Paprasta h

Pradžioje variklio valdymas gali atrodyti lengva užduotis - tiesiog prikabinkite variklį prie atitinkamos įtampos bėgio ir jis pradės suktis. Bet tai nėra tobulas būdas varikliui vairuoti, ypač kai grandinėje yra kitų komponentų. Čia aptarsime vieną iš dažniausiai naudojamų ir efektyviausių būdų nuolatinės srovės varikliams valdyti - H-Bridge grandinę.

Motorinis vairavimas

Labiausiai paplitęs variklio tipas, kurį galite susidurti mėgėjų būreliuose mažos galios reikmėms, yra žemiau pateiktas 3 V nuolatinės srovės variklis. Šis variklis yra optimizuotas žemos įtampos darbui iš dviejų 1,5 V elementų.

Jį paleisti yra taip paprasta, kaip prijungti prie dviejų elementų - variklis akimirksniu užsidega ir veikia tol, kol prijungtos baterijos. Nors tokia sąranka tinka „statinėms“ programoms, tokioms kaip miniatiūrinis vėjo malūnas ar ventiliatorius, kalbant apie „dinamišką“ programą, pvz., Robotus, reikia daugiau tikslumo - kintamo greičio ir sukimo momento valdymo forma.

Akivaizdu, kad sumažinus įtampą variklyje, sumažėja greitis, o dėl išsekusios baterijos variklis lėtas, tačiau jei variklis maitinamas iš bėgio, kuris yra bendras daugiau nei vienam įrenginiui, reikia tinkamos važiavimo grandinės.

Tai gali būti net kintamo tiesinio reguliatoriaus, tokio kaip LM317, forma - įtampa variklyje gali būti keičiama, kad padidėtų ar sumažėtų greitis. Jei reikia daugiau srovės, šią grandinę galima sukurti atsargiai, naudojant kelis bipolinius tranzistorius. Didžiausias trūkumas su šia sąranka rūšies yra efektyvumas - kaip su bet kuriuo kitu kroviniu, tranzistorius išsisklaido visą nepageidaujamą energiją.

Šios problemos sprendimas yra metodas, vadinamas PWM arba impulso pločio moduliacija. Čia variklį varo kvadratinė banga su reguliuojamu darbo ciklu (laiko ir signalo periodo santykis). Bendra suteikta galia yra proporcinga darbo ciklui. Kitaip tariant, variklis maitinamas nedidelę laiko dalį - taigi laikui bėgant vidutinė variklio galia yra maža. Esant 0% darbo ciklui, variklis yra išjungtas (srovė neteka); esant 50% darbo ciklui, variklis dirba perpus mažesne galia (puse srovės), o 100% - visa galia esant maksimaliai srovei.

Tai įgyvendinama sujungiant variklio aukštąją pusę ir važiuojant N kanalo MOSFET, kurį vėl valdo PWM signalas.

Tai turi tam tikrų įdomių pasekmių - 3 V variklį galima valdyti naudojant 12 V maitinimo šaltinį naudojant mažo darbo ciklą, nes variklis mato tik vidutinę įtampą. Dėl kruopštaus dizaino tai nereikalauja atskiro variklio maitinimo šaltinio.

Ką daryti, jei mums reikia pakeisti variklio kryptį? Paprastai tai daroma perjungiant variklio gnybtus, tačiau tai galima padaryti elektra.

Viena iš galimybių gali būti naudoti kitą FET ir neigiamą tiekimą krypčių keitimui. Tam reikia, kad vienas variklio gnybtas būtų nuolat įžemintas, o kitas būtų prijungtas prie teigiamo arba neigiamo maitinimo šaltinio. Čia MOSFET veikia kaip SPDT jungiklis.

Tačiau yra elegantiškesnis sprendimas.

„H-Bridge“ variklio vairuotojo grandinė

Ši grandinė vadinama H tilteliu, nes MOSFET sudaro du vertikalius smūgius, o variklis - horizontalų abėcėlės „H“ smūgį. Tai paprastas ir elegantiškas visų motorinių važiavimo problemų sprendimas. Kryptis gali būti pakeista lengvai ir greitis gali būti kontroliuojamas.

Kontroliuojant H tiltą, krypčiai valdyti įjungiamos tik įstrižai priešingos MOSFET poros, kaip parodyta žemiau esančiame paveikslėlyje:

Aktyvuodamas vieną (įstrižai priešingos) MOSFET porą, variklis mato srovės srautą viena kryptimi, o įjungus kitą porą, srovė per variklį pasikeičia.

MOSFET galima palikti įjungtą, kad būtų galima visiškai įjungti, arba PWM-ed, kad galios reguliavimas vyktų, arba išjungti, kad variklis sustotų. Įjungus apatinius ir viršutinius MOSFET (bet niekada kartu) stabdomas variklis.

Kitas būdas įdiegti „H-Bridge“ yra naudoti 555 laikmačius, kuriuos aptarėme ankstesnėje pamokoje.

Būtini komponentai

H tiltui

Nuolatinės srovės variklis
2x IRF3205 N kanalo MOSFET arba lygiaverčiai
2x IRF5210 P kanalo MOSFET arba lygiaverčiai
2x 10K rezistoriai (išskleidžiami)
2x 100uF elektrolitiniai kondensatoriai (atsiejimas)
2x 100nF keraminiai kondensatoriai (atsiejimas)

Valdymo grandinei

1x 555 laikmatis (bet koks variantas, pageidautina CMOS)
1x TC4427 arba bet kuris tinkamas vartų tvarkyklė
2x 1N4148 arba bet kuris kitas signalo / ypač greitas diodas
1x 10K potenciometras (laikas)
1x 1K rezistorius (laikas)
4.7nF kondensatorius (laikas)
4.7uF kondensatorius (atsiejimas)
100nF keraminis kondensatorius (atsiejimas)
10uF elektrolitinis kondensatorius (atsiejimas)
SPDT jungiklis

Paprastos H tilto grandinės schemos

Dabar, kai teorija neteko kelio, atėjo laikas susitepti rankas ir pastatyti H-tilto variklio vairuotoją. Ši grandinė turi pakankamai galios, kad būtų galima valdyti vidutinio dydžio variklius iki 20A ir 40V su tinkama konstrukcija ir radiatoriais. Kai kurios funkcijos buvo supaprastintos, pvz., SPDT jungiklio naudojimas krypčiai valdyti.

Be to, aukštosios pusės MOSFET yra P kanalas, kad būtų paprasčiau. Turint tinkamą vairavimo grandinę (su paleidimu), taip pat galima naudoti N kanalo MOSFET.

Visa šio H-tilto, naudojant MOSFET, grandinės schema pateikta žemiau:

Darbinis paaiškinimas

1. „555“ laikmatis

Laikmatis yra paprasta 555 grandinė, sukurianti darbo ciklą nuo maždaug 10% iki 90%. Dažnumą nustato R1, R2 ir C2. Norint sumažinti girdimą verkšlenimą, pirmenybė teikiama aukštiems dažniams, tačiau tai taip pat reiškia, kad reikia galingesnio vartų tvarkyklės. Veikimo ciklą kontroliuoja potenciometras R2. Sužinokite daugiau apie 555 laikmačio naudojimą nestabiliu režimu čia.

Šią grandinę galima pakeisti bet kuriuo kitu PWM šaltiniu, pavyzdžiui, „Arduino“.

2. Vartų tvarkyklė

Vartų tvarkyklė yra standartinė dviejų kanalų TC4427, su 1,5 A kriaukle / šaltiniu kiekvienam kanalui. Čia abu kanalai buvo lygiagrečiai, kad būtų didesnė važiavimo srovė. Vėlgi, jei dažnis didesnis, vartų tvarkyklė turi būti galingesnė.

SPDT jungiklis naudojamas pasirinkti H tilto koją, kuri valdo kryptį.

3. H tiltas

Tai yra variklio valdymo grandinės darbinė dalis. MOSFET vartus žemai traukia rezistorius. Dėl to įsijungia abu P kanalo MOSFET, tačiau tai nėra problema, nes srovė negali tekėti. Kai PWM signalas nukreipiamas į vienos kojos vartus, N ir P kanalų MOSFET įjungiami ir išjungiami pakaitomis, valdant maitinimą.

„H-Bridge“ grandinių statybos patarimai

Didžiausias šios grandinės privalumas yra tai, kad ją galima keisti visų dydžių varikliams, o ne tik varikliams - viskam, kam reikalingas dvikryptis srovės signalas, pavyzdžiui, sinusinės bangos keitikliams.

Naudojant šią grandinę net ir esant mažai galių, tinkamas lokalizuotas atsiejimas yra būtinas, nebent norite, kad jūsų grandinė būtų glimi.

Be to, jei pastatysite šią grandinę ant nuolatinės platformos, tokios kaip PCB, rekomenduojama naudoti didelę įžeminimo plokštumą, išlaikant mažos srovės dalis nuo didelės srovės takų.

Taigi ši paprasta „H-Bridge“ grandinė yra sprendimas daugeliui variklio vairavimo problemų, pavyzdžiui, dvikryptis, galios valdymas ir efektyvumas.