Vienkārši h

Sākotnēji dzinēja vadīšana var šķist viegls uzdevums - vienkārši piestipriniet motoru pie atbilstošā sprieguma sliedes, un tas sāks griezties. Bet tas nav ideāls veids, kā vadīt motoru, it īpaši, ja ķēdē ir iesaistīti citi komponenti. Šeit mēs apspriedīsim vienu no visbiežāk izmantotajiem un efektīvākajiem līdzstrāvas motoru vadīšanas veidiem - H-Bridge ķēdi.

Motora braukšana

Visizplatītākais motora veids, ar kuru jūs varat sastapties hobija aprindās mazjaudas lietošanai, ir 3V līdzstrāvas motors, kas parādīts zemāk. Šāda veida motors ir optimizēts zema sprieguma darbībai no diviem 1,5 V elementiem.

Un tā darbināšana ir tikpat vienkārša kā savienošana ar divām šūnām - motors uzreiz iedarbojas un darbojas tik ilgi, kamēr ir pievienotas baterijas. Lai gan šāda veida iestatīšana ir piemērota tādām “statiskām” lietojumprogrammām kā miniatūra vējdzirnava vai ventilators, runājot par “dinamisku” lietojumprogrammu, piemēram, robotiem, ir nepieciešama lielāka precizitāte - mainīga ātruma un griezes momenta vadības veidā.

Ir skaidrs, ka, samazinot spriegumu visā motorā, samazinās ātrums, un akumulatora nolietošanās rezultātā lēns motors darbojas, bet, ja motoru darbina no sliedes, kas kopīga vairāk nekā vienai ierīcei, ir nepieciešama pareiza braukšanas ķēde.

Tas var būt pat mainīga lineārā regulatora formā, piemēram, LM317 - spriegumu pāri motoram var mainīt, lai palielinātu vai samazinātu ātrumu. Ja nepieciešama lielāka strāva, šo ķēdi var uzcelt diskrēti, izmantojot dažus bipolārus tranzistorus. Lielākais trūkums ar šāda veida uzstādīšanas ir efektivitāte - tāpat kā ar jebkuru citu slodzi, tad tranzistors izkliedē visus nevēlamos jaudu.

Šīs problēmas risinājums ir metode, ko sauc par PWM vai impulsa platuma modulāciju. Šeit motoru virza kvadrātveida vilnis ar regulējamu darba ciklu (laika un signāla perioda attiecība). Kopējā piegādātā jauda ir proporcionāla darba ciklam. Citiem vārdiem sakot, motors tiek darbināts ar nelielu laika daļu - tāpēc laika gaitā motora vidējā jauda ir maza. Ar 0% darba ciklu motors ir izslēgts (strāva neplūst); ar 50% darba ciklu motors darbojas ar pusi jaudas (puse no pašreizējās slodzes) un 100% ir pilna jauda pie maksimālās strāvas pievilkšanas.

To īsteno, savienojot motora augsto pusi un virzot to ar N kanālu MOSFET, ko atkal vada PWM signāls.

Tam ir dažas interesantas sekas - 3 V motoru var vadīt, izmantojot 12 V barošanu, izmantojot mazu darba ciklu, jo motors redz tikai vidējo spriegumu. Ar rūpīgu dizainu tas novērš nepieciešamību pēc atsevišķa motora barošanas avota.

Ko darīt, ja mums ir jāmaina motora virziens? To parasti veic, pārslēdzot motora spailes, bet to var izdarīt elektriski.

Viena no iespējām varētu būt citu FET un negatīvas padeves izmantošana, lai pārslēgtu virzienus. Tas prasa, lai motora viena spaile būtu pastāvīgi iezemēta, bet otra - pieslēgta pie pozitīvā vai negatīvā padeves. Šeit MOSFET darbojas kā SPDT slēdzis.

Tomēr pastāv elegants risinājums.

H-Bridge motora vadītāja shēma

Šo ķēdi sauc par H tiltu, jo MOSFET veido divus vertikālos gājienus, bet motors - alfabēta “H” horizontālo gājienu. Tas ir vienkāršs un elegants risinājums visām motora braukšanas problēmām. Virzienu var mainīt viegli un ātrums var kontrolēt.

H tilta konfigurācijā, lai kontrolētu virzienu, tiek aktivizēti tikai diagonāli pretēji MOSFET pāri, kā parādīts zemāk redzamajā attēlā:

Aktivizējot vienu pāri (pa diagonāli pretēji) MOSFET, motors redz strāvas plūsmu vienā virzienā un, kad tiek aktivizēts otrais pāris, strāva caur motoru mainās virzienā.

MOSFET var atstāt ieslēgtu pilnai jaudai vai PWM-ed jaudas regulēšanai vai izslēgt, lai motors apstātos. Aktivizējot gan apakšējo, gan augšējo MOSFET (bet nekad kopā), motors tiek bremzēts.

Vēl viens veids, kā ieviest H-Bridge, ir 555 taimeru izmantošana, par kuriem mēs runājām iepriekšējā apmācībā.

Nepieciešamās sastāvdaļas

Par H tiltu

Līdzstrāvas motors
2x IRF3205 N kanālu MOSFET vai līdzvērtīgi
2x IRF5210 P-kanālu MOSFET vai līdzvērtīgi
2x 10K rezistori (nolaižami)
2x 100uF elektrolītiskie kondensatori (atvienošana)
2x 100nF keramikas kondensatori (atvienošana)

Vadības ķēdei

1x 555 taimeris (jebkurš variants, vēlams CMOS)
1x TC4427 vai jebkuru citu piemērotu vārtu draiveri
2x 1N4148 vai jebkurš cits signāls / īpaši ātrs diode
1x 10K potenciometrs (laiks)
1x 1K rezistors (laiks)
4.7nF kondensators (laiks)
4.7uF kondensators (atsaistīšana)
100nF keramikas kondensators (atvienošana)
10uF elektrolītiskais kondensators (atvienošana)
SPDT slēdzis

Shēmas vienkāršai H-Bridge ķēdei

Tagad, kad esam izgājuši teoriju, ir pienācis laiks sasmērēt rokas un uzbūvēt H-tilta motora vadītāju. Šai shēmai ir pietiekami daudz jaudas, lai darbinātu vidēja izmēra motorus līdz 20A un 40V ar pareizu uzbūvi un radiatoru. Dažas funkcijas ir vienkāršotas, piemēram, SPDT slēdža izmantošana virziena kontrolei.

Arī augstie MOSFET ir P-kanāli vienkāršības labad. Ar atbilstošu braukšanas ķēdi (ar bootstrapping) varētu izmantot arī N kanālu MOSFET.

Pilna šī H-tilta shēma, izmantojot MOSFET, ir sniegta zemāk:

Darba skaidrojums

1. Taimeris 555

Taimeris ir vienkārša 555 ķēde, kas ģenerē darba ciklu no aptuveni 10% līdz 90%. Biežumu nosaka R1, R2 un C2. Lai mazinātu dzirdamu ņurdēšanu, priekšroka tiek dota augstām frekvencēm, taču tas nozīmē arī to, ka ir nepieciešams jaudīgāks vārtu draiveris. Darba ciklu kontrolē ar potenciometru R2. Uzziniet vairāk par 555 taimera lietošanu astable režīmā šeit.

Šo shēmu var aizstāt ar jebkuru citu PWM avotu, piemēram, Arduino.

2. Vārtu draiveris

Vārtu draiveris ir standarta divkanālu TC4427, ar 1,5A izlietni / avotu katram kanālam. Šeit abi kanāli ir paralēli, lai iegūtu lielāku braukšanas strāvu. Atkal, ja frekvence ir augstāka, vārtu vadītājam jābūt jaudīgākam.

SPDT slēdzi izmanto, lai izvēlētos H tilta kāju, kas kontrolē virzienu.

3. H-tilts

Šī ir ķēdes darba daļa, kas kontrolē motoru. MOSFET vārtus parasti velk zemu ar nolaižamo rezistoru. Tā rezultātā ieslēdzas abi P-kanālu MOSFET, taču tā nav problēma, jo nevar plūst strāva. Kad PWM signāls tiek iedarbināts uz vienas kājas vārtiem, N un P kanālu MOSFET tiek ieslēgti un izslēgti pārmaiņus, kontrolējot jaudu.

H-Bridge Circuit Construction padomi

Šīs ķēdes lielākā priekšrocība ir tā, ka to var pielāgot, lai darbinātu visu izmēru motorus, un ne tikai motorus - jebko citu, kam nepieciešams divvirzienu strāvas signāls, piemēram, sinusoidālo invertoru.

Izmantojot šo ķēdi pat ar mazu jaudu, pareiza lokalizēta atsaistīšana ir obligāta, ja vien nevēlaties, lai jūsu ķēde būtu glitchy.

Turklāt, ja šī ķēde tiek uzbūvēta uz pastāvīgākas platformas, piemēram, PCB, ir ieteicama liela iezemētā plakne, saglabājot zemas strāvas daļas prom no lielās strāvas ceļiem.

Tātad šī vienkāršā H-Bridge ķēde ir risinājums daudzām motora braukšanas problēmām, piemēram, divvirzienu, jaudas pārvaldībai un efektivitātei.