Једноставно х

На самом почетку вожња мотором може се чинити лаганим задатком - само прикључите мотор на одговарајућу напонску шину и он ће почети да се окреће. Али ово није савршен начин за погон мотора, посебно када су у колу укључене друге компоненте. Овде ћемо разговарати о једном од најчешће коришћених и најефикаснијих начина управљања једносмерним моторима - кругу Х-Бридге.

Вожња мотором

Најчешћи тип мотора на који можете наићи у хобистичким круговима за примене мале снаге је 3В једносмерни мотор приказан доле. Ова врста мотора је оптимизована за рад на ниском напону из две 1,5В ћелије.

А његово покретање је једноставно попут повезивања са две ћелије - мотор се тренутно пали и ради све док су батерије повезане. Иако је оваква врста подешавања добра за „статичне“ апликације попут минијатурне ветрењаче или вентилатора, када је реч о „динамичкој“ апликацији попут робота, потребна је већа прецизност - у облику контроле променљиве брзине и обртног момента.

Очигледно је да смањење напона на мотору смањује брзину, а испражњена батерија доводи до успореног мотора, али ако се мотор напаја са шине која је заједничка за више уређаја, потребан је одговарајући погонски круг.

То чак може бити у облику променљивог линеарног регулатора попут ЛМ317 - напон на мотору може да варира да би се повећала или смањила брзина. Ако је потребно више струје, ово коло се може дискретно изградити са неколико биполарних транзистора. Највећа мана са оваквом сетуп је ефикасност - баш као и са било којим другим оптерећењем, транзистор расипа све нежељене моћ.

Решење овог проблема је метод назван ПВМ или модулација ширине импулса. Овде мотор покреће квадратни талас са подесивим радним циклусом (однос времена и периода сигнала). Укупна испоручена снага пропорционална је радном циклусу. Другим речима, мотор се напаја мали део временског периода - тако да је временом просечна снага мотора мала. Са радним циклусом од 0%, мотор је искључен (струја не тече); са радним циклусом од 50%, мотор ради са пола снаге (половина тренутне вуче) и 100% представља пуну снагу при максималној струји.

Ово се спроводи повезивањем горње стране мотора и покретањем Н-каналног МОСФЕТ-а, који се поново покреће ПВМ сигналом.

Ово има неке занимљиве импликације - мотор од 3 В може се покретати помоћу напајања од 12 В, користећи мали радни циклус, јер мотор види само просечни напон. Пажљивим дизајном, ово елиминише потребу за одвојеним напајањем мотора.

Шта ако треба да преокренемо смер мотора? То се обично ради пребацивањем стезаљки мотора, али то се може учинити електрично.

Једна опција би могла бити употреба другог ФЕТ-а и негативног напајања за промену правца. То захтева да један терминал мотора буде трајно уземљен, а други повезан на позитивно или негативно напајање. Овде се МОСФЕТ-ови понашају као СПДТ прекидач.

Међутим, постоји елегантније решење.

Струјни круг возача мотора Х-Бридге

Ово коло се назива Х-мост јер МОСФЕТ-ови чине два вертикална хода, а мотор хоризонтални ход абецеде 'Х'. То је једноставно и елегантно решење за све проблеме у моторној вожњи. Правац може лако мењати и брзина може да се контролише.

У конфигурацији Х моста, само дијагонално супротни парови МОСФЕТ-ова се активирају за контролу смера, као што је приказано на доњој слици:

При активирању једног пара (дијагонално супротних) МОСФЕТ-ова, мотор види проток струје у једном смеру, а када је други пар активиран, струја кроз мотор мења смер.

МОСФЕТ-ови могу бити укључени за пуну снагу или ПВМ-ови за регулацију снаге или искључени да се мотор заустави. Активирање доњих и горњих МОСФЕТ-ова (али никада заједно) кочи мотор.

Други начин примене Х-Бридге-а је коришћење 555 тајмера, о чему смо говорили у претходном водичу.

Компоненте потребне

За Х-мост

Једносмерни мотор
2к ИРФ3205 Н-канални МОСФЕТ-ови или еквивалентни
2к ИРФ5210 П-канални МОСФЕТ-ови или еквивалентни
2к 10К отпорници (падајући)
2к 100уФ електролитски кондензатори (раздвајање)
2к 100нФ керамички кондензатори (раздвајање)

За управљачки круг

1к 555 тајмер (било која варијанта, по могућности ЦМОС)
1к ТЦ4427 или било који одговарајући управљачки програм за врата
2к 1Н4148 или било који други сигнал / ултрабрза диода
1к 10К потенциометар (тајминг)
1к 1К отпорник (тајминг)
4.7нФ кондензатор (тајминг)
4.7уФ кондензатор (раздвајање)
100нФ керамички кондензатор (раздвајање)
10уФ електролитски кондензатор (раздвајање)
СПДТ прекидач

Шеме за једноставан круг Х-моста

Сад кад смо склонили теорију, време је да упрљамо руке и направимо возача Х-моста. Ово коло има довољно снаге за погон мотора средње величине до 20А и 40В уз правилну конструкцију и хладјење. Неке функције су поједностављене, попут употребе СПДТ прекидача за контролу смера.

Такође, МОСФЕТ-ови са високе стране су П-канал за једноставност. Са одговарајућим кругом вожње (са боотстраппингом), Н-канални МОСФЕТ-ови такође могу да се користе.

Комплетна шема кола за овај Х-мост који користи МОСФЕТ-ове дата је у наставку:

Радно објашњење

1. Тајмер 555

Тајмер је једноставно 555 коло које генерише радни циклус од око 10% до 90%. Фреквенцију подешавају Р1, Р2 и Ц2. Пожељне су високе фреквенције да би се умањило звучно цвиљење, али то такође значи да је потребан снажнији управљачки систем капија. Радни циклус се контролише помоћу потенциометра Р2. Овде сазнајте више о коришћењу 555 тајмера у несталном режиму.

Ово коло може бити замењено било којим другим ПВМ извором попут Ардуина.

2. Возач капије

Возач капије је стандардни двоканални ТЦ4427, са 1,5А судопером / извором по каналу. Овде су оба канала паралелна ради веће погонске струје. Опет, ако је фреквенција већа, драјвер капије мора бити снажнији.

Прекидач СПДТ користи се за одабир крака Х-моста који контролише правац.

3. Х-мост

Ово је радни део кола који управља мотором. МОСФЕТ гејтови се повлачећим отпорником обично повлаче ниско. То резултира укључивањем оба МОСФЕТ-а са П-каналом, али то није проблем јер никаква струја не може тећи. Када се ПВМ сигнал примени на капије једне ноге, МОСФЕТ-ови Н и П-канала се наизменично укључују и искључују, контролишући снагу.

Савети за изградњу круга Х-моста

Највећа предност овог кола је што се може скалирати тако да покреће моторе свих величина, а не само моторе - било шта друго што треба двосмерни сигнал струје, попут претварача синусног таласа.

Када користите овај круг чак и при малим снагама, правилно локализовано раздвајање је неопходно уколико не желите да ваше коло буде гадно.

Такође, ако се ово коло гради на трајнијој платформи попут ПЦБ-а, препоручује се велика раван уземљења, држећи делове слабе струје даље од путања велике струје.

Тако је ово једноставно Х-Бридге коло решење за многе проблеме у вожњи мотора, као што су двосмерно, управљање напајањем и ефикасност.