Raspberry Piへの逆起電力対策について

質問

わかりづらい図で申し訳ないのですが、１つの5V電源からRaspberry PiやArduinoへの逆起電流対策について教えてください。

１つの共通の電源で、以下のものを動かそうとしています。
- Raspberry Pi
- Arduino
- Servo ｘ6

この状態でServoを動かすと、モータの逆起電流で電圧が下がりRaspberry Piが再起動してしまいます。
逆起電流対策として、VccとGNDの間にダイオードやノイズ対策としてコンデンサなど挟んでみたものの電圧降下が大きく安定しません。
コンデンサの容量を調整することで電圧低下はある程度程度改善するのですが、連続で動かすとRaspberryが耐えられず再起動してしまいます。

この回路で、モータの影響をマイコン側(Raspberry)が受けないようにする良い方法を教えていただけますでしょうか。
この回路には5Vですが6Aと少々大きめの電流が流れます。
電源をできるだけ1つで対応したく、ご教授お願いいたします。

回答No.9

noname#252929

>- なんとなく皆さんのご返答で理解が進んでいるのですが、kisinaitui様のおっしゃられているダイオードで分離してという部分がうまくイメージできていないです。
>- 電源ラインにはコンデンサとダイオードについては試しているのですが、ダイオードで分離という部分についてお手数ですがもう少しご説明いただけないでしょうか。

マイコンの基盤からモーター制御が信号なのか直接電力で制御しているのかわかりませんが、

大雑把に添付のような感じです。
電源だけで、制御信号線入れていません。

マイコンの基盤の中でモーターを直接電力制御で制御しているのなら、回路基盤上で、CPUの部分を切り出して、ダイオードで回路を分けてコンデンサを入れれば良いです。
リレーなら問題ないでしょう。ただ、リレー制御電源は、モーター側から撮る必要があります。

単純な考え方で、ダイオードで分離すれば、コンデンサにたまっている電力は、モーター側に逆流して流れませんので、コンデンサにたまっている電力の分までは、電圧が落ちても、マイコンは生きていられるわけです。

一瞬の高負荷で電源側が落ちる場合などに使える単純な分離の方法です。

回答No.8

hahaha8635

Servo ｘ6 も使ってるので
根本的には電源を大きくするしかないです

回答No.7

mpascal

電源の電流を大きなものに交換する。

回答No.6

nowane4649

モーター停止時に問題が起きていないなら逆起電力ではなく、突入電流の問題と考えます。
この場合はダイオードやスナバー回路(コンデンサ+抵抗)は意味を成しません。
突入電流のエネルギーを供給しきれるだけの大容量コンデンサを搭載するか、電源分離しかないです。

一応、長期運用で無く、消費電流の少ないラズベリーパイ0,1であればラズパイ電源にモバイルバッテリーを中継させて非常電源扱いにするっていう方法があり得ます。

補足

- 皆様のご指摘で理解が進んだのですが、おっしゃられる通り、モータの突入電流による電圧降下が原因かと思います。

- いただいたアドバイスをキーに25Fの馬鹿でかいキャパシタで試したところ0.5秒刻みでServoを動かし続けましたがRaspberryは問題なく起動しておりました。

- 別電源も試したのですが、こちらも問題なく動きました。

- Raspberry Piは3B+(Wi-fiは使ってません！)なので電源結構使いそうですが、すが25Fもあるとキャパシタだけで数分の動作確認もできました

回答No.5

ohkawa3

回答(1)です。
モーターの起動電流による電圧降下の問題であれば、現象が理解できます。
電源を分けるのが望ましいのは他の回答者さんがご指摘の通りと思います。

どうしても1つの電源としたいなら、
(1)モーターの起動電流を下げるか、(2)電源電圧を低下しにくくするかの
いずれかです。

(1)の方法
・モーターの立上がりを遅く設定する
・モーターに電源を供給する経路に、起動電流を制限する抵抗器を設け、
　回転数が上昇後に短絡する回路を設ける
(2)の方法
・もっと大きな容量の電源に交換する
・電源回路の過電流保護機能を無効（低減）にするように改造する

いずれの方法もデメリット（副作用）がありますので、得失を勘案して
選択してください。

補足

- コメントいただきありがとうございます
- 皆さんご指摘いただいているように、突入電流による電圧降下という言葉が今回の事象では正しいと思います。

(1) の方法についてですが、この制限する抵抗についてもう少しお伺いしたいのですが、例えば1つのモータに対して5V 1A を流したいとしたら、Wがギリギリなので気になりますが、以下のような5Ωの抵抗を挟むことで対応するという理解であっていますでしょうか。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gR-07955/

(2) ご指摘ありがとうございます。なぜか手元に25Fの巨大キャパシタがあったので0.5秒刻みで5分近く試しましたが問題なく動きました。
質問前に1Fのキャパシタは試してみたのですが、動かずでいろいろご意見いただきありがとうございます

回答No.4

noname#252929

モーターの起動電力(逆起電力ではありません)によって、電圧が落ちて、その電圧降下に耐えられずに、マイコンが落ちるというだけの話でしょう。

なら、モーターの起動時間を調べればいいんですよ。

そして、電源から、マイコン系へは、ダイオードて分離して、その先に、モーターの起動時間分耐えられるコンデンサを付ければ良いだけの話です。

マイコンからの出力もあるのなら、マイコンの電源を守るように、ダイオードで分離して、コンデンサで電力の補償をかけてあげれば良いだけだと思いますよ。

そうすれば、マイコンは起動時にコンデンサというサブ電源で動いている状況を作れますからね。

ただ、電源ラインにコンデンサを乗せたところで、コンデンサの電力は、モーターに持って行かれてしまいます。
なので、持って行かれないようにダイオードで分離しておけばいいんです。

補足

- なんとなく皆さんのご返答で理解が進んでいるのですが、kisinaitui様のおっしゃられているダイオードで分離してという部分がうまくイメージできていないです。
- 電源ラインにはコンデンサとダイオードについては試しているのですが、ダイオードで分離という部分についてお手数ですがもう少しご説明いただけないでしょうか。

回答No.3

lumiheart

>この状態でServoを動かすと、モータの逆起電流で電圧が下がり
恐らく、モータ起動電流による電圧降下でしょうね
逆起電流ではないでしょう

一番簡単確実なのは電源系統を分離する事ですが
ご予算的にも一番安価確実でしょう

次点として
モータへの電線を可能な限り極太電線にして
尚且つ、渡り配線にせずブスバー接続か１点接続にする

電源－－－－－－モータ
　　＼＿＿＿＿＿マイコン

http://www.picfun.com/partgnd.html
http://www.zuken.co.jp/club_Z/z/analog/007/ana_110224_2.html
http://www.miyazaki-gijutsu.com/series2/noise092.html
http://www.zukentec.co.jp/zukentecnews/z_expert/cad/61.php
http://micro.rohm.com/jp/techweb/knowledge/dcdc/dcdc_pwm/dcdc_pwm03/4838

補足

ありがとうございます。
やはり電源を分けることが一番確実ですかね。
毎年、この電源を分けないということが課題で取り組んできているのですが、モーターを使う際の電源を統一する壁がなかなか超えられません。

いただいたURLがとても参考になりそうでしたので、拝見させていただきます！
ありがとうございます。

回答No.2

tanakanono

デジタル電源とアナログ電源は分けないんですか？

回答No.1

ohkawa3

＞モータの逆起電流で電圧が下がり
モータの逆起電流とは、モータが発電機として動作して、モータから電源側に
エネルギーが回生される状況を指すのでしょうか？
そうだとすると、電圧が下がるという現象が解せません。
恐れ入りますが、もう少々詳細に現象をご説明願えないでしょうか。

補足

あいまいな書き方ですみません。
オシロスコープなどを持ち合わせておらず、テスターで先の図のVccとGNDを見ているだけなのですが、500 msec 刻みでServoを動かすと動く瞬間に5Vの電源が4V前後まで落ちています。

テスターで目チェックなためもっと落ちているのかもしれないのですが、Servoを動かすとこの電圧が下がるようにテスターから見えており、これが原因でマイコン側が落ちていると思われます。

言葉的には、lumiheartさんのおっしゃられている、電圧降下というものが正しい気がいたします。すみません。