Ringkas h

Pada mulanya memandu motor mungkin seperti tugas yang mudah - hanya pasangkan motor ke rel voltan yang sesuai dan ia akan mula berputar. Tetapi ini bukan cara yang sempurna untuk menggerakkan motor terutamanya apabila terdapat komponen lain yang terlibat dalam litar. Di sini kita akan membincangkan salah satu cara yang paling biasa digunakan dan cekap untuk menggerakkan motor DC - litar H-Bridge.

Memandu Motor

Jenis motor yang paling biasa anda mungkin temui dalam kalangan penggemar untuk aplikasi kuasa rendah adalah motor DC 3V yang ditunjukkan di bawah. Motor jenis ini dioptimumkan untuk operasi voltan rendah dari dua sel 1.5V.

Dan menjalankannya semudah menyambungkannya ke dua sel - motor menyala seketika dan berjalan selagi bateri disambungkan. Walaupun persediaan seperti ini baik untuk aplikasi 'statik' seperti kincir angin mini atau kipas angin, ketika datang ke aplikasi 'dinamis' seperti robot, lebih banyak ketepatan diperlukan - dalam bentuk kelajuan berubah dan kawalan tork.

Sudah jelas bahawa penurunan voltan di seluruh motor akan menurunkan kelajuan dan bateri yang mati akan mengakibatkan motor perlahan tetapi jika motor digerakkan dari rel yang biasa ke lebih dari satu peranti, diperlukan litar pemanduan yang betul.

Ini bahkan boleh dalam bentuk pengatur linear berubah seperti LM317 - voltan di seluruh motor dapat berubah-ubah untuk meningkatkan atau menurunkan kecepatan. Sekiranya lebih banyak arus diperlukan, litar ini dapat dibina secara bijaksana dengan beberapa transistor bipolar. The Kelemahan terbesar dengan jenis ini persediaan kecekapan - sama seperti dengan apa-apa muatan yang lain, transistor hampir habis semua kuasa yang tidak diingini.

The penyelesaian kepada masalah ini adalah satu kaedah yang dipanggil PWM atau nadi modulasi lebar. Di sini, motor digerakkan oleh gelombang persegi dengan kitaran tugas yang boleh disesuaikan (nisbah masa dan jangka masa isyarat). Jumlah daya yang dihantar berkadar dengan kitaran tugas. Dengan kata lain, motor dihidupkan untuk sebahagian kecil dari jangka masa - sehingga lama-kelamaan kuasa rata-rata ke motor rendah. Dengan kitaran tugas 0%, motor mati (tidak ada arus yang mengalir); dengan kitaran tugas 50% motor berjalan pada separuh daya (separuh tarikan arus) dan 100% mewakili daya penuh pada tarikan arus maksimum.

Ini dilaksanakan dengan menghubungkan motor ke sisi tinggi dan menggerakkannya dengan M-NF saluran N, yang didorong lagi oleh isyarat PWM.

Ini mempunyai beberapa implikasi menarik - motor 3V dapat didorong menggunakan bekalan 12V menggunakan kitaran tugas rendah kerana motor hanya melihat voltan purata. Dengan reka bentuk yang teliti, ini menghilangkan keperluan untuk bekalan kuasa motor yang berasingan.

Bagaimana jika kita perlu membalikkan arah motor? Ini biasanya dilakukan dengan menukar terminal motor, tetapi ini boleh dilakukan secara elektrik.

Salah satu pilihan adalah menggunakan FET lain dan bekalan negatif untuk menukar arah. Ini memerlukan satu terminal motor dibumikan secara kekal dan yang lain disambungkan ke bekalan positif atau negatif. Di sini, MOSFET bertindak seperti suis SPDT.

Walau bagaimanapun, ada penyelesaian yang lebih elegan.

Litar Pemandu Motor H-Bridge

Litar ini dipanggil H-bridge kerana MOSFET membentuk dua pukulan menegak dan motor membentuk pukulan mendatar abjad 'H'. Ini adalah penyelesaian sederhana dan elegan untuk semua masalah pemanduan motor. The arah boleh ditukar dengan mudah dan kelajuan boleh dikawal.

Dalam konfigurasi jambatan H, hanya pasangan MOSFET berlawanan diagonal yang diaktifkan untuk mengawal arah, seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah:

Semasa mengaktifkan satu pasang (berlawanan diagonal) MOSFET, motor melihat aliran arus dalam satu arah dan ketika pasangan lain diaktifkan, arus melalui motor membalikkan arah.

MOSFET boleh dibiarkan untuk daya penuh atau PWM-ed untuk peraturan kuasa atau dimatikan untuk membiarkan motor berhenti. Mengaktifkan MOSFET bawah dan atas (tetapi tidak pernah bersama) brek motor.

Kaedah lain untuk melaksanakan H-Bridge adalah menggunakan 555 pemasa, yang telah kita bincangkan dalam tutorial sebelumnya.

Komponen Diperlukan

Untuk Jambatan H

• Motor DC
• 2x IRF3205 N-channel MOSFET atau setaraf
• 2x IRF5210 P-channel MOSFET atau setaraf
• Perintang 2x 10K (turun naik)
• Kapasitor elektrolit 2x 100uF (pemutusan)
• Kapasitor seramik 2x 100nF (decoupling)

Untuk Litar Kawalan

• Pemasa 1x 555 (sebarang varian, lebih baik CMOS)
• 1x TC4427 atau pemacu gerbang yang sesuai
• 2x 1N4148 atau diod isyarat / ultrafast yang lain
• Potensiometer 1x 10K (pemasaan)
• Perintang 1x (masa)
• Kapasitor 4.7nF (masa)
• Kapasitor 4.7uF (pemutusan)
• Kapasitor seramik 100nF (decoupling)
• Kapasitor elektrolitik 10uF (pemutusan)
• Suis SPDT

Skema untuk Litar H-Bridge Mudah

Sekarang setelah kita mengeluarkan teori, sudah tiba masanya tangan kita kotor dan membina pemandu motor H-bridge. Litar ini mempunyai daya yang cukup untuk menggerakkan motor bersaiz sederhana hingga 20A dan 40V dengan pembinaan dan pemanas badan yang betul. Beberapa ciri telah dipermudah, seperti penggunaan suis SPDT untuk mengawal arah.

Juga, MOSFET sisi tinggi adalah saluran P untuk kesederhanaan. Dengan litar pemanduan yang sesuai (dengan bootstrapping), M-NOS saluran N juga dapat digunakan.

Gambarajah litar lengkap untuk H-Bridge ini menggunakan MOSFET diberikan di bawah:

Penjelasan Kerja

1. Pemasa 555

Pemasa adalah litar 555 sederhana yang menghasilkan kitaran tugas dari sekitar 10% hingga 90%. Frekuensi ditetapkan oleh R1, R2 dan C2. Frekuensi tinggi lebih disukai untuk mengurangkan rengekan yang dapat didengar, tetapi ini juga bermaksud bahawa pemandu gerbang yang lebih kuat diperlukan. Kitaran tugas dikendalikan oleh potensiometer R2. Ketahui lebih lanjut mengenai penggunaan pemasa 555 dalam mod astable di sini.

Litar ini boleh diganti dengan sumber PWM lain seperti Arduino.

2. Pemandu Pintu

Pemacu gerbang adalah TC4427 dua saluran standard, dengan sink / sumber 1.5A setiap saluran. Di sini, kedua-dua saluran telah sejajar untuk arus pemanduan yang lebih banyak. Sekali lagi, jika frekuensi lebih tinggi, pemandu gerbang perlu lebih kuat.

Suis SPDT digunakan untuk memilih kaki jambatan H yang mengawal arah.

3. H-Jambatan

Ini adalah bahagian kerja litar yang mengawal motor. Pintu MOSFET biasanya ditarik rendah oleh perintang pulldown. Ini mengakibatkan kedua-dua saluran P-MOSFET dihidupkan, tetapi ini tidak menjadi masalah kerana tidak ada arus yang dapat mengalir. Apabila isyarat PWM diterapkan ke pintu satu kaki, MOSFET saluran N dan P dihidupkan dan dimatikan secara bergantian, mengawal daya.

Petua Pembinaan Litar H-Bridge

Kelebihan terbesar litar ini ialah ia dapat ditingkatkan untuk menggerakkan motor dari semua ukuran, dan bukan hanya motor - apa sahaja yang memerlukan isyarat arus dua arah, seperti penyongsang gelombang sinus.

Semasa menggunakan litar ini walaupun dengan kuasa rendah, penyahpasangan setempat yang betul adalah suatu keharusan melainkan jika anda mahu litar anda menjadi keruh.

Juga, jika membina litar ini pada platform yang lebih tetap seperti PCB, disyorkan bidang tanah yang besar, menjauhkan bahagian arus rendah dari jalur arus tinggi.

Oleh itu, rangkaian H-Bridge sederhana ini adalah penyelesaian untuk banyak masalah pemanduan motor seperti dua arah, pengurusan kuasa dan kecekapan.