ああ、コースで走らせてみたい。