H sederhana

Pada awalnya, mengendarai motor mungkin tampak seperti tugas yang mudah - cukup kaitkan motor ke rel tegangan yang sesuai dan motor akan mulai berputar. Tapi ini bukan cara yang tepat untuk menggerakkan motor apalagi jika ada komponen lain yang terlibat di sirkuit. Di sini kita akan membahas salah satu cara yang paling umum digunakan dan efisien untuk menggerakkan motor DC - sirkuit H-Bridge.

Mengemudi Motor

Jenis motor paling umum yang mungkin Anda temui di kalangan penggemar untuk aplikasi daya rendah adalah motor DC 3V yang ditunjukkan di bawah ini. Motor jenis ini dioptimalkan untuk operasi tegangan rendah dari dua sel 1.5V.

Dan menjalankannya semudah menghubungkannya ke dua sel - motor menyala secara instan dan bekerja selama baterainya terhubung. Meskipun jenis penyiapan ini baik untuk aplikasi 'statis' seperti kincir angin atau kipas miniatur, jika terkait dengan aplikasi 'dinamis' seperti robot, diperlukan lebih banyak ketelitian - dalam bentuk kontrol kecepatan dan torsi variabel.

Jelas bahwa penurunan tegangan di motor menurunkan kecepatan dan baterai yang mati menghasilkan motor yang lambat tetapi jika motor diberi daya dari rel yang umum ke lebih dari satu perangkat, diperlukan sirkuit penggerak yang tepat.

Ini bahkan bisa dalam bentuk regulator linier variabel seperti LM317 - tegangan di motor dapat bervariasi untuk menambah atau mengurangi kecepatan. Jika lebih banyak arus diperlukan, rangkaian ini dapat dibangun secara diam-diam dengan beberapa transistor bipolar. The Kelemahan terbesar dengan jenis setup adalah efisiensi - seperti dengan beban lainnya, transistor menghilang semua kekuatan yang tidak diinginkan.

The solusi untuk masalah ini adalah metode yang disebut PWM atau modulasi lebar pulsa. Di sini, motor digerakkan oleh gelombang persegi dengan siklus tugas yang dapat disesuaikan (rasio tepat waktu dengan periode sinyal). Total daya yang dikirimkan sebanding dengan siklus kerja. Dengan kata lain, motor diberi daya untuk sebagian kecil dari periode waktu - jadi seiring waktu, daya rata-rata ke motor rendah. Dengan duty cycle 0%, motor mati (tidak ada arus yang mengalir); dengan siklus kerja 50% motor berjalan dengan setengah daya (setengah penarikan arus) dan 100% mewakili daya penuh pada penarikan arus maksimum.

Ini diimplementasikan dengan menghubungkan sisi tinggi motor dan mengendarainya dengan MOSFET saluran-N, yang digerakkan lagi oleh sinyal PWM.

Ini memiliki beberapa implikasi yang menarik - motor 3V dapat digerakkan menggunakan catu 12V menggunakan siklus kerja rendah karena motor hanya melihat tegangan rata-rata. Dengan desain yang cermat, ini menghilangkan kebutuhan akan catu daya motor yang terpisah.

Bagaimana jika kita perlu membalikkan arah motor? Ini biasanya dilakukan dengan mengganti terminal motor, tetapi ini dapat dilakukan secara elektrik.

Salah satu opsinya adalah menggunakan FET lain dan suplai negatif untuk beralih arah. Ini membutuhkan satu terminal motor untuk diarde secara permanen dan yang lainnya dihubungkan ke suplai positif atau negatif. Di sini, MOSFET bertindak seperti sakelar SPDT.

Namun, ada solusi yang lebih elegan.

Sirkuit Pengemudi Motor H-Bridge

Sirkuit ini disebut H-bridge karena MOSFET membentuk dua goresan vertikal dan motor membentuk goresan horizontal alfabet 'H'. Ini adalah solusi sederhana dan elegan untuk semua masalah mengemudi motor. The arah dapat diubah dengan mudah dan kecepatan dapat dikendalikan.

Dalam konfigurasi H-bridge, hanya pasangan MOSFET yang berlawanan secara diagonal yang diaktifkan untuk mengontrol arah, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

Saat mengaktifkan sepasang MOSFET (berlawanan diagonal), motor melihat aliran arus dalam satu arah dan ketika pasangan lainnya diaktifkan, arus yang melalui motor berbalik arah.

MOSFET dapat dibiarkan hidup dengan daya penuh atau PWM-ed untuk pengaturan daya atau dimatikan untuk membiarkan motor berhenti. Mengaktifkan MOSFET bawah dan atas (tetapi tidak pernah bersamaan) akan mengerem motor.

Cara lain untuk mengimplementasikan H-Bridge adalah dengan menggunakan 555 timer, yang telah kita bahas di tutorial sebelumnya.

Komponen Diperlukan

Untuk H-Bridge

• Motor DC
• 2x IRF3205 N-channel MOSFET atau yang setara
• 2x MOSFET saluran-P IRF5210 atau yang setara
• Resistor 2x 10K (tarik turun)
• Kapasitor elektrolitik 2x 100uF (decoupling)
• Kapasitor keramik 2x 100nF (decoupling)

Untuk Sirkuit Kontrol

• 1x 555 timer (varian apa pun, lebih disukai CMOS)
• 1x TC4427 atau driver gerbang yang sesuai
• 2x 1N4148 atau dioda sinyal / ultrafast lainnya
• Potensiometer 1x 10K (waktu)
• 1x resistor 1K (waktu)
• Kapasitor 4.7nF (timing)
• Kapasitor 4.7uF (decoupling)
• Kapasitor keramik 100nF (decoupling)
• Kapasitor elektrolitik 10uF (decoupling)
• Sakelar SPDT

Skema Sirkuit H-Bridge Sederhana

Sekarang setelah kita memiliki teori, inilah saatnya untuk mengotori tangan kita dan membangun driver motor H-bridge. Sirkuit ini memiliki daya yang cukup untuk menggerakkan motor berukuran sedang hingga 20A dan 40V dengan konstruksi dan heatsinking yang tepat. Beberapa fitur telah disederhanakan, seperti penggunaan sakelar SPDT untuk mengontrol arah.

Juga, MOSFET sisi tinggi adalah saluran-P untuk kesederhanaan. Dengan sirkuit penggerak yang sesuai (dengan bootstrap), MOSFET saluran-N juga dapat digunakan.

Diagram rangkaian lengkap untuk H-Bridge ini menggunakan MOSFET diberikan di bawah ini:

Penjelasan Bekerja

1. Timer 555

Pengatur waktu adalah rangkaian 555 sederhana yang menghasilkan siklus kerja dari sekitar 10% hingga 90%. Frekuensi diatur oleh R1, R2 dan C2. Frekuensi tinggi lebih disukai untuk mengurangi rengekan yang terdengar, tetapi ini juga berarti dibutuhkan driver gerbang yang lebih bertenaga. Siklus kerja dikendalikan oleh potensiometer R2. Pelajari lebih lanjut tentang menggunakan timer 555 dalam mode astabil di sini.

Sirkuit ini dapat diganti dengan sumber PWM lain seperti Arduino.

2. Sopir Gerbang

Driver gerbang adalah TC4427 dua saluran standar, dengan wastafel / sumber 1,5A per saluran. Di sini, kedua saluran telah diparalelkan untuk arus penggerak yang lebih banyak. Sekali lagi, jika frekuensinya lebih tinggi, pengemudi gerbang harus lebih bertenaga.

Sakelar SPDT digunakan untuk memilih kaki jembatan-H yang mengontrol arah.

3. Jembatan H

Ini adalah bagian kerja dari rangkaian yang mengontrol motor. Gerbang MOSFET biasanya ditarik rendah oleh resistor pulldown. Hal ini menyebabkan kedua MOSFET saluran-P menyala, tetapi ini bukan masalah karena tidak ada arus yang dapat mengalir. Ketika sinyal PWM diterapkan ke gerbang satu kaki, MOSFET saluran-N dan P dihidupkan dan dimatikan secara bergantian, mengendalikan daya.

Tips Konstruksi Sirkuit H-Bridge

Keuntungan terbesar dari rangkaian ini adalah dapat diskalakan untuk menggerakkan motor dari semua ukuran, dan tidak hanya motor - hal lain yang membutuhkan sinyal arus dua arah, seperti inverter gelombang sinus.

Saat menggunakan sirkuit ini bahkan pada daya rendah, decoupling terlokalisasi yang tepat adalah suatu keharusan kecuali Anda ingin sirkuit Anda bermasalah.

Selain itu, jika membangun sirkuit ini pada platform yang lebih permanen seperti PCB, disarankan menggunakan bidang arde besar, dengan menjaga bagian arus rendah menjauh dari jalur arus tinggi.

Jadi rangkaian H-Bridge sederhana ini adalah solusi untuk banyak masalah penggerak motor seperti bidirectionally, manajemen daya dan efisiensi.