Basit h

Başlangıçta bir motoru sürmek kolay bir iş gibi görünebilir - sadece motoru uygun gerilim rayına asmanız yeterlidir ve dönmeye başlayacaktır. Ancak bu, özellikle devrede yer alan başka bileşenler olduğunda bir motoru sürmenin mükemmel bir yolu değildir. Burada, DC motorları sürmenin en yaygın kullanılan ve verimli yollarından biri olan H-Köprü devresini tartışacağız.

Motor Sürüşü

Düşük güç uygulamaları için meraklı çevrelerde karşılaşabileceğiniz en yaygın motor türü, aşağıda gösterilen 3V DC motordur. Bu tür bir motor, iki 1.5V hücreden düşük voltajlı çalışma için optimize edilmiştir.

Çalıştırmak, iki hücreye bağlamak kadar basittir - motor anında çalışır ve piller bağlı olduğu sürece çalışır. Bu tür bir kurulum minyatür yel değirmeni veya fan gibi 'statik' uygulamalar için iyi olsa da, robotlar gibi 'dinamik' bir uygulama söz konusu olduğunda, değişken hız ve tork kontrolü şeklinde daha fazla hassasiyet gereklidir.

Motordaki voltajı düşürmenin hızı düşürdüğü ve bitmiş bir pilin yavaş bir motora neden olduğu açıktır, ancak motora ortak bir raydan birden fazla cihaza güç verilirse, uygun bir sürüş devresine ihtiyaç vardır.

Bu, LM317 gibi değişken bir doğrusal regülatör şeklinde bile olabilir - motordaki voltaj, hızı artırmak veya azaltmak için değiştirilebilir. Daha fazla akıma ihtiyaç duyulursa, bu devre birkaç bipolar transistörle gizlice inşa edilebilir. Kurulum bu tür büyük dezavantajı verimliliktir - tıpkı diğer yük ile olduğu gibi, transistör tüm istenmeyen gücünü dağıtır.

Bu sorunun çözümü, PWM olarak adlandırılır veya salınım genişliği modülasyonu için bir yöntemdir. Burada motor, ayarlanabilir bir görev döngüsüne (açık kalma süresinin sinyal periyoduna oranı) sahip bir kare dalga tarafından çalıştırılır. Verilen toplam güç, görev döngüsü ile orantılıdır. Başka bir deyişle, motora zaman periyodunun küçük bir kısmı için güç verilir - bu nedenle zamanla motora giden ortalama güç düşüktür. % 0 görev döngüsü ile motor kapalıdır (akım akışı yoktur); % 50'lik bir görev döngüsü ile motor yarım güçte (akım çekiminin yarısı) çalışır ve% 100, maksimum akım çekiminde tam gücü temsil eder.

Bu, motorun yüksek tarafına bağlanarak ve onu tekrar bir PWM sinyali ile çalıştırılan bir N-kanal MOSFET ile sürerek gerçekleştirilir.

Bunun bazı ilginç sonuçları vardır - 3V'luk bir motor, motor yalnızca ortalama voltajı gördüğünden, düşük görev döngüsü kullanılarak 12V besleme kullanılarak çalıştırılabilir. Dikkatli tasarımla bu, ayrı bir motor güç kaynağı ihtiyacını ortadan kaldırır.

Ya motorun yönünü tersine çevirmemiz gerekirse? Bu genellikle motor terminallerini değiştirerek yapılır, ancak bu elektriksel olarak da yapılabilir.

Bir seçenek, yönleri değiştirmek için başka bir FET ve bir negatif besleme kullanmak olabilir. Bu, motorun bir terminalinin kalıcı olarak topraklanmasını ve diğerinin pozitif veya negatif beslemeye bağlanmasını gerektirir. Burada MOSFET'ler bir SPDT anahtarı gibi davranır.

Ancak daha şık bir çözüm var.

H-Bridge Motor Sürücü Devresi

Bu devre H köprüsü olarak adlandırılır çünkü MOSFET'ler iki dikey stroku oluşturur ve motor 'H' alfabesinin yatay vuruşunu oluşturur. Tüm motor sürüş sorunlarına basit ve şık bir çözümdür. Yönü kolayca değiştirilebilir ve hız kontrol edilebilir.

Bir H-köprüsü konfigürasyonunda, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi yönü kontrol etmek için sadece çapraz olarak zıt MOSFET çiftleri etkinleştirilir:

Bir çift (çapraz olarak zıt) MOSFET'i etkinleştirirken, motor bir yönde akım akışını görür ve diğer çift etkinleştirildiğinde, motordan geçen akım yönü tersine çevirir.

MOSFET'ler tam güç için açık bırakılabilir veya güç regülasyonu için PWM-ed bırakılabilir veya motorun durması için kapatılabilir. Hem alt hem de üst MOSFET'leri etkinleştirmek (ancak asla birlikte değil) motoru frenler.

H-Bridge'i uygulamanın başka bir yolu, önceki eğitimde tartıştığımız 555 zamanlayıcı kullanmaktır.

Gerekli Bileşenler

H-Bridge için

DC motoru
2x IRF3205 N-kanal MOSFET'ler veya eşdeğeri
2x IRF5210 P-kanal MOSFET'ler veya eşdeğeri
2x 10K dirençler (aşağı açılır)
2x 100uF elektrolitik kapasitörler (dekuplaj)
2x 100nF seramik kapasitörler (dekuplaj)

Kontrol Devresi için

1x 555 zamanlayıcı (herhangi bir değişken, tercihen CMOS)
1x TC4427 veya herhangi bir uygun kapı sürücüsü
2x 1N4148 veya başka herhangi bir sinyal / ultra hızlı diyot
1x 10K potansiyometre (zamanlama)
1x 1K direnç (zamanlama)
4.7nF kapasitör (zamanlama)
4.7 uF kapasitör (dekuplaj)
100nF seramik kondansatör (dekuplaj)
10 uF elektrolitik kondansatör (dekuplaj)
SPDT anahtarı

Basit H-Köprü Devresi için Şemalar

Teoriyi artık yoldan çıkardığımıza göre, ellerimizi kirletip bir H köprüsü motor sürücüsü yapmanın zamanı geldi. Bu devre, uygun yapı ve soğutma ile 20A ve 40V'a kadar orta büyüklükteki motorları sürmek için yeterli güce sahiptir. Yönü kontrol etmek için bir SPDT anahtarının kullanılması gibi bazı özellikler basitleştirilmiştir .

Ayrıca, yüksek taraf MOSFET'ler basitlik için P-kanalıdır. Uygun sürüş devresiyle (önyüklemeli), N-kanallı MOSFET'ler de kullanılabilir.

MOSFET'leri kullanan bu H-Köprüsü için tam devre şeması aşağıda verilmiştir:

Çalışma Açıklaması

1. 555 Zamanlayıcı

Zamanlayıcı, yaklaşık% 10 ila% 90 arasında bir görev döngüsü oluşturan basit bir 555 devresidir. Frekans R1, R2 ve C2 tarafından belirlenir. İşitilebilir sızlanmayı azaltmak için yüksek frekanslar tercih edilir, ancak bu aynı zamanda daha güçlü bir kapı sürücüsünün gerekli olduğu anlamına gelir. Görev döngüsü potansiyometre R2 tarafından kontrol edilir. Kararsız modda 555 zamanlayıcı kullanma hakkında daha fazla bilgiyi burada bulabilirsiniz.

Bu devre, Arduino gibi başka herhangi bir PWM kaynağı ile değiştirilebilir.

2. Kapı Sürücüsü

Kapı sürücüsü, kanal başına 1.5A alıcı / kaynak ile standart iki kanallı bir TC4427'dir. Burada, daha fazla sürüş akımı için her iki kanal paralelleştirilmiştir. Yine, frekans daha yüksekse, kapı sürücüsünün daha güçlü olması gerekir.

SPDT anahtarı, yönü kontrol eden H-köprüsünün ayağını seçmek için kullanılır.

3. H-Köprüsü

Bu, motoru kontrol eden devrenin çalışan kısmıdır. MOSFET kapıları normalde çekme direnci tarafından aşağı çekilir. Bu, her iki P kanallı MOSFET'in de açılmasına neden olur, ancak bu, hiçbir akım akamayacağı için bir sorun değildir. PWM sinyali bir ayağın kapılarına uygulandığında, N ve P-kanallı MOSFET'ler, gücü kontrol ederek dönüşümlü olarak açılıp kapatılır.

H-Bridge Devre Yapım İpuçları

Bu devrenin en büyük avantajı, sinüs dalgası invertörleri gibi çift yönlü akım sinyaline ihtiyaç duyan her şey için sadece motorları değil , her boyuttaki motoru çalıştıracak şekilde ölçeklendirilebilmesidir.

Bu devreyi düşük güçlerde bile kullanırken, devrenizin aksaklıklı olmasını istemediğiniz sürece, uygun yerelleştirilmiş ayırma bir zorunluluktur.

Ayrıca, bu devre PCB gibi daha kalıcı bir platform üzerinde inşa ediliyorsa, düşük akım parçalarını yüksek akım yollarından uzak tutan geniş bir zemin düzlemi önerilir.

Dolayısıyla bu basit H-Bridge devresi, çift yönlü, güç yönetimi ve verimlilik gibi birçok motor sürüş problemi için bir çözümdür.