FPGA活用回路＆サンプル記述集（2） ―― モータやLEDを駆動するパワー回路
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技術解説 2009年3月 9日
今回はモータやLEDの駆動回路を紹介します．最近のCPLD/FPGAの出力は5m～20mA程度の駆動能力を備えており，一般的なLEDくらいは直接点灯できます．しかし，大電流を必要とする高輝度LEDやパワーLEDを駆動する場合には外付け回路が必要です．また，近年はロボットや自動車など，可動部を持つ製品にFPGAが搭載される機会が増えています．このようなアプリケーションで使用されるステッピング・モータやブラシレス・モータをFPGAで制御したいという要求が増えています．（編集部）
- 事例1．1個または複数の7セグメントLEDをFPGAから直接駆動する回路
【Keyword】 7セグメントLED - 事例2．パルス波のデューティ比を変えて白色LEDの明るさを調整する回路
【Keyword】 白色LEDドライバ - 事例3．デューティ比をリニアに設定できるPWMパルス生成回路
【Keyword】 PWMパルス生成回路 - 事例4．パワー・デバイスをスイッチするためのデッド・タイム生成回路
【Keyword】 IGBT，デッドタイム - 事例5．2相ユニポーラ・ステッピング・モータの制御回路
【Keyword】 ステッピング・モータ，パワー・トランジスタ - 事例6．IGBTモジュールを利用したブラシレス・モータ駆動回路
【Keyword】 ブラシレス・モータ
事例1．1個または複数の7セグメントLEDをFPGAから直接駆動する回路
浅井 剛
- 回路図：図1-1
- 主要部品：7セグメントLED
- VHDL記述：リスト1-1
- 外部入力：なし
- 外部出力：ODATA
- 内部入力：IDATA
- 内部出力：なし
- パラメータ：なし
- 製品に搭載実績のある回路を本誌に抽出．
最近のCPLD/FPGAの出力は高い駆動能力を備えており，LEDの点灯に必要な5m～20mA程度の電流を供給できます．そこでBCD（Binary Coded Decimal；2進化10進数）を入力として，7セグメントLEDを直接駆動する論理を示します．
図1-1は7セグメントLEDとFPGAとの接続回路，およびBCDからのデコード例を示したものです．LEDはアノード・コモンで，カソード側を"L"にすることで所定のセグメントをONさせます．図1-1（a）においてVDDは基板上にあるLED用電源，Rは電流制限用の抵抗です．
図1-1 7セグメントLED駆動回路
アノード・コモンの場合．
R＝（VDD－VF）/IF
VF：LEDの順方向電圧（V），IF：順方向電流（A）
VDD＝3.3V，VF＝2.0V，IF＝20mAの場合，電流制限抵抗R（Ω）は，R＝（3.3－2）/（20×10－3）＝65となります．
リスト1-1にBCD→7セグメント変換モジュール「BCD7SEG」のソース・コードを示します．出力信号ODATAのMSBがセグメントaに接続するものとしています．BCDデータは正論理ですがデコード出力は負論理なので，図1-1（b）のデコード例に従い，ONしたいセグメントを"L"にします．
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
entity BCD7SEG is
port(IDATA : in std_logic_vector(3 downto 0);
-- BCD入力
ODATA : out std_logic_vector(6 downto 0)
-- 7Segデコード出力
);
end BCD7SEG;
architecture RTL_BCD7SEG of BCD7SEG is
begin
process(IDATA)
begin
case IDATA is
when "0000" => ODATA <= "0000001"; -- abcdef-
when "0001" => ODATA <= "1001111"; -- -bc----
when "0010" => ODATA <= "0010010"; -- ab-de-g
when "0011" => ODATA <= "0000110"; -- abcd--g
when "0100" => ODATA <= "1001100"; -- -bc--fg
when "0101" => ODATA <= "0100100"; -- a-cd-fg
when "0110" => ODATA <= "0100000"; -- a-cdefg
when "0111" => ODATA <= "0001111"; -- abc----
when "1000" => ODATA <= "0000000"; -- abcdefg
when "1001" => ODATA <= "0000100"; -- abcd-fg
when others => ODATA <= "1111111"; -- BCDでない場合は全消灯
end case;
end process;
end RTL_BCD7SEG;
リスト1-1 BCD7SEGのソース・コード
tag: FPGA
