Jednostavno h

Na samom početku vožnja motorom može se činiti laganim zadatkom - samo priključite motor na odgovarajuću naponsku tračnicu i on će se početi okretati. Ali ovo nije savršen način upravljanja motorom, pogotovo ako su u krugu uključene druge komponente. Ovdje ćemo razgovarati o jednom od najčešće korištenih i najučinkovitijih načina upravljanja istosmjernim motorima - krugu H-Bridge.

Vožnja motorom

Najčešći tip motora na koji možete naići u hobističkim krugovima za primjenu male snage je 3V DC motor prikazan u nastavku. Ova vrsta motora optimizirana je za rad niskog napona iz dvije 1,5V ćelije.

A njegovo je pokretanje jednostavno poput povezivanja s dvije ćelije - motor se trenutno pali i radi sve dok su baterije povezane. Iako je ovakva vrsta postavki dobra za 'statične' programe poput minijaturne vjetrenjače ili ventilatora, kada je riječ o 'dinamičkoj' aplikaciji poput robota, potrebna je veća preciznost - u obliku kontrole promjenjive brzine i momenta.

Očito je da smanjenje napona na motoru smanjuje brzinu, a ispražnjena baterija rezultira usporenim motorom, ali ako se motor napaja iz tračnice zajedničke za više od jednog uređaja, potreban je odgovarajući pogonski krug.

To čak može biti u obliku promjenjivog linearnog regulatora poput LM317 - napon na motoru može se mijenjati kako bi se povećala ili smanjila brzina. Ako je potrebno više struje, ovaj se krug može diskretno izgraditi s nekoliko bipolarnih tranzistora. Najveća mana s ovom vrstom postava je učinkovitost - baš kao i kod bilo kojeg drugog tereta, tranzistor raspršuje sve neželjene moć.

Rješenje ovog problema je postupak naziva PWM ili modulaciju širine impulsa. Ovdje motor pokreće kvadratni val s podesivim radnim ciklusom (omjer vremena i razdoblja signala). Ukupna isporučena snaga proporcionalna je radnom ciklusu. Drugim riječima, motor se napaja mali dio vremenskog razdoblja - tako da je s vremenom prosječna snaga motora niska. S radnim ciklusom od 0%, motor je isključen (struja ne teče); s radnim ciklusom od 50%, motor radi s pola snage (pola trenutnog izvlačenja), a 100% predstavlja punu snagu pri maksimalnom izvlačenju struje.

To se provodi povezivanjem gornje strane motora i pokretanjem N-kanalnog MOSFET-a, koji se opet pokreće PWM signalom.

To ima nekoliko zanimljivih implikacija - motor od 3 V može se pokretati pomoću napajanja od 12 V pomoću niskog radnog ciklusa, jer motor vidi samo prosječni napon. Pažljivim dizajnom, ovo uklanja potrebu za zasebnim napajanjem motora.

Što ako trebamo okrenuti smjer motora? To se obično radi prebacivanjem stezaljki motora, ali to se može učiniti električno.

Jedna od mogućnosti mogla bi biti upotreba drugog FET-a i negativne opskrbe za promjenu smjera. To zahtijeva da jedan terminal motora bude trajno uzemljen, a drugi spojen na pozitivnu ili negativnu opskrbu. Ovdje se MOSFET-ovi ponašaju poput SPDT prekidača.

Međutim, postoji elegantnije rješenje.

Strujni krug pokretača motora H-mosta

Ovaj se krug naziva H-most jer MOSFET-ovi tvore dva okomita hoda, a motor vodoravni hod abecede 'H'. To je jednostavno i elegantno rješenje za sve probleme u motornoj vožnji. Smjer može se mijenjati jednostavno i brzo se može kontrolirati.

U konfiguraciji H-mosta aktiviraju se samo dijagonalno suprotni parovi MOSFET-ova za kontrolu smjera, kao što je prikazano na donjoj slici:

Pri aktiviranju jednog para (dijagonalno suprotnih) MOSFET-ova, motor vidi protok struje u jednom smjeru, a kada je drugi par aktiviran, struja kroz motor mijenja smjer.

MOSFET-ove možete ostaviti uključenima za punu snagu ili PWM-om za regulaciju snage ili ih isključiti da se motor zaustavi. Aktiviranje donjih i gornjih MOSFET-ova (ali nikada zajedno) koči motor.

Drugi način implementacije H-Bridgea je upotreba 555 timera, o čemu smo govorili u prethodnom vodiču.

Komponente potrebne

Za H-most

• Istosmjerni motor
• 2x IRF3205 N-kanalni MOSFET-ovi ili ekvivalentni
• 2x IRF5210 P-kanalni MOSFET-ovi ili ekvivalentni
• 2x 10K otpornici (pulldown)
• 2x elektrolitski kondenzatori 100uF (razdvajanje)
• 2x 100nF keramički kondenzatori (razdvajanje)

Za upravljački krug

• 1x 555 tajmer (bilo koja varijanta, po mogućnosti CMOS)
• 1x TC4427 ili bilo koji odgovarajući pokretački program vrata
• 2x 1N4148 ili bilo koji drugi signal / ultrabrza dioda
• 1x 10K potenciometar (mjerenje vremena)
• 1x 1K otpornik (mjerenje vremena)
• 4.7nF kondenzator (vrijeme)
• Kondenzator 4,7uF (odvajanje)
• 100nF keramički kondenzator (odvajanje)
• 10uF elektrolitski kondenzator (odvajanje)
• SPDT prekidač

Sheme za jednostavni krug H-mosta

Sad kad smo sklonili teoriju, vrijeme je da uprljamo ruke i napravimo vozač motora s H-mostom. Ovaj krug ima dovoljno snage za pogon motora srednje veličine do 20A i 40V s pravilnom konstrukcijom i hladnjakom. Neke su značajke pojednostavljene, poput upotrebe SPDT prekidača za kontrolu smjera.

Također, MOSFET-ovi s visoke strane su P-kanal za jednostavnost. Uz odgovarajući krug vožnje (s bootstrappingom), N-kanalni MOSFET-ovi također se mogu koristiti.

Kompletna shema sklopa za ovaj H-most koji koristi MOSFET-ove data je u nastavku:

Objašnjenje u radu

1. Tajmer 555

Tajmer je jednostavan krug 555 koji generira radni ciklus od oko 10% do 90%. Frekvenciju postavljaju R1, R2 i C2. Poželjne su visoke frekvencije da bi se smanjilo zvučno cviljenje, ali to također znači da je potreban snažniji pokretač vrata. Radni ciklus kontrolira se pomoću potenciometra R2. Ovdje saznajte više o korištenju 555 timera u nestalnom načinu rada.

Ovaj krug može zamijeniti bilo koji drugi PWM izvor poput Arduina.

2. Vozač vrata

Pogonitelj vrata je standardni dvokanalni TC4427, s 1,5A sudoperom / izvorom po kanalu. Ovdje su oba kanala paralelna radi veće pogonske struje. Opet, ako je frekvencija veća, pokretač ulaza mora biti snažniji.

Prekidač SPDT koristi se za odabir kraka H-mosta koji kontrolira smjer.

3. H-most

Ovo je radni dio kruga koji upravlja motorom. MOSFET-zatvarači padajući otpor obično povlači prema dolje. To rezultira uključivanjem oba MOSFET-a s P-kanalom, ali to nije problem jer nikakva struja ne može teći. Kada se PWM signal primijeni na vrata jedne noge, MOSFET-ovi N i P-kanala naizmjenično se uključuju i isključuju kontrolirajući snagu.

Savjeti za izgradnju kruga H-mosta

Najveća prednost ovog kruga je što se može skalirati tako da pokreće motore svih veličina, i ne samo motore - bilo što drugo što treba dvosmjerni strujni signal, poput pretvarača sinusnog vala.

Kada koristite ovaj krug čak i pri malim snagama, pravilno lokalizirano razdvajanje je neophodno, osim ako ne želite da vaš krug bude glitkast.

Također, ako se ovaj krug gradi na postojanijoj platformi poput PCB-a, preporučuje se velika ravnina uzemljenja, držeći dijelove slabe struje podalje od putanja velike struje.

Tako je ovaj jednostavni sklop H-Bridge rješenje za mnoge probleme u vožnji motora, kao što su dvosmjerno, upravljanje napajanjem i učinkovitost.