今回の自作電動ミニガンダム椅子に使っているバッテリーは24Vで動力用のDCモータは24Vで100W出力です。電流も数アンペア流れる計算になりますからスイッチングに使うFETも選択を誤るとすぐに火を噴いてしまいそうです。バイクの場合には前進だけなので簡単ですが、boe-bot型の電動車椅子では両側のモータの前進と後退がありますから、Hブリッジを2つ用意しないといけません。しかも、PSoCからの信号は5Vなのに24VのHブリッジを駆動しなければならないので、回路が面倒くさそうな気がしてました。

幸いにも、5Vロジックのオプトカップラ経由で12V-10Aが駆動できるMOSFETのすっきりとしたHブリッジ・モータ正逆転回路が公開されていました（舞鶴工業専門学校の町田先生という方のウェブサイト）。この回路の上半分のHブリッジ部分だけ利用して4個のオプトカップラをPSoCのPWM8モジュール4個使って直接駆動することにしました。Hブリッジ回路を2つと前進・左・右・後退に対応するタクトスイッチを4つとバッテリからの電源コネクタを付けたドッキングモジュールを製作しました。

問題は、殆んどのMOSFETのゲート・ソース間の絶対定格電圧が+-20Vになっていることです。Hブリッジ回路を見れば分かるのですが24Vのバッテリを繋ぐとMOSFETのゲートには+-24Vがかかってしまいます。バイクは速度が15km/h出るようになっていますが、車椅子や大型レスキューロボならもっとゆっくりで良いので12Vのバッテリに代えてしまえばこの問題はなくなります。今回は、回路やバッテリもそのまま使ってみることにしました。燃えても良いということで24Vかけてしまいました。MOSFETの絶対定格を超えているのですが、今のところ持ちこたえています。

町田先生のサイトによるとPWMは概ね20kHz位までは発熱せずに使えるようですが、オン抵抗を更に低くするためとドレイン・ソース間は60Vまで耐圧がある別なFETを使ってみました。PチャンネルがFX30KMJでNチャンネルが2SK3140です。結論から言うと、オン・オフ・スイッチングがゆっくりな場合にはモータが廻り始まるときや車体がどこかに引っかかって廻らないときで数アンペア以上の大電流が流れる場合でもFETは放熱板なしでも熱くなりません。しかし、PWMのスイッチング周波数を概ね1kHz以上にするとモータを繋がなくてもFETが発熱してきます（使っているFETのオンするまでのタイムは100ナノ秒程度なのですがオフタイムは400ナノ秒ほどかかりますのでオフしきれないうちにオン電流が流れて上下のFETが貫通してしまう時間があります）。町田先生が使っているFETの組み合わせなら20kHz以上で駆動できるようですが、、、（オフタイムが100ナノ秒以下になっていて逆にオンタイムが300ナノ秒程度と結構長い）。ということで、現在は、PWM100Hz程度で駆動していますが、特に体感振動はなくモータらしい音で廻ってます。

オプトカップラはスイッチング速度は少し遅くても値段が安い方のTLP251（東芝；千石電商で入手）を使いました。電動バイクのバッテリとモータからPSoCコントローラに繋ぐケーブルのコネクタも千石電商で入手可能でした。ということで、PSoCベースボードに繋ぐモータコントロールモジュールはFET200円x8、フォトカップラ210円x4、その他ユニバーサルボード200円、コネクタ、スイッチ等でできてしまいました（合計3500円前後）。スイッチの代わりにジョイスティックを使うと1000～1500円ほど高くなります。