TI、ブラシレスモーターの�@音を�U御�\術で抑え込む
Texas Instruments社は、さまざまな電動工�困筌檗璽織屮襪焚氾典×_に使われるブラシレスDCモーターの�@音を��らすための�U御�\術を�rり込んだモータードライブICを発売した。ノートPCの最も��かなファンよりも6〜7dB低いとしている。終段のパワーMOSFETも集積しているため、チップを搭載した基���C積はディスクリートで組む場合の1/3と小さくなる。
図1 家電機�_からの�@音は��らない 出�Z：Texas Instruments Inc.
DCモーターを使う��例は�\えつつある。��に家庭��（図1）の電動工�困��C除機、ノートパソコンなどにもDCモーターが使われている。�eち運び�_�困魯丱奪謄蠧虻遒��i提であるため、ここに使われるモーターはDCモーターが�L(f┘ng)かせない。これまでも、�C除機から出る�@音をマイクで�Rってノイズ�S形の位相を180度ひっくり返して�]ち消し合う、といった�}法が使われてきたが�科�ではなく、しかも消�J電��は�\加する。
消�J電��を��らしながら�@音を��らすためにはモーターそのものの�~動を�U御する��(sh┫)式が��要とTIは考えた。モーターのパワーが最�j(lu┛)70Wだと家庭内での����は広い。今�v開発したブラシレスDCモーター��の�~動ICは�U御��(sh┫)式を工夫して�@音を��らしたもの。
�k般にモーターの�v転数を変えるためにはPWM（パルス幅変調）�U御が使われている。PWM変調は、パルスの幅を広くするとモーターを�~動する電流を�\やし、狭くすると��らすことができる。そのパルス�S形をコンデンサやインダクタなどで平滑化すると��弦�Sのように加工することができる。つまり直流から交流電流の�j(lu┛)きさを変えることができる。それによってモーターの�v転数を連��的に変えることができる。
図2 PWM変調が不連��に行われると位相電流を発�擇恵@音を引き��こす 出�Z：Texas Instruments
TIもPWM変調で�v転数を可変できる点は変わらないが、�v転をさらにスムーズにいくように1�v転を120度ずつ3相の�~動�v路でモーターを�~動する。3相交流モーターはモーターの�W定動作�幔L(f┘ng)かせない�\術である。TIは今�vの�@音削���\術を�\術記��で解説している（参考�@料1）。パルスのスイッチング周�S数で同時に3つの�S形が同じ時刻で変調されると連��的なPWM変調できれいな��弦�Sができる。しかし、3つの�S形や同時性が崩れるとバラつきができ、不連��なPWM変調となるため、�S形がクランプされて位相差を�擇犬�。この位相差による電流が音としてノイズを引き��こす。その�S形にFFT（高�]フーリエ変換）をかけてみると高調�Sが何本かくっきりと立ちノイズとして現れる（図2の�靴��S形）。TIでは、PWM変調と位相変調を使って連��的にPWM変調を行い、�v転�]度と�@音を同時に�U御しているという。
また、ブラシレスモーターの設��は、モーターのブラシを�oることがないため、元々�@音は低い。このためエネルギー効率は高い。しかし、交流を創り出すためのゼロ交差点でのスイッチをはじめとしてチューニングさせるための設��が�Mしかったため、TIは今�v、コーディング不要でチューニング��に5本のピンを使って�~単に設��できる�v路を集積した。
その�kつがデッドタイム��償である。ハーフブリッジ�v路では、ハイサイドMOSFETとローサイドMOSFETがスイッチングする瞬間にデッドタイム期間を予め作っておく。突入電流を�cけるためだ。しかし、このデッドタイムによって、設��電圧と実際電圧との差が異なるため、位相電流の向きによってジッターが�擇検��@音につながっていた。そこでTIは、共鳴�U御�\術を使う独�Oのデッドタイム��償によって位相電流の高調�S成分をゼロにした。この�\術の詳細に関しては��らかにしていないが、�@音レベルはだいぶ削��している（図3）。
図3 新����MCF8316Aを使った�@音低�� 出�Z：Texas Instruments
TIが提供する低�@音のブラシレスモーター�U御ICは2�|類。�屬脳匆陲靴振\術の����が磁�c��(sh┫)向�U御（FOC: Field Oriented Control）のMCF8316Aであり、もう�kつは矩形�S形で�U御するMCT8216Aである。後�vは高�]モーターを使った�C除機などの応��に向いているという。
世の中に出�vっているブラシレスモーター�U御ICは後�vの��(sh┫)が�Hいが、今�vの新����MCT8216Aは、デッドタイムの��償を含めて、矩形�Sの位相を120〜150度の間で転流モードを変えることで比較的滑らかな��弦�Sを実現、�@音を削��したという。
図4 �@音を�U御する�v路を集積、外��け����点数も削��し実���C積が1/3に 出�Z: Texas Instruments
いずれの����も�@音�U御�v路を集積しており、チューニング設定が�~単なので、ボード設��も�~単である（図4）。ただし、�\術的な�Mしさを�ﾀKしたFOC��(sh┫)式にいずれシフトしていくだろうと、同社BLDCモータードライバ�����靆隋�����ラインマネージャーのPunya Prakash��は見ている。
参考�@料
1. "How to Reduce Motor Noise with Code-Free, Sensorless BLDC Motor Drivers", Texas Instruments Application Note
