DCモーターをマイコンの端子に直接つないでいい？

だめです。小さなモーターでも起動の瞬間は 2.1A 流れ、端子が出せる数mA〜十数mA をはるかに超えます。

モーターのダイオードはどっち向きに付ける？

帯（カソード）を電池の＋側に向け、モーターと逆向きに付けます。逆に付けると電池をショートさせます。

モーターのノイズ対策のコンデンサは何µF？

0.1µF のセラミックコンデンサが定番です。モーターの2本の端子の間に、できるだけ近くで付けます。

モーターを回すとマイコンがリセットするのはなぜ？

起動の大きな電流で電源の電圧が下がるからです。モーターの電源を分け、GND だけをつなぎます。

MOSFETとトランジスタ、モーターにはどっち？

数百mA を超えるモーターには、3.3V で ON できるロジックレベルの MOSFET が向いています。

DCモーターの速さをマイコンで変えるには？

PWM で MOSFET を速く ON/OFF し、ON の割合を変えます。50% なら平均の電圧は半分になります。

DCモーターをマイコンで回す｜MOSFETとダイオードとパスコンの役目

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DCモーターをマイコンで回すときは、端子で MOSFET に合図だけを出し、モーターの電流は電池から流します。要る部品は MOSFET・ダイオード・0.1µF・100µF の4つで、役目は4つの部品の節、選び方は早見表へ。

DCモーターをマイコンで回す。LED の次に作りたくなる回路ですが、LED と同じつなぎ方では動きません。動いても、マイコンが急にリセットしたり、部品が壊れたりします。

この記事では、模型でおなじみのマブチ FA-130 を例に、モーターの「くせ」と、それぞれに効く部品を、データシートの数字で順番に見ていきます。

この記事で作るもの：マイコンで DC モーターを回す回路

3.3V のマイコンの合図で、単3電池2本（3V）のモーターを ON/OFF する回路です。部品は MOSFET・ダイオード・コンデンサ2つと、ゲートの抵抗2本です。

マイコンの端子は、MOSFET のゲートに 3.3V か 0V の合図を出すだけです。モーターに流れる電流は、電池の＋から、モーター、MOSFET を通って、電池の−へ戻ります。

部品	この記事の例	役目
MOSFET	AO3400A（N チャネル）	電池→モーター→GND の道をつなぐ・切る
ダイオード	1N5819（ショットキー）	OFF の瞬間のモーターの電流を逃がす
小さなコンデンサ	0.1µF（セラミック）	モーターのノイズを足元で吸う
大きなコンデンサ	100µF（電解）	起動の一瞬の電流を近くから出す
ゲートの抵抗	220Ω と 100kΩ	切り替えの電流を抑える・OFF を保つ

MOSFET のまわり（ゲート抵抗 220Ω とプルダウン 100kΩ）は、トランジスタと MOSFET を比べた記事で LED を点けた回路と同じです。負荷が LED からモーターに変わっただけ、と考えると入りやすくなります。

つまり、LED の回路にモーター用の「ダイオード1本とコンデンサ2つ」を足したものが、この記事の回路です。

なぜマイコンの端子で直接回せないのか：起動の瞬間は 2.1A

FA-130RA-18100（3V）は、回っているだけで 0.15A、回りはじめの瞬間は 2.1A 流れます。マイコンの端子が出せるのは数mA〜十数mA ほどなので、起動の電流はその約140倍です。

マブチのデータシートには、モーターの電流が3つ書かれています。何も回さないとき（無負荷）、いちばん効率よく回るとき（最高効率）、軸を止められたとき（停動）です。

状態	電流（3V）	回転の速さ
無負荷（何もつけずに回す）	0.15A	12,300回/分
最高効率（ほどよい重さを回す）	0.56A	9,710回/分
停動（止まっている・回りはじめ）	2.10A	0

マイコンの端子（GPIO）が出せる電流は、品種にもよりますが数mA〜十数mA ほどです。無負荷の 0.15A でも約10倍、起動の 2.1A なら約140倍です（15mA を目安にした場合）。端子につなぐと、端子もマイコンも壊れるおそれがあります。

つまり、マイコンは合図だけ、モーターの電流は MOSFET を通して電池から、と役割を分けます。

モーターは回りはじめが一番電流を食う：起動の電流の正体

止まっているモーターは、ただのコイル（巻いた線）の抵抗です。FA-130RA-18100 では 3V÷2.10A≒1.43Ω と見積もれ、電流は 3V÷1.43Ω＝2.1A になります。回りだすとモーターが逆向きの電圧（逆起電力）を出し、電流は減ります。

モーターの中には、細い銅の線を巻いたコイルがあります。止まっているときは、この線の抵抗（とブラシの接触）だけで電流が決まります。

抵抗の 1.43Ω は、データシートの停動電流 2.10A から逆算した見積もりです。回りだすと、モーターは発電機のように電源と逆向きの電圧（逆起電力）を出します。その分だけコイルにかかる電圧が減り、電流は 0.15〜0.56A まで下がります。

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つまり、部品を選ぶときは「回っているときの電流」ではなく「起動の電流」で選びます。

4つの部品の役目：MOSFET・ダイオード・0.1µF・100µF

MOSFET は電流の道をつなぐスイッチです。残りの3つは、モーターの「くせ」への対策です。ダイオードは OFF の瞬間の電流、0.1µF はブラシのノイズ、100µF は起動の一瞬の電流を受け持ちます。

MOSFET：スイッチ

マイコンの 3.3V でゲートを ON にすると、ドレインとソースの間がつながり、電池→モーター→GND の道ができます。モーターの下（GND 側）に置くので「ローサイド」のスイッチと呼びます。

ダイオード：OFF の瞬間の逃げ道

モーターはコイルなので、電流を急に止められるのをきらい、OFF にした瞬間も同じ向きに流しつづけようとします。行き場がないと、MOSFET のドレインに高い電圧がかかります。モーターと逆向きにダイオードを付けると、その電流がダイオードを回って静かに消えます。

0.1µF：ブラシのノイズを足元で吸う

FA-130 のようなブラシ付きのモーターは、回るたびにブラシと整流子の接点で小さな火花が出て、細かいノイズを出します。モーターの2本の端子の間に 0.1µF のセラミックコンデンサを付けると、ノイズを出どころで吸い取れます。ロボット部品の通販会社 Pololu の資料も、0.1µF をモーターのケースのできるだけ近くに付ける方法を紹介しています。

100µF：一瞬の電流を近くから出す

起動の瞬間、電池から長い線を通って電流が来るまでのわずかな時間、電圧がストンと下がります。電源の入口や MOSFET の近くに 100µF の電解コンデンサを置くと、その一瞬の電流を近くから出せます。

つまり、MOSFET で「つなぐ」、ダイオードで「OFF を守る」、コンデンサ2つで「ノイズと一瞬の電流を受け止める」です。

電流の道：ON のときと、OFF にした瞬間

ON のときは、電池→モーター→MOSFET→電池と流れます。OFF にした瞬間は、MOSFET の道が切れるので、モーターの電流はダイオードを通ってモーターに戻る輪を回り、だんだん消えます。

回路図の上で、電流の道を指でたどってみます。ON のとき、ダイオードは向きが逆なので電流は流れません。電池の＋から出た電流は、モーターを通り、MOSFET のドレインからソースへ抜け、電池の−へ戻ります。

OFF にした瞬間、MOSFET の道は切れます。でもモーターの中の電流は、急には止まれません。モーターの下の端子から出た電流は、ダイオードを下から上へ通り、モーターの上の端子へ戻ります。この輪を回るあいだに、電流はモーターの抵抗とダイオードで熱になって消えます。

このとき MOSFET のドレインの電圧は、電池の 3V にダイオードの電圧（1N5819 は 1A で最大 0.60V）を足した約3.6V までしか上がりません。AO3400A の VDS の最大 30V に対して十分に低く、MOSFET を守れます。

つまり、ダイオードは ON のあいだは休み、OFF の瞬間だけ働く「逃げ道」です。

部品を選ぶ3ステップ：起動の電流から決める

STEP 1 でモーターの起動の電流（2.1A）を調べ、STEP 2 でその電流でも熱くならない MOSFET、STEP 3 で電源の2倍以上の電圧に耐えるダイオードとコンデンサを選びます。

「2倍以上」は、この記事の目安です。モーターの電源の電圧が上がっても、ダイオードやコンデンサが耐えられるよう、余裕を持たせます。

つまり、モーターのデータシートの「停動」の行を見つければ、残りの部品はそこから順に決まります。

計算例：AO3400A の損失と、ドレインの電圧

MOSFET の損失は、無負荷 1.1mW、最高効率 15mW、起動 0.20W です。起動の電流のまま止められても、温度の上がりは 0.20W×125℃/W≒25℃ です。

まず、MOSFET を入れたときの起動の電流を出します。モーターの抵抗に MOSFET の RDS(on) が足されるので、少しだけ減ります。

状態	電流 I	VDS＝I×RDS(on)	損失 P＝I²×RDS(on)
無負荷	0.15A	7mV	1.1mW
最高効率	0.56A	27mV	15mW
起動	2.03A	98mV	0.20W

RDS(on) は、AO3400A の VGS＝2.5V の最大 48mΩ を使いました。マイコンの 3.3V はそれより高いので、実際の損失はもう少し小さくなります（安全側の計算）。

起動の電流は、ふつうは回りだすまでの短い時間だけ流れます。それでも、軸が何かに引っかかって止まったまま 2.03A が流れつづけた場合を考えておきます。AO3400A の熱抵抗は 125℃/W なので、温度の上がりは約25℃です。MOSFET は持ちこたえますが、モーターの巻線は熱くなるので、止まったら電源を切るようにします。

つまり、AO3400A なら起動の 2.0A でも余裕があり、ふだんの損失は 15mW ほどで熱くなりません。

電源の分け方：モーターは電池、マイコンは別の電源、GND はつなぐ

モーターとマイコンの電源は分けます。ただし GND（−の側）は1本でつなぎます。GND がつながっていないと、マイコンの 3.3V が MOSFET にとって何Vなのかが決まらず、モーターは回りません。

マイコンとモーターを同じ電源から取ると、起動の 2.1A が流れた瞬間に電源の電圧が下がります。マイコンは電圧が下がるとリセットするので、「モーターを回そうとするたびにマイコンが再起動する」ことになります。

そこで、マイコンは USB などから、モーターは単3電池2本から、と電源を分けます。このとき、マイコンの GND と電池の−は、必ず線でつなぎます。

配線は、モーターに大きな電流が流れる線（電池・モーター・MOSFET・GND）を太く短くし、マイコンの GND は MOSFET のソースの近くでつなぐと、モーターの電流がマイコンの GND の線を通らずに済みます。

つまり、「電源は分ける・GND は1本でつなぐ」が、モーターとマイコンを一緒に使うときの基本です。

100µF はどれだけ助けになる？ ΔV＝I×t÷C で計算する

コンデンサだけで 2.1A を出すと、10µs なら電圧は 0.21V しか下がりませんが、1ms では 21V も下がる計算になります。100µF は「一瞬」の穴埋めで、起動の電流そのものは電池が出します。

コンデンサが電流を出すと、ためていた電気が減り、電圧が下がります。下がる電圧は、次の式で見積もれます。

コンデンサだけで出す時間	計算	電圧の下がり
10µs（ノイズのような一瞬）	2.1 × 0.00001 ÷ 0.0001	0.21V
1ms	2.1 × 0.001 ÷ 0.0001	21V

1ms で 21V は、電池の 3V より大きいので、実際にはコンデンサは空になってしまいます。モーターが回りだすまでの時間はモーターと回すものによって変わりますが、1ms よりずっと長いことが多いです。起動の電流は、結局は電池と配線が出すしかありません。

では 100µF は要らないのかというと、そうではありません。電池から MOSFET までの線には、わずかな抵抗とインダクタンス（電流の変化をきらう性質）があります。電流が急に増えた最初の一瞬は、線の向こうの電池より、すぐそばのコンデンサのほうが早く電流を出せます。

つまり、太く短い線と元気な電池が「本命」、100µF は線の遅れを埋める「つなぎ役」です。

速さを変えるなら PWM：ON の割合で平均の電圧が変わる

MOSFET を速く ON/OFF し、ON の時間の割合（デューティ比）を変えると、モーターにかかる平均の電圧が変わり、速さが変わります。3V でデューティ 50% なら平均 1.5V です。

ここまでの回路は ON か OFF かだけでした。マイコンの PWM の機能を使って、ゲートの合図を速く ON/OFF すると、同じ回路のまま速さを変えられます。

デューティ比	平均の電圧（3V のとき）
25%	0.75V
50%	1.50V
75%	2.25V

モーターはコイルと回る軸の重さがあるので、速い ON/OFF にはついてこられず、平均の電圧で回っているようにふるまいます。

PWM では OFF が何度もくり返されるので、そのたびにダイオードが電流を逃がします。ダイオードを付け忘れると、OFF のたびに MOSFET に高い電圧がかかります。速く切り替わるショットキーダイオードを選ぶのは、このためです。

PWM の周波数をいくつにするか（低すぎるとモーターが「ジー」と鳴る、高すぎると MOSFET の切り替えの損失が増える）は、連載の「PWM 制御とは」の記事でくわしく扱います。

つまり、速さを変えたいときも回路は同じで、マイコンの合図を PWM にするだけです。

早見表：小さな DC モーターの部品の選び方

どの部品も「起動の電流」と「電源の電圧」で決めます。MOSFET は 2.5V の RDS(on) の行と I²R、ダイオードはショットキーで電源の2倍以上、0.1µF はモーターの足、100µF は電源の入口です。

部品	種類	電圧	電流・置き場所
MOSFET	RDS(on) に 2.5V の行（3.3V のマイコン）	VDS が電源の2倍以上	起動の電流で I²×RDS(on) を計算
ダイオード	ショットキー	逆向きの電圧が電源の2倍以上	モーターの電流以上
0.1µF	セラミック（向きなし）	耐圧が電源の2倍以上	モーターの端子に直接
100µF	電解（向きあり）	耐圧が電源より高く	電源の入口・MOSFET の近く
ゲートの抵抗	220Ω＋100kΩ	3.3V で約15mA・33µA	プルダウンで OFF を保つ

「2倍以上」「220Ω・100kΩ」はこの記事の目安です。モーターの電圧や大きさが変わったら、STEP 1 からやり直して、データシートの保証値（最大・最小）で確かめます。

つまり、迷ったらこの表の5行を上から確かめれば、小さな DC モーターの回路はそろいます。

ブレッドボードで組む：電池と GND の線を先に

先に電池の＋と−をレールにつなぎ、マイコンの GND も同じ GND のレールへつなぎます。MOSFET（変換基板）の S を GND、D をモーターの−側、ダイオードの帯をモーターの＋側に向けます。

0.1µF は、本当はモーターの端子に直接はんだ付けするのがいちばん効きます。ブレッドボードで試すときは、モーターの線のすぐそばの列に差します。

つまり、レール → MOSFET → モーターまわり → 100µF の順に差すと、迷わず組めます。

テスターで確かめる：VGS・VDS・電池の3か所

回っているとき、① VGS（ゲートとソース）が約3.3V、② VDS（ドレインとソース）が 0.1V 以下（計算では約27mV）、③ 電池が 2.5V 以上なら、回路はうまく動いています。

最低限ここだけ

余裕があれば

③ 電池の＋と−を、モーターが回っているあいだに測ります。止まっているときの約3V から大きく下がる（この記事では 2.5V を目安）なら、電池が弱っているか、線が細く長すぎます。テスターは速い落ち込みは見られないので、起動の瞬間の落ち込みが気になるときは、オシロスコープで電源の電圧を見ます。

つまり、①で合図、②でスイッチ、③で電源を確かめれば、どこが悪いかを切り分けられます。

よくある失敗4つ：DC モーターをマイコンで回すとき

ダイオードを逆向きに付ける・GND をつながない・マイコンの電源からモーターの電源を取る・電解コンデンサを逆に付ける、の4つがよくある失敗です。

1. ダイオードが逆向き

ON にした瞬間、電池→ダイオード→MOSFET→電池の道ができ、モーターを通らずにショートします。帯（カソード）は電池の＋側に向けます。

2. GND をつながない

マイコンの GND と電池の−がつながっていないと、マイコンの 3.3V がゲートとソースの間にかかりません。回らない、ときどきしか回らない、といった動きになります。

3. マイコンの電源からモーターの電源を取る

起動の 2.1A で電源の電圧が下がり、マイコンがリセットをくり返します。モーターは電池など別の電源から回します。

4. 電解コンデンサが逆

電解コンデンサは＋と−が決まっています。逆につなぐと、ふくらんだり壊れたりします。帯（−）の足を GND 側へ向けます。

つまり、向き（ダイオード・電解）と、電源（GND・分ける）の2種類を、電源を入れる前に確かめます。

DC モーター	電池のような直流で回るモーター。この記事はマブチ FA-130（模型用）
起動の電流	止まっているモーターに電圧をかけた瞬間の電流。いちばん大きい
逆起電力	回っているモーターが自分で出す、電源と逆向きの電圧
MOSFET	ゲートに電圧をかけると ON になる部品。ここではスイッチの役
還流ダイオード	OFF の瞬間のモーターの電流を逃がすダイオード（フリーホイールダイオード）
パスコン	部品の足元に置く小さなコンデンサ。ノイズを吸ったり、一瞬の電流を出したりする
電解コンデンサ	容量の大きなコンデンサ。＋と−の向きがある
PWM	ON と OFF を速くくり返し、ON の割合で平均の電圧を変える方法
GND	回路の電圧の基準（0V）。電池なら−の側