Drajver BDC motora realizovan H-mostom

Kontrola BDC motora (brushed DC – oznaka za motore jednosmerne struje sa četkicama) u oba smera zahteva uređaj koji se zove drajver u H-mostu (Full-bridge’driver). Ovaj uređaj predstavlja pojačavač snage koji je najčeše izveden sa PWM (Pulse Width Modulation – širinska impulsna modulacija) upravljanjem. Naziv ovog uređaja, H-most, je dobijen po šematskom prikazu, na kojem prekidački tranzistori i motor formiraju slovo H.

Slika 1. Šematski prikaz H-mosta

 Da bi se razumelo kako funkcioniše ovaj uređaj, neophodno je rastaviti ga na dve strane ili dva polumosta. Levu stranu mosta čine tranzistori Q1 i Q2, dok desnu stranu čine tranzistori Q3 i Q4. Svaki od ovih polu-mostova ima mogućnost da na pin motora, za koji je vezan, dovede napajanje ili da ga spoji sa masom. Na primer, kada je Q1 propusno a Q2 nepropusno polarisan, levi pin motora će biti na potencijalu napajanja. Ako uzmemo još i Q4 propusno a Q3 nepropusno polarišemo, spojidemo drugi  pin sa masom, time ćemo zatvoriti strujno kolo i struja će poteći kao što je prikazano strelicom. Na taj način smo ostvarili obrtanje motora u jednu stranu, unapred (Forward).

 Svi režimi upravljanja su prikazani u Tabeli br.1:

 

Tabela br.1 

 Režimi unapred i unazad drže jednu stranu mosta na potencijalu napajanja a drugu na potencijalu mase. Na slici 1 I_FWD i I_RVS prikazuju tok struje u toku režima unapred odnosno unazad. U slobodnom režimu izvodi motora „plutaju“ i motor se ponaša kao da nije prikačen. Režim kočenje služi da se naglo zaustavi motor. Tada se izvodi motora kratkospajaju sa masom, a sam motor se ponaša kao generator kada mu se okrene rotor.

 Na šemi se mogu primetiti diode koje su vezane paralelno svakom MOSFET-u (D1-D4). Ove diode štite tranzistore od pojave strujnog pražnjenja nastalog kao posledica elektromagnetne indukcije kada se tranzistor isključi. Kondenzatori (C1-C4) se postavljaju opciono. Njihova vrednost je oko 10 pF i nije kritična. Svrha ovih kondenzatora je da smanje smetnje nastale varničenjem komutatora. Ono što je veoma bitno kod H-mostova i što se mora uzeti u obzir pri projektovanju uređaja je da se nikad ne smeju propusno polarisati oba tranzistora u polu-mostu, jer će momentalno biti uništeni.

 Brzina obrtanja rotora je proporcionalna naponu dovedenom na izvode motora. U slučaju da se koristi PWM upravljanje, širinski modulisani signal generiše srednju vrednost napona. Namotaji motora se ponošaju kao niskopropusni filtar tako da PWM signal dovoljne frekvencije generiše konstantnu struju u namotajima motora. Relacija koja pokazuje zavisnost srednje vrednosti napona, napona napajanja i trajanja impulsa PWM signala je data kao:
 

NAPOMENA:

Frekvencija PWM signala je veoma bitna za ispravno upravljanje BDC motora. Suviše niska učestanost će imati za posledicu pištav motor na niskim obrtajima sa sporim odzivom na promene. Visoke učestanosti smanjuju efikasnost sistema usled prekidačkih gubitaka u tranzistorima. Kompromisni opseg frekvencije PWM signala je od 4 kHz pa do 20 kHz. Generalno, prepočuje se eksperimentisanje sa frekvencijom PWM signala kako bi se za željeni motor našla odgovarajuća.

L6203 (DMOS full brigde driver)

 Za srce drajvera, u ovom projektu, izabrano je integralno kolo L6203 (DMOS FULL BRIDGE DRIVER),  firme SGS-Thompson. Ovo kolo predstavlja H-most koje u sebi kombinuje DMOS tranzistore snagaše, CMOS i bipolarnu tehnologiju. Karakteristike kola su sledeće:

• Napajanje od 10 do 48 VDC
• Maksimalna struja od 5 A
• Radna frekvencija do 100 kHz
• Kompatibilnost sa TTL signalom
• Zaštita od aktiviranja oba tranzistora u polu-mostu
• Zaštita od pregrejavanja
• Visok stepen korisnosti

 Za detaljnije podatke o integralnom kolu poslužiti se njegovim Datasheet-om.

Slika 2. Blok dijagram integralnog kola L6203 

 Integralno kolo zapakovano je u kućište tipa MULTIWATT 11a raspored izvoda je prikazan na slici:

Slika 3. Kućište integralnog kola L6203

 

 

Šematski dijagram dajvera

 Preporučen način povezivanja integralnog kola L6203 je preuzet iz Datasheet-a i dorađen kako bi zadovoljavao potrebe korisnika.

 

 Projektom je predviđeno aktivno hlađenje integralnog kola, te je u tu svrhu dodat fiksni naponski regulator 7809, koji obezbeđuje napon od 9VDC za napajanje ventilatora. Radi zaštite od prekoračenja struje ili kratkog spoja, pre motora redno se vezuje brzi stakleni osigurač od 2.5A koji se može zameniti u zavisnosti od potreba i nazivne struje motora a da se pritom ne prekorači maksimalna struja od 5A. 

 Komunikacija sa kolom se ostvaruje putem DB-9 ženskog konektora na štampanoj ploči. 

 Izgled i dimenzije štampane ploče dati su na slici:

Slika 5. Raspored komponenti na štampanoj ploči

Slika 6. Šematski dijagram drajvera

 

 Delovi neophodni za sklapanje drajvera prikazani su u Tabeli br.2:

Tabela 2.

 Šemu povezivanja možete preuzeti ovde.