Mạch cầu H điều khiển động cơ đơn giản sử dụng MOSFET
Lúc đầu, việc lái một động cơ có vẻ như là một nhiệm vụ dễ dàng - chỉ cần móc mô tơ lên đường ray điện áp thích hợp và nó sẽ bắt đầu quay. Nhưng đây không phải là cách hoàn hảo để lái một động cơ đặc biệt là khi có các thành phần khác liên quan đến mạch. Ở đây chúng ta sẽ thảo luận về một trong ...
Lúc đầu, việc lái một động cơ có vẻ như là một nhiệm vụ dễ dàng - chỉ cần móc mô tơ lên đường ray điện áp thích hợp và nó sẽ bắt đầu quay. Nhưng đây không phải là cách hoàn hảo để lái một động cơ đặc biệt là khi có các thành phần khác liên quan đến mạch. Ở đây chúng ta sẽ thảo luận về một trong những cách được sử dụng phổ biến và hiệu quả nhất để điều khiển động cơ DC - mạch H-Bridge .
Lái xe máy Loại động cơ phổ biến nhất bạn có thể gặp trong giới sở thích cho các ứng dụng năng lượng thấp là động cơ 3V DC được hiển thị bên dưới. Loại động cơ này được tối ưu hóa cho hoạt động điện áp thấp từ hai tế bào 1,5V.
Và chạy nó đơn giản như kết nối nó với hai tế bào - động cơ kích hoạt ngay lập tức và chạy miễn là pin được kết nối. Mặc dù loại thiết lập này phù hợp với các ứng dụng 'tĩnh' như cối xay gió thu nhỏ hoặc quạt, nhưng khi nói đến ứng dụng 'động' như robot , cần có độ chính xác cao hơn - dưới dạng điều khiển mô-men xoắn và tốc độ thay đổi .
Rõ ràng là việc giảm điện áp trên động cơ sẽ làm giảm tốc độ và pin chết dẫn đến động cơ chậm nhưng nếu động cơ được cấp nguồn từ đường ray chung cho nhiều thiết bị thì cần có mạch lái xe phù hợp.
Điều này thậm chí có thể ở dạng một bộ điều chỉnh tuyến tính thay đổi như LM317 - điện áp trên động cơ có thể được thay đổi để tăng hoặc giảm tốc độ. Nếu cần thêm dòng điện, mạch này có thể được xây dựng kín đáo với một vài bóng bán dẫn lưỡng cực . Các nhược điểm lớn nhất với loại hình thiết lập là hiệu quả - giống như với bất kỳ tải khác, transistor mất đi tất cả sức mạnh không mong muốn.
Các giải pháp cho vấn đề này là một phương pháp gọi là PWM hoặc xung điều chế độ rộng . Ở đây, động cơ được điều khiển bởi một sóng vuông với chu kỳ nhiệm vụ có thể điều chỉnh (tỷ lệ thời gian trên thời gian của tín hiệu). Tổng công suất được giao tỷ lệ thuận với chu kỳ nhiệm vụ. Nói cách khác, động cơ được cung cấp năng lượng trong một phần nhỏ của khoảng thời gian - vì vậy theo thời gian, công suất trung bình cho động cơ thấp. Với chu kỳ nhiệm vụ 0%, động cơ tắt (không có dòng điện chạy); với chu kỳ làm việc là 50%, động cơ chạy ở một nửa công suất (một nửa mức rút hiện tại) và 100% thể hiện toàn bộ công suất ở mức rút tối đa hiện tại.
Điều này được thực hiện bằng cách kết nối phía cao của động cơ và điều khiển nó bằng MOSFET kênh N, được điều khiển lại bởi tín hiệu PWM.
Trình điều khiển động cơ PWM N-Channel
Điều này có một số ý nghĩa thú vị - một động cơ 3V có thể được điều khiển bằng cách sử dụng nguồn cung cấp 12V sử dụng chu kỳ nhiệm vụ thấp do động cơ chỉ nhìn thấy điện áp trung bình. Với thiết kế cẩn thận, điều này giúp loại bỏ sự cần thiết phải cung cấp năng lượng động cơ riêng biệt.
Nếu chúng ta cần đảo ngược hướng của động cơ thì sao? Điều này thường được thực hiện bằng cách chuyển đổi các thiết bị đầu cuối động cơ, nhưng điều này có thể được thực hiện bằng điện.
Một lựa chọn có thể là sử dụng một FET khác và nguồn cung cấp âm để chuyển hướng. Điều này đòi hỏi một đầu nối của động cơ phải được nối đất vĩnh viễn và đầu kia được nối với nguồn cung cấp dương hoặc âm. Ở đây, các MOSFET hoạt động như một công tắc SPDT.
Tuy nhiên, một giải pháp thanh lịch hơn tồn tại.
Mạch điều khiển động cơ cầu H
Mạch này được gọi là cầu H vì các MOSFET tạo thành hai nét thẳng đứng và động cơ tạo thành nét ngang của bảng chữ cái 'H'. Đó là giải pháp đơn giản và thanh lịch cho tất cả các vấn đề lái xe máy. Các hướng có thể được thay đổi một cách dễ dàng và tốc độ có thể được kiểm soát .
Trong cấu hình cầu H, chỉ các cặp MOSFET đối diện chéo được kích hoạt để điều khiển hướng , như thể hiện trong hình dưới đây:
Khi kích hoạt một cặp MOSFET (đối diện chéo), động cơ sẽ thấy dòng điện theo một hướng và khi cặp kia được kích hoạt, dòng điện qua động cơ sẽ đảo ngược hướng.
Các MOSFET có thể được bật để có toàn bộ công suất hoặc PWM-ed để điều chỉnh công suất hoặc tắt để cho động cơ dừng lại. Kích hoạt cả MOSFE dưới và trên (nhưng không bao giờ cùng nhau) phanh động cơ .
Một cách khác để thực hiện H-Bridge là sử dụng bộ định thời 555 , mà chúng ta đã thảo luận trong hướng dẫn trước.
Thành phần cần thiết Đối với cầu H Động cơ DC 2x MOSF kênh N IRF3205 hoặc tương đương 2x MOSF kênh P IRF5210 hoặc tương đương 2x điện trở 10K (kéo xuống) 2x tụ điện điện phân 100uF (tách rời) 2x tụ gốm 100nF (tách rời)
Đối với mạch điều khiển
Hẹn giờ 1x 555 (bất kỳ biến thể nào, tốt nhất là CMOS) 1x TC4427 hoặc bất kỳ trình điều khiển cổng thích hợp 2x 1N4148 hoặc bất kỳ tín hiệu / diode cực nhanh nào khác Chiết áp 1x 10K (thời gian) Điện trở 1x 1K (thời gian) Tụ 4,7nF (thời gian) Tụ 4.7uF (tách rời) Tụ gốm 100nF (tách rời) Tụ điện phân 10uF (tách rời) Công tắc SPDT
Sơ đồ cho mạch cầu H đơn giản Bây giờ chúng ta đã có lý thuyết trên đường đi, đã đến lúc làm bẩn tay và chế tạo một trình điều khiển động cơ cầu H. Mạch này có đủ năng lượng để lái các động cơ có kích thước trung bình lên đến 20A và 40V với cấu trúc và tản nhiệt thích hợp. Một số tính năng đã được đơn giản hóa, như việc sử dụng công tắc SPDT để điều khiển hướng.
Ngoài ra, các MOSFE phía cao là kênh P để đơn giản. Với mạch lái xe thích hợp (có bootstrapping), MOSFET kênh N cũng có thể được sử dụng.
Sơ đồ mạch hoàn chỉnh cho Cầu H này sử dụng MOSFET được đưa ra dưới đây:
Giải thích làm việc
- Đồng hồ bấm giờ 555
Các bộ đếm thời gian là một đơn giản 555 mạch mà tạo ra một chu kỳ nhiệm vụ từ khoảng 10% đến 90%. Tần số được đặt bởi R1, R2 và C2. Tần số cao được ưa thích để giảm tiếng rên rỉ có thể nghe được, nhưng điều này cũng có nghĩa là cần một trình điều khiển cổng mạnh hơn. Chu kỳ nhiệm vụ được điều khiển bởi chiết áp R2. Tìm hiểu thêm về cách sử dụng bộ đếm thời gian 555 ở chế độ astable tại đây .
Mạch này có thể được thay thế bởi bất kỳ nguồn PWM nào khác như Arduino.
- Tài xế cổng
Trình điều khiển cổng là một TC4427 hai kênh tiêu chuẩn , với 1,5A chìm / nguồn trên mỗi kênh. Ở đây, cả hai kênh đã được song song để có thêm dòng điện. Một lần nữa, nếu tần số cao hơn, trình điều khiển cổng cần phải mạnh hơn.
Công tắc SPDT được sử dụng để chọn chân cầu H điều khiển hướng.
- Cầu H
Đây là phần làm việc của mạch điều khiển động cơ. Các cổng MOSFET thường được kéo thấp bởi điện trở kéo xuống. Điều này dẫn đến cả hai MOSFET kênh P đều bật, nhưng đây không phải là vấn đề vì không có dòng điện nào có thể chảy. Khi tín hiệu PWM được đặt vào các cổng của một chân, các MOSFET kênh N và P được bật và tắt luân phiên, điều khiển nguồn điện.
Mẹo xây dựng cầu H Ưu điểm lớn nhất của mạch này là nó có thể được điều chỉnh để điều khiển các động cơ ở mọi kích cỡ, và không chỉ các động cơ - bất cứ thứ gì khác cần tín hiệu dòng hai chiều, như bộ biến tần sóng hình sin.
Khi sử dụng mạch này ngay cả ở công suất thấp, việc tách rời cục bộ thích hợp là điều bắt buộc trừ khi bạn muốn mạch của mình bị rối.
Ngoài ra, nếu xây dựng mạch này trên một nền tảng lâu dài hơn như PCB, nên sử dụng mặt phẳng đất lớn , giữ cho các phần dòng điện thấp cách xa các đường dẫn cao.
Vì vậy, mạch H-Bridge đơn giản này là giải pháp cho nhiều vấn đề lái xe máy như hai chiều, quản lý năng lượng và hiệu quả. Đồng hồ vạn năng là thiết bị điện tử sử dụng để đo cường độ dòng điện điện trở, điện áp, đo tần số và kiểm tra diode. Nó còn có tên gọi là đồng hồ đo điện, vạn năng kế hay đồng hồ đo điện vạn năng. Ngoài ra nó còn có chức năng đo tương tự hay nhiệt độ. Một số dòng đồng hồ vạn năng chỉ kim hoặc đồng hồ vạn năng số điện tử có thể tích hợp chức năng đo tụ điện, đo cuộn cảm hoặc độ tự cảm. https://tktech.vn/cuon-cam/
