Egyszerű h

Kezdetben a motor vezetése könnyű feladatnak tűnhet - csak csatlakoztassa a motort a megfelelő feszültségű sínhez, és forogni kezd. De ez nem a tökéletes mód a motor vezetésére, különösen akkor, ha az áramkörben más alkatrészek is részt vesznek. Itt tárgyaljuk az egyenáramú motorok egyik leggyakrabban használt és leghatékonyabb módját - a H-Bridge áramkört.

Motoros vezetés

A leggyakoribb motortípus, amellyel hobbi körökben találkozhat az alacsony fogyasztású alkalmazások esetében, az alább látható 3 V DC motor. Ez a fajta motor két 1,5 V-os cellából származó kisfeszültségű működésre van optimalizálva.

A futtatása ugyanolyan egyszerű, mint két cellához csatlakoztatni - a motor azonnal felgyullad és addig működik, amíg az akkumulátorok csatlakoztatva vannak. Míg ez a fajta beállítás jó olyan „statikus” alkalmazásokhoz, mint egy miniatűr szélmalom vagy ventilátor, egy olyan „dinamikus” alkalmazás esetében, mint a robotok, nagyobb pontosságra van szükség - változtatható sebesség és nyomatékszabályozás formájában.

Nyilvánvaló, hogy a motor feszültségének csökkentése csökkenti a fordulatszámot, és a lemerült akkumulátor lassú motort eredményez, de ha a motort egynél több eszköz közös sínjéről táplálják, megfelelő vezetési áramkörre van szükség.

Ez akár egy olyan változó lineáris szabályozó formájában is kialakulhat, mint az LM317 - a motor feszültsége változtatható a sebesség növelése vagy csökkentése érdekében. Ha nagyobb áramra van szükség, ez az áramkör diszkréten felépíthető néhány bipoláris tranzisztorral. Az ilyen beállítással a legnagyobb hátrány a hatékonyság - csakúgy, mint bármely más terhelésnél, a tranzisztor is eloszlatja az összes nem kívánt energiát.

A probléma megoldása egy PWM vagy impulzusszélesség modulációnak nevezett módszer. Itt a motort egy négyzethullám vezérli, beállítható munkaciklus (az idő és a jel periódusának aránya). A teljes leadott teljesítmény arányos a munkaciklussal. Más szavakkal, a motort az idő egy kis töredéke táplálja - így az idő múlásával a motor átlagos teljesítménye alacsony. 0% -os üzemi ciklus mellett a motor ki van kapcsolva (áram nem folyik); 50% -os üzemi ciklus mellett a motor fele teljesítménnyel (az áramfelvétel felével) jár, és 100% a teljes teljesítményt jelenti maximális áramfelvételnél.

Ez úgy valósul meg, hogy összekapcsoljuk a motor magas oldalát és meghajtjuk egy N-csatornás MOSFET-mel, amelyet ismét PWM jel hajt.

Ennek érdekes következményei vannak - egy 3 V-os motort 12 V-os tápfeszültséggel lehet hajtani alacsony terhelési ciklus mellett, mivel a motor csak az átlagos feszültséget látja. Gondos tervezéssel ezáltal nincs szükség külön motorellátásra.

Mi van, ha meg kell fordítanunk a motor irányát? Ez általában a motor kapcsainak átkapcsolásával történik, de ez elektromosan is elvégezhető.

Az egyik lehetőség lehet egy másik FET és egy negatív ellátás használata az irányváltásra. Ehhez a motor egyik kapcsa tartósan földelni kell, a másikat pedig a pozitív vagy a negatív tápellátáshoz kell csatlakoztatni. Itt a MOSFET-ek SPDT-kapcsolóként működnek.

Van azonban elegánsabb megoldás.

A H-híd motorvezérlő áramköre

Ezt az áramkört azért hívják H-hídnak, mert a MOSFET-ek alkotják a két függőleges löketet, a motor pedig a 'H' ábécé vízszintes löketét. Ez az egyszerű és elegáns megoldás minden motoros vezetési problémára. Az irány könnyen változtatható, és a sebesség szabályozható.

H-híd konfigurációban csak az átlósan ellentétes MOSFET-párok aktiválódnak az irányításhoz, az alábbi ábrán látható módon:

Az egyik (átlósan ellentétes) MOSFET pár aktiválásakor a motor az egyik irányban látja az áramlást, és amikor a másik pár aktiválódik, a motoron átáramló áramlás megfordul.

A MOSFET-ek bekapcsolva maradhatnak a teljes teljesítmény érdekében, vagy a PWM-ek az energiaszabályozáshoz, vagy kikapcsolhatók, hogy a motor leálljon. Az alsó és a felső MOSFET aktiválása (de soha nem együtt) fékezi a motort.

A H-Bridge megvalósításának másik módja az 555 időzítők használata, amelyeket az előző bemutatóban tárgyaltunk.

Szükséges alkatrészek

A H-hídra

• DC motor
• 2x IRF3205 N-csatornás MOSFET vagy ezzel egyenértékű
• 2x IRF5210 P-csatornás MOSFET vagy azzal egyenértékű
• 2x 10K ellenállás (lehúzható)
• 2x 100uF elektrolit kondenzátor (szétkapcsolás)
• 2x 100nF kerámia kondenzátor (szétkapcsolás)

A vezérlő áramkörhöz

• 1x 555 időzítő (bármilyen változat, előnyösen CMOS)
• 1x TC4427 vagy bármely megfelelő kapu meghajtó
• 2x 1N4148 vagy bármely más jel / ultragyors dióda
• 1x 10K potenciométer (időzítés)
• 1x 1K ellenállás (időzítés)
• 4.7nF kondenzátor (időzítés)
• 4.7uF kondenzátor (szétkapcsolás)
• 100nF kerámia kondenzátor (szétkapcsolás)
• 10uF elektrolit kondenzátor (szétkapcsolás)
• SPDT kapcsoló

Vázlatok az egyszerű H-híd áramkörhöz

Most, hogy elértük az elméletet, ideje beszennyeznünk a kezünket és megépíteni egy H-híd motorvezérlőt. Ennek az áramkörnek elegendő energiája van ahhoz, hogy közepes méretű motorokat 20A és 40V feszültségig működtessen megfelelő felépítéssel és hűtőbordával. Néhány funkció egyszerűsödött, például az SPDT kapcsoló használata az irányításhoz.

A magas oldali MOSFET-ek az egyszerűség kedvéért P-csatornásak. Megfelelő meghajtó áramkörrel (rendszerindítással) N-csatornás MOSFET-ek is használhatók.

A HOS-híd teljes kapcsolási rajza a MOSFET-ek segítségével az alábbiakban található:

Munka magyarázat

1. Az 555 időzítő

Az időzítő egy egyszerű 555-ös áramkör, amely 10% és 90% közötti munkaciklust generál. A frekvenciát R1, R2 és C2 állítja be. A magas frekvenciákat részesítik előnyben a hallható nyafogás csökkentése érdekében, de ez azt is jelenti, hogy erősebb kapu-meghajtóra van szükség. Az üzemi ciklust az R2 potenciométer vezérli. Itt többet tudhat meg az 555 időzítő használatáról astable módban.

Ezt az áramkört bármely más PWM forrás helyettesítheti, például egy Arduino.

2. Kapu meghajtó

A kapu meghajtó egy szabványos kétcsatornás TC4427, csatornánként 1,5 A mosogatóval / forrással. Itt mindkét csatornát párhuzamosan alakították a nagyobb áram érdekében. Ismételten, ha nagyobb a frekvencia, akkor a kapu meghajtónak erősebbnek kell lennie.

Az SPDT kapcsolóval kiválasztható az irányt vezérlő H-híd lába.

3. H-híd

Ez az áramkör működő része, amely a motort vezérli. A MOSFET kapukat általában a lehúzott ellenállás húzza alacsonyan. Ennek eredményeként mindkét P-csatornás MOSFET bekapcsol, de ez nem jelent problémát, mivel áram nem folyhat. Amikor a PWM jelet az egyik láb kapujára adják, az N és a P-csatornás MOSFET-eket felváltva be- és kikapcsolják, vezérelve az áramellátást.

H-híd áramköri építési tippek

Ennek az áramkörnek a legnagyobb előnye, hogy méretezhető bármilyen méretű motorok meghajtására, és nem csak motorokra - bármi másra, amihez kétirányú áramjelre van szükség, például a szinuszos inverterekhez.

Ha ezt az áramkört még kis teljesítmény mellett is használja, a megfelelő lokalizált szétkapcsolás elengedhetetlen, hacsak nem akarja, hogy hibás legyen az áramkör.

Továbbá, ha ezt az áramkört állandóbb platformra építjük, mint egy NYÁK, akkor ajánlott egy nagy alapsík, amely távol tartja az alacsony áramú részeket a nagy áramú pályáktól.

Tehát ez az egyszerű H-Bridge áramkör megoldást jelent számos motoros vezetési problémára, például kétirányú, energiagazdálkodás és hatékonyság.