더 많은 모터 동력(=토크)이 필요할 때 더 큰 전류를 인가하여 증가시킵니다. 그러나 동시에 열 발생이 증가할 수 있습니다.
이 섹션에서는 모터 및 드라이브 IC 발열의 이미지를 설명합니다.
1. 모터의 발열
동손: P = 모터 코일의 권선 저항과 흐르는 전류에서 발생하는 전력 손실(I2R).
철손: 자기장과 그 변화로 인한 손실. 히스테리시스에 의한 손실과 자기장의 변화에 의해 자성체에 발생하는 와전류에 의한 손실이 있습니다. 와전류 손실은 전자레인지(=전자레인지)가 조리기기에서 열을 발생시키는 원리와 동일하게 발생합니다. 모터에서 얇은 철판(적층 강판)을 쌓아 와전류 손실을 줄일 수 있습니다.
기계 손실: 모터의 마찰 또는 공기 저항으로 인한 손실. 비율이 작습니다.
이들 손실 중 기계손의 비율은 비교적 작은 편이며, 적층강판을 필요로 하는 중대형 모터를 고속으로 회전시키면 철손이 현저해진다.
NPM의 PM형과 같은 소형 모터의 경우 동손이 발열의 큰 부분을 차지합니다.
스테핑 모터의 동손은 모터 코일의 저항 성분 R과 흐르는 전류에서 발생하는 전력 손실입니다. 그러나 스테핑 모터는 A상과 B상의 두 개의 코일을 가지고 있기 때문에 두 개의 코일에서 손실되는 전력은 열이 됩니다. *1
[PCLOSS = (I2 × R) × 2] [그림 1]
또한, 모터가 견딜 수 있는 허용 전력은 거의 크기에 의해 결정되며, 허용 전력은 대략 모터의 정격 전압과 권선 저항으로부터 유추할 수 있습니다.
[PMOTOR ≒ (V2 ÷ R) × 2]
그러나 이 허용 전력은 열을 방출하지 않을 경우 모터 표면 온도를 높일 수 있으므로 이 온도 문제를 고려해야 합니다.
방열과 전류 감소는 열 억제에 효과적이며, 특히 전력은 전류의 제곱에 비례하므로 전류를 70%로 줄이면 열이 약 1/2이 되고 전류를 절반으로 줄이면 열이 약 1/4.
*1
2-2상 여자에서 전류는 A상과 B상 두 코일에 인가됩니다.
1-2상 여자에서 전류는 1개의 코일과 2개의 코일을 차례로 전환합니다.
마이크로 스테핑에서는 두 개의 코일에 전류가 흐르지만 전류의 비율이 변하므로 실효 전류로 계산하는 것이 더 가깝습니다.
2. 드라이브 IC의 발열
드라이브 IC에서 나오는 대부분의 열은 파워 소자에서 발생합니다.
FET: FET가 ON일 때 드레인과 소스 사이의 저항값과 흐르는 전류로 인한 전력 손실(P = I2R).
트랜지스터(바이폴라): 컬렉터-이미터 전압 및 전류에서 생성된 전력 손실(P=VI).
다이오드: 다이오드의 순방향 전압과 순방향 전류에서 발생하는 전력 손실(P=VI).
또한 스위칭 손실로 인해 발열이 발생할 수 있습니다. [그림 2]
FET ON 저항은 최근 0.1~0.4Ω 정도로 낮아지고 있으며, 대부분의 드라이브 IC는 FET 소자를 사용하고 있습니다.
예를 들어, IM=1A의 전류가 인가될 때 트랜지스터의 컬렉터-이미터 전압의 포화 전압: VCE = 0.6V, FET ON 저항: RDS = 0.2Ω,
트랜지스터 손실: 1A × 0.6V = 0.6W,
FET 손실: 1A2 × 0.2Ω = 0.2W
이제 전력 손실이 더 낮기 때문에 FET가 더 많이 사용됩니다. *2
과거에는 FET와 병렬로 다이오드를 통해 회생전류를 회생시켰으나, 최근에는 전력손실보다 적은 손실로 회전시켜 회생전류를 FET에 흘려 손실을 줄이는 IC(P=VＦ × I)Ｆ 회생 중 다이오드. [그림 3]
드라이브 IC는 유니폴라 드라이브와 바이폴라 드라이브로 구성됩니다. 바이폴라 드라이브에서 전력 손실을 계산할 때 전류가 통과하는 상부 및 하부 FET의 ON 저항의 결합 저항으로 계산해야 합니다[그림 4]. A상과 B상의 코일이 2개 있기 때문에 2회로의 전력 손실은 양쪽 드라이브 IC에서 열이 됩니다.
[PLOSS = (I2 × RDS) × 2]
드라이브 IC의 허용 발열량은 IC 사양의 디레이팅을 고려한 소비전력(W)에 의해 결정되며, 동작온도, 주위온도, 방열조건 등으로부터 계산됩니다. 다양한 조건에서 모터를 구동하고 온도를 측정하여 유효성을 판단합니다. *삼
모터와 마찬가지로 방열 및 전류 감소는 드라이브 IC의 열을 줄이는 데 효과적입니다. 전류가 70%로 떨어지면 발열량이 약 1/2, 전류가 반으로 줄어들면 약 1/4이 됩니다.
*2 전력은 전류의 제곱에 비례하므로 IGBT를 사용하는 등의 고전류에는 트랜지스터가 유리할 수 있습니다.
*3 드라이브 IC에는 목표 모터 전류가 있으며, 대전류 드라이브 IC로 소전류 모터를 구동하는 경우 이러한 전류 조정이 어려울 수 있습니다. 그러한 경우에는 사전에 IC 제조사에 확인하는 것이 좋습니다.