第 13 章　DC モータを回す¶

ブラシ付き DC モータを駆動する方法を扱います。LED やスイッチと違い、モータは GPIO 直結では絶対に動かない 負荷の代表格。第 12 章で学んだ MOSFET 技術をさらに進化させた H ブリッジ回路 を内蔵した「モータドライバ IC」を使う方法を中心に扱います。

代表ボード：Arduino Uno R3

この章で壊しやすいもの

マイコン（モータ直結、逆起電力での破壊）
モータドライバ IC（電源分離不足、突入電流、ヒートシンク不足による熱破壊）
電源（モータ起動時の突入電流で電圧ドロップ、電池が膨張）
モータ自体（ストール状態の長時間継続で焼損）

この章のゴール¶

ブラシ付き DC モータに モータドライバ IC が必要な理由 を説明できる
代表 IC（DRV8835 / TB67H450 / L298N）の違いを理解し選べる
ロジック電源とモータ電源の分離 を回路レベルで実装できる
正転・逆転・停止・ブレーキを PWM で制御できる

1. 動機：モータはなぜ難しいか¶

DC モータは電気的には「コイル + 接点（ブラシ）」ですが、実用上は 3 つの難しさがあります:

大電流：定常 150〜500 mA、ストール時 1 A 超（GPIO 直結不可）
逆起電力（バック EMF）：DC モータは内部にコイル（インダクタ）を持つので、電流を急に止めた瞬間に 電源電圧の数倍〜数十倍の逆向きの電圧パルス が瞬間的に発生する現象。対策なしだと、周囲の IC やマイコンが即座に破壊される
双方向駆動：正転・逆転の両方を実現するには、電流の向きを変えられる回路が必要

これを 1 つの IC にまとめたのが モータドライバ IC（H ブリッジ内蔵）。本章では、単体 MOSFET ではなく、ほぼ例外なく モータドライバ IC を使う 方針で進めます。

2. 素朴な（NG）回路：GPIO にモータを直結¶

第 2 章 §4 で扱った NG 例の再掲ですが、初心者が最も詰まるポイントなので改めて。

NG パターン 1：GPIO 直結¶

D9 ─── モータ ─── GND

第 2 章 §4 の通り、定常電流が GPIO 定格の数倍、ストール時はさらに数倍。即座に GPIO 破壊。

NG パターン 2：単体 MOSFET 1 個で制御（正転のみ）¶

D9 ── MOSFET のゲート
VCC ── モータ ── MOSFET ドレイン
MOSFET ソース ── GND

これは動きますが 正転しかできない（逆転するには電流の向きを変える必要があり、MOSFET 1 個では無理）。H ブリッジ（MOSFET 4 個）が必要になります。

NG パターン 3：モータ電源をマイコンの 5V から取る¶

Arduino 5V ── モータ（VCC） ── H ブリッジ ── ...

モータが 200 mA 引くと、Arduino の USB 給電（500 mA 上限）は簡単に飽和します。ブラウンアウトループ（第 4 章 §7）の典型。

3. なぜダメか：逆起電力と突入電流¶

3.1 逆起電力（バックEMF）¶

モータのコイルが電流を遮断された瞬間、電源電圧の数倍の逆向きパルス が発生します。

5V 駆動のモータでも、遮断時に 50V 以上のスパイクが出る
MOSFET のドレイン-ソース絶対最大電圧（V_DS）を容易に超える
電源側にも回り込んで、マイコンを巻き込んで破壊

対策：フライホイールダイオード（第 12 章 §4）。モータドライバ IC は内部に 4 個のフライホイールダイオードを内蔵しているので、外付け不要です。

3.2 突入電流¶

モータ起動時 0 rpm では、内部抵抗だけが電流を制限する（逆起電力がゼロのため）。

定常電流 200 mA のモータでも、起動時は 1〜3 A の瞬間電流
ストール（拘束）状態では常時このピーク電流
モータドライバの連続電流定格ではなく、ピーク電流定格 を見る必要

定常電流の 3〜5 倍の電流容量を持つ電源とドライバ を選びます。

4. 正しい回路：モータドライバ IC + 電源分離¶

4.1 代表的なモータドライバ IC¶

型番	連続電流	ピーク	ロジック電圧	モータ電圧	特徴
DRV8835（Pololu）	1.5 A / ch	3 A	2〜7 V	2〜11 V	小型、本書のデフォルト
TB67H450（東芝）	3.5 A	5 A	3.3 / 5 V	4.5〜44 V	高電流、やや大型
L298N（STM）	2 A / ch	3 A	5 V	〜46 V	老舗、発熱が大きい、非推奨だが教材多数
A4950	3.5 A	5 A	3〜5.5 V	7.5〜40 V	TB67H450 と競合
MX1508（汎用）	1.5 A	2.5 A	5 V	2〜9.6 V	格安、評価用

本書の作例は DRV8835（デュアル H ブリッジ） を基準にします。小型ロボットには十分で、入手性・扱いやすさともに良好。

4.2 配線図（DRV8835 使用）¶

DRV8835 で DC モータを 2 個駆動

4.3 配線のポイント¶

マイコンの VCC（5V）とモータ電源（7.4V）は別系統（V 分離）
マイコンの GND とモータ電源の GND は 1 点で繋ぐ（GND 共通）
ドライバの V_CC（ロジック電源）にマイコンの 5V を接続
ドライバの V_M（モータ電源）にバッテリを接続
モータの 2 端子を AOUT1 / AOUT2 に接続（左右の向きは任意、制御で補正）
ドライバの近くに デカップリングコンデンサ（電解 100 μF + セラミック 0.1 μF）を配置

4.4 正しいコード（PWM 制御、正転・逆転・停止）¶

// 配線：
//  D9 → DRV8835 AIN1 (PWM 対応ピン)
//  D8 → DRV8835 AIN2 (方向)
//  マイコン 5V → DRV8835 V_CC
//  マイコン GND → DRV8835 GND
//  バッテリ + → DRV8835 V_M
//  バッテリ GND → DRV8835 GND（マイコン GND と同じラインに繋ぐ）
//  DRV8835 AOUT1, AOUT2 → モータの 2 端子

const int IN1_PIN = 9;   // PWM
const int IN2_PIN = 8;   // 方向

void setup() {
  pinMode(IN1_PIN, OUTPUT);
  pinMode(IN2_PIN, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Motor test");
}

void setMotor(int speed) {
  // speed: -255 〜 +255（符号で方向、絶対値で PWM Duty）
  if (speed > 0) {
    analogWrite(IN1_PIN, speed);
    digitalWrite(IN2_PIN, LOW);
  } else if (speed < 0) {
    digitalWrite(IN1_PIN, LOW);
    analogWrite(IN2_PIN, -speed);
  } else {
    // 両方 LOW で惰性停止（コースト）
    digitalWrite(IN1_PIN, LOW);
    digitalWrite(IN2_PIN, LOW);
  }
}

void loop() {
  Serial.println("forward");
  setMotor(200);    // 78% duty で正転
  delay(2000);

  Serial.println("stop");
  setMotor(0);
  delay(1000);

  Serial.println("reverse");
  setMotor(-200);   // 78% duty で逆転
  delay(2000);

  Serial.println("stop");
  setMotor(0);
  delay(1000);
}

DRV8835 の制御モードは 2 つある

DRV8835 には PHASE/ENABLE モード（MODE ピン HIGH）と IN/IN モード（MODE ピン LOW）の 2 つがあります。上のコードは IN/IN モード（MODE ピンを GND にする想定）。PHASE/ENABLE モードでは「AIN1 = 方向、AIN2 = PWM」になります。AI に「DRV8835 の MODE を PHASE/ENABLE に変えたコード」と依頼すれば書き換えてくれます。

5. モータ選び¶

本書の作例範囲で使う DC モータ:

モータ	電圧	定常電流	ストール電流	典型用途
FA-130（タミヤ）	1.5〜3 V	150〜250 mA	1 A	おもちゃ、軽量ライントレース
FA-130 + ギアボックス	同上	同上	同上	タミヤギアボックス付き
N20 ギヤードモータ	3〜12 V	100〜400 mA	0.5〜1.5 A	ホビーロボット、小型ライントレース
540 / 380 クラス	6〜12 V	1〜3 A	5〜10 A	RC カー、重量ロボット

FA-130 と N20 が本書の主戦場。540 クラス以上は本書のスコープ外（高電流帯域、発熱管理が別次元）。

6. 動作確認チェックリスト¶

6.1 電源投入前¶

第 7 章の (A)〜(E) 全項目通過
V_CC と V_M の分離（(D) で確認）
GND が 1 点に集約されている（スター接続）
モータドライバの MODE ピン が用途通り（DRV8835 なら IN/IN モードなら GND へ）
定格確認：モータのストール電流 ≤ ドライバの連続電流定格
電源電圧確認：モータ定格 ≤ V_M ≤ ドライバの V_M 上限

6.2 電源投入後¶

モータが 指令通りに回る（正転・逆転・停止が期待通り）
モータドライバ IC が 触って 30 秒以上耐えられる温度（50℃ 以下目安）
モータ 最大出力で 30 秒 連続駆動してもブラウンアウトしない（第 4 章 §7 のシリアル監視法）
モータ停止直後にマイコンがリセットしない（フライホイール作用で守られているか）
モータ電源の電圧降下が 定格の 10% 以内（ストール時測定）

7. よくあるトラブル FAQ¶

モータが回らない

ロジック電圧が届いていない：DRV8835 の V_CC に 5V が来ているか実測
モータ電源が届いていない：V_M に適正電圧が来ているか
MODE ピンの誤設定：データシート確認、どちらかのモードに確定
モータ自体の故障：モータ単体で電池に繋いで回るか確認（第 25 章）

モータは回るが予想より弱い

PWM Duty が低い：analogWrite の値を確認、最大 255
モータ電源の電圧降下：ストール時に V_M が落ちている、電源強化
ドライバの過熱保護が働いた：温度確認、ヒートシンク追加または電流低下

モータを切った瞬間にマイコンがリセットする

電源分離不足：第 4 章 §7 のブラウンアウト対策
GND 未共通：(D) チェックを再実施

DRV8835 が熱い・焼けた

定格オーバー：モータストール電流がドライバ連続定格を超えている
短絡：モータ配線が AOUT1 と AOUT2 の間で短絡
ヒートシンク不足：表面にヒートシンクを追加
対策：大電流対応の TB67H450 に変更

正転と逆転の向きが逆

AOUT1 と AOUT2 に繋いでいるモータ配線を 入れ替える
またはコードで IN1/IN2 の割当を入れ替え（どちらでもよい）

低速で回らず、ある閾値を超えると急に回り始める

DC モータの摩擦トルクとギアボックスの引っかかりによる デッドバンド。 - PWM Duty を低いほうでも試す：Duty 30〜50 で回らなければ、ギア側の摩擦を確認 - ソフト側で最低 Duty を設けて 起動時だけ高 Duty、回り始めたら目標 Duty に落とす制御

8. 次章への橋渡し¶

DC モータを制御できたら、次は 速度制御の核 である PWM をもう一歩詳しく見ます。

次の第 14 章「PWM と速度制御」では、analogWrite が実は何をやっているのか、周波数・Duty の選び方、ハード PWM とソフト PWM の違いを扱います。モータの可聴域ノイズ対策や、LED の目で感じる周期（ちらつき）など、PWM 絡みの細かい知識を集めます。

第 13 章 DC モータを回す¶