Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Модуль управления соленоидами

Модуль управления соленоидами

Данный модуль позволяет управлять электромагнитными клапанами для автомобилей, водопроводных и трубопроводных систем, строительной техники. Очень большой перечень оборудования, где применяются данные устройства. Основа модуля — микросхема DRV101 — драйвер, использующий широтно-импульсную модуляцию (ШИМ).

ШИМ или PWM (англ. Pulse-Width Modulation) — широтно-импульсная модуляция — это метод предназначен для контроля величины напряжения и тока. Действие ШИМ заключается в изменении ширины импульса постоянной амплитуды и постоянной частотой.

Свойства ШИМ регулирования используются в импульсных преобразователях, в схемах управления двигателями постоянного тока или яркостью свечения светодиодов.

Принцип действия ШИМ

Принцип действия ШИМ, как указывает на это само название, заключается в изменении ширины импульса сигнала. При использовании метода широтно-импульсной модуляции, частота сигнала и амплитуда остаются постоянными. Самым важным параметром сигнала ШИМ является коэффициент заполнения.

ШИМ дает очень простую возможность понижать напряжение в диапазоне от напряжения питания U1 и до 0. Это можно использовать, например, для регулировки яркости свечения светодиодов, или скорости вращения двигателя DC (постоянного тока), питающиеся от величины среднего напряжения.

Его конструкция специально оптимизирована для управления электромеханическими устройствами, такими как клапаны, соленоиды, реле, приводы и т.д. Модуль DRV101 также идеально подходит для контроля тепловых устройств, таких как мощные обогреватели и светильники.

Технология ШИМ экономит энергию и уменьшает потери тепла, что приводит к повышению надежности. Модуль содержит разъем для подключения потенциометра, с помощью которого можно точно настроить уровень мощности (скважность ШИМ), выдаваемой на устройство.

Микросхема DRV101 может обеспечить сильный импульс тока и автоматическое переключение на мягкий режим для экономии энергии. Скважность можно регулировать потенциометром — аналоговым напряжением или цифро-аналоговым преобразователем. Светодиод D1 указывает на срабатывание защитного отключения при перегреве или превышении тока нагрузки или КЗ. Широкий диапазон питания позволяет использовать блок с различными приводами. Обычно напряжение питания модуля должно соответствовать рабочему напряжению клапана.

Конденсатором C1 можно настроить задержку (delay):
Отсутствует — 15 мкС
100 pF — 15 мкС
1000 pF — 1 мС
100 nF — 100 мС

Скачиваем Gerber файлы и BOM файл, ведь для этого проекта я буду делать и монтаж компонентов на плату. Мы использовали Dip Trace для разработки печатной платы

Далее отправляем их для изготовления на сервисе PCBWay, который мне помогает уже не первый год. У них можно заказать 10 печатных плат всего за 5 долларов при размере печатной платы не более 100х100 мм. А еще стоимость монтажа компонентов всего 30 долларов за 1-20 печатных плат. Это без учета самих компонентов. И приятный бонус — бесплатная доставка.

А еще у меня остались несколько штук таких плат. Кому нужны, обращайтесь.

Не пропустите обновления! Подписывайтесь на нашу страницу в Instagram.
Так же у нас есть Telegram канал.

Вам понравился наш проект? Поделитесь с друзьями!

Управление двигателем постоянного тока с помощью Arduino Uno

В этой статье мы будем подключать двигатель постоянного тока к Arduino Uno и управлять скоростью его вращения. Делать мы это будем с помощью ШИМ (широтно-импульсной модуляции, в англ. языке PWM — Pulse Width Modulation) – эта функция реализована в Arduino чтобы на основе постоянного напряжения иметь возможность получения изменяющегося напряжения.

Общие принципы ШИМ

Метод осуществления ШИМ показан на следующем рисунке.

Если на представленном рисунке кнопка нажата, то двигатель начнет вращение и он будет вращаться до тех пор пока кнопка не будет отжата. Эта ситуация происходит если кнопка будет нажата постоянно – верхний график на представленном рисунке. Если же мы будем нажимать кнопку только в течение 8 мс из всего цикла в 10 мс, то в этом случае двигатель уже не будет в полной мере получать все напряжение батареи 9 В – в этом случае среднеквадратичная величина напряжения, получаемого двигателем, будет около 7 В. Соответственно, двигатель по сравнению с первым случаем (когда кнопка нажата постоянно) будет вращаться с меньшей скоростью. Поэтому цикл занятости (который еще называют коэффициентом заполнения ШИМ) в этом случае составит время включенного состояния/(время включенного состояния + время выключенного состояния) = 8/(8+2)=80%.

В следующих рассмотренных на рисунке случаях кнопка будет находиться в нажатом состоянии еще меньше чем в рассмотренном случае (80%). Соответственно, среднеквадратичная величина напряжения, получаемого двигателем, будет составлять еще меньшую величину, поэтому и скорость вращения двигателя также уменьшится. Это уменьшение скорости вращения двигателя вследствие уменьшения среднеквадратичной величины напряжения будет происходить до тех пор, пока получаемое двигателем напряжение не станет не достаточным для его вращения. То есть, изменяя величину цикла занятости (коэффициент заполнения ШИМ), можно управлять скоростью вращения двигателя постоянного тока.

Принцип работы H-моста

Перед тем, как переходить непосредственно к управлению двигателем, обсудим что такое H-BRIDGE (H-мост). Собранная нами далее схема будет осуществлять две функции: управлять двигателем постоянного тока с помощью управляющих сигналов малой мощности и изменять направление вращения двигателя.

Нам известно, что для изменения направления вращения двигателя постоянного тока необходимо изменить полярность приложенного к нему питающего напряжения. И как раз для смены полярности напряжения хорошо подходит устройство, называемое H-мостом. На представленном выше рисунке мы имеем 4 выключателя. Как показано на рисунке 2 если выключатели A1 и A2 замкнуты, то ток через двигатель течет справа налево как показано на второй части рисунка 2 – то есть в этом случае двигатель будет вращаться по часовой стрелке. А если выключатели A1 и A2 разомкнуты, а B1 и B2 – замкнуты, то ток через двигатель в этом случае будет протекать слева направо как показано на второй части рисунка, то есть двигатель будет вращаться против часовой стрелки. В этом и заключается принцип работы H-моста.

Рисунок 2 (часть 1)

Рисунок 2 (часть 2)

Мы в качестве H-моста будем использовать специализированную микросхему L293D, которую еще называют драйвером двигателей. Эта микросхема предназначена для управления двигателями постоянного тока малой мощности (см. рисунок) и содержит в своем составе два H-моста, то есть с ее помощью можно управлять двумя двигателями. Эта микросхема часто используется для управления двигателями в различных роботах.

В следующей таблице указаны необходимые значения напряжений на выводах INPUT1 и INPUT2 микросхемы L293D для смены направления вращения двигателя.

Enable PinInput Pin 1Input Pin 2Motor Direction
HighLowHighвправо
HighHighLowвлево
HighLowLowстоп
HighHighHighстоп

То есть, чтобы двигатель вращался по часовой стрелке необходимо чтобы на 2A было напряжение высокого уровня (high), а на контакте 1A – напряжение низкого уровня (low). Аналогично для вращения двигателя против часовой стрелки необходимо обеспечить на 1A напряжение высокого уровня, а на 2A – низкого.

Как показано на следующем рисунке Arduino UNO имеет 6 ШИМ каналов (обозначенных на плате специальным знаком – тильдой), любой из которых мы можем использовать для получения изменяющего напряжения (на основе ШИМ). В данном проекте мы будем использовать в качестве ШИМ выхода контакт PIN3 Arduino UNO.

Читать еще:  Автомат прогрева двигателя своими руками

Необходимые компоненты

  1. Плата Arduino UNO (купить на AliExpress).
  2. Драйвер двигателей L293D (купить на AliExpress).
  3. Электродвигатель постоянного тока.
  4. Светодиод (купить на AliExpress).
  5. Резистор 10 кОм (2 шт.) (купить на AliExpress).
  6. Кнопка (2 шт.).
  7. Конденсатор 100 пФ (купить на AliExpress).
  8. Переключатель.
  9. Источник питания с напряжением 5 В.

Работа схемы

Схема устройства (на макетной плате) представлена на следующем рисунке.

В рассматриваемой схеме мы имеем две кнопки, у каждой из которых, естественно, будет присутствовать эффект, называемый «дребезгом контактов». Но в данном случае для нас он не будет нести никакого негативного эффекта и не будет вызывать ошибок в работе схемы.

На нашем сайте мы уже рассматривали управление ШИМ с помощью микроконтроллера AVR ATmega и это управление было не самым простым делом – необходимо было сконфигурировать различные регистры. В отличие от этого управление ШИМ в Arduino UNO является крайне простым занятием, не требующем всего этого.

Исходный код программы

По умолчанию все необходимые заголовочные файлы подключаются автоматически самой средой ARDUINO IDE, она же конфигурирует сама и все регистры, необходимые для работы ШИМ, поэтому нам в программе уже не нужно заботиться об этих вещах. Все что нам нужно будет сделать – это определить на каком контакте мы будем использовать ШИМ.

То есть для использования ШИМ на нужном контакте нам необходимо сделать следующие вещи:

pinMode(ledPin, OUTPUT)
analogWrite(pin, value)
analogWriteResolution(neededresolutionnumber)

Сначала мы должны выбрать один из доступных 6 выходов (контактов) ШИМ. Потом необходимо установить этот контакт в режим на вывод данных.

После этого мы должны задействовать функции ШИМ на этом выходе используя функцию “ analogWrite(pin, value) ”. Здесь ‘pin’ обозначает номер контакта, на котором мы будем использовать ШИМ, в нашем случае это будет 3-й контакт.

Value в этой функции представляет собой цикл занятости (коэффициент заполнения) ШИМ, оно может принимать значения от 0 (всегда выключено) до 255 (всегда включено). Мы будем увеличивать и уменьшать это значение с помощью кнопок, присутствующих на схеме.

Плата Arduino UNO имеет максимальное разрешение (разрешающую способность) ШИМ, равную 8, что означает что value в функции analogWrite(pin, value) может принимать значения от 0 до 255. Но если в этом есть необходимость, мы можем уменьшать разрешение ШИМ используя функцию “ analogWriteResolution() ”, в скобках которой мы можем записать число в диапазоне 4-8, которое и будет определять разрешающую способность ШИМ платы Arduino UNO.

Переключатель на схеме служит для изменения направления вращения двигателя.

А теперь непосредственно сам код программы с комментариями.

Драйверы двигателя L298N, L293D и Arduino Motor Shield

Драйвер двигателя выполняет крайне важную роль в проектах ардуино, использующих двигатели постоянного тока или шаговые двигатели. C помощью микросхемы драйвера или готового шилда motor shield можно создавать мобильных роботов, автономные автомобили на ардуино и другие устройства с механическими модулями. В этой статье мы рассмотрим подключение к ардуино популярных драйверов двигателей на базе микросхем L298N и L293D.

Драйвер двигателя в проектах ардуино

Для чего нужен драйвер двигателя?

Как известно, плата ардуино имеет существенные ограничения по силе тока присоединенной к ней нагрузки. Для платы это 800 mA, а для каждого отдельного вывода – и того меньше, 40mA. Мы не можем подключить напрямую к Arduino Uno, Mega или Nano даже самый маленький двигатель постоянного тока. Любой из этих двигателей в момент запуска или остановки создаст пиковые броски тока, превышающие этот предел.

Как же тогда подключить двигатель к ардуино? Есть несколько вариантов действий:

Использовать реле. Мы включаем двигатель в отдельную электрическую сеть, никак не связанную с платой Arduino. Реле по команде ардуино замыкает или размыкает контакты, тем самым включает или выключает ток. Соответственно, двигатель включается или выключается. Главным преимуществом этой схемы является ее простота и возможность использовать Главным недостатком данной схемы является то, что мы не можем управлять скоростью и направлением вращения.

Использовать силовой транзистор. В данном случае мы можем управлять током, проходящим через двигатель, а значит, можем управлять скоростью вращения шпинделя. Но для смены направления вращения этот способ не подойдет.

Использовать специальную схему подключения, называемую H-мостом, с помощью которой мы можем изменять направление движения шпинделя двигателя. Сегодня можно без проблем найти как микросхемы, содержащие два или больше H-моста, так и отдельные модули и платы расширения, построенные на этих микросхемах.

В этой статье мы рассмотрим последний, третий вариант, как наиболее гибкий и удобный для создания первых роботов на ардуино.

Микросхема или плата расширения Motor Shield

Motor Shield – плата расширения для Ардуино, которая обеспечивает работу двигателей постоянного тока и шаговых двигателей. Самыми популярными платами Motor Shield являются схемы на базе чипов L298N и L293D, которые могут управлять несколькими двигателями. На плате установлен комплект сквозных колодок Ардуино Rev3, позволяющие устанавливать другие платы расширения. Также на плате имеется возможность выбора источника напряжения – Motor Shield может питаться как от Ардуино, так и от внешнего источника. На плате имеется светодиод, который показывает, работает ли устройство. Все это делает использование драйвера очень простым и надежным – не нужно самим изобретать велосипеды и решать уже кем-то решенные проблемы. В этой статье мы будем говорить именно о шилдах.

Принцип действия H-моста

Принцип работы драйвера двигателя основан на принципе работы H-моста. H-мост является электронной схемой, которая состоит из четырех ключей с нагрузкой. Название моста появилось из напоминающей букву H конфигурации схемы.

Схема моста изображена на рисунке. Q1…Q4 0 полевые, биполярные или IGBT транзисторы. Последние используются в высоковольтных сетях. Биполярные транзисторы практически не используются, они могут присутствовать в маломощных схемах. Для больших токов берут полевые транзисторы с изолированным затвором. Ключи не должны быть замкнуты вместе одновременно, чтобы не произошло короткого замыкания источника. Диоды D1…D4 ограничительные, обычно используются диоды Шоттки.

С помощью изменения состояния ключей на H-мосте можно регулировать направление движения и тормозить моторы. В таблице приведены основные состояния и соответствующие им комбинации на пинах.

Q1Q2Q3Q4Состояние
11Поворот мотора вправо
11Поворот мотора влево
Свободное вращение
11Торможение
11Торможение
11Короткое замыкание
11Короткое замыкание

Драйвер двигателя L298N

Модуль используется для управления шаговыми двигателями с напряжением от 5 до 35 В. При помощи одной платы L298N можно управлять сразу двумя двигателями. Наибольшая нагрузка, которую обеспечивает микросхема, достигает 2 А на каждый двигатель. Если подключить двигатели параллельно, это значение можно увеличить до 4 А.

Плата выглядит следующим образом:

Распиновка микросхемы L298N:

  • Vcc – используется для подключения внешнего питания;
  • 5В;
  • Земля GND;
  • IN1, IN2, IN3, IN4 – используется для плавного управления скоростью вращения мотора;
  • OUT1, OUT2 – используется для выхода с первого двигателя;
  • OUT3, OUT4 – используется для выхода со второго двигателя;
  • S1 – переключает питание схемы: от внешнего источника или от внутреннего преобразователя;
  • ENABLE A, B – требуются для раздельного управления каналами. Используются в двух режимах – активный, при котором каналами управляет микроконтроллер и имеется возможность изменения скорости вращения, и пассивный, в котором невозможно управлять скоростью двигателей (установлено максимальное значение).
Читать еще:  Давление форсунок двигателя 601

При подключении двух двигателей, нужно проверить, чтобы у них была одинаковая полярность. Если полярность разная, то при задании направления движения они будут вращаться в противоположные стороны.

Драйвер двигателя L293D

L293D – является самой простой микросхемой для работы с двигателями. L293D обладает двумя H-моста, которые позволяют управлять двумя двигателями. Рабочее напряжение микросхемы – 36 В, рабочий ток достигает 600 мА. На двигатель L293D может подавать максимальный ток в 1,2 А.

В схеме имеется 16 выходов. Распиновка:

  • +V – питание на 5 В;
  • +Vmotor – напряжение питания для мотором до 36 В;
  • 0V – земля;
  • En1, En2 –включают и выключают H-мосты;
  • In1, In2 – управляют первым H-мостом;
  • Out1, Out2 – подключение первого H-моста;
  • In3, In4 – управляют вторым H-мостом;
  • Out3, Out4 – подключение второго H-моста.

Для подключения к микроконтроллеру Arduino Uno нужно соединить выходы In1 на L293D и 7 пин на Ардуино, In2 – 8, In3 – 2, In4 – 3, En1 – 6, En2 – 5, V – 5V, Vmotor – 5 V, 0V – GND. Пример подключения одного двигателя к Ардуино показан на рисунке.

Драйвер двигателя на микросхеме HG7881

HG7881 – двухканальный драйвер, к которому можно подключить 2 двигателя или четырехпроводной двухфазный шаговый двигатель. Устройство часто используется из-за своей невысокой стоимости. Драйвер используется только для изменения направления вращения, менять скорость он не может.

Плата содержит 2 схемы L9110S, работающие как H-мост.

Характеристики драйвера HG7881:
  • 4-контактное подключение;
  • Питание для двигателей от 2,5 В до 12 В;
  • Потребляемый ток менее 800 мА;
  • Малые габариты, небольшой вес.
Распиновка:
  • GND – земля;
  • Vcc – напряжение питания 2,5В – 12В;
  • A-IA – вход A(IA) для двигателя A;
  • A-IB – вход B (IB) для двигателя A;
  • B-IA – вход A(IA) для двигателя B;
  • B-IB – вход B (IB) для двигателя B.

В зависимости от поданного сигнала на выходах IA и IB будет разное состояние для двигателей. Возможные варианты для одного из моторов приведены в таблице.

IAIBСостояние мотора
Остановка
1Двигается вперед
1Двигается назад
11Отключение

Подключение одного двигателя к Ардуино изображено на рисунке.

Сравнение модулей

Модуль L293D подает максимальный ток в 1,2А, в то время как на L298N можно добиться максимального тока в 4 А. Также L293D обладает меньшим КПД и быстро греется во время работы. При этом L293D является самой распространенной платой и стоит недорого. Плата HG7881 отличается от L293D и L298N тем, что с ее помощью можно управлять только направлением вращения, скорость менять она не может. HG7881 – самый дешевый и самый малогабаритный модуль.

Подключение L298N к Arduino

Как уже упоминалось, в первую очередь нужно проверить полярность подключенных двигателей. Двигатели, вращающиеся в различных направлениях, неудобно программировать.

Нужно присоединить источник питания. + подключается к пину 4 на плате L298N, минус (GND) – к 5 пину. Затем нужно соединить выходы с L298N и пины на Ардуино, причем некоторые из них должны поддерживать ШИМ-модуляцию. На плате Ардуино они обозначены

. Выходы с L298N IN1, IN2, IN3 и IN4 подключить к D7, D6, D5 и D4 на Ардуино соответственно. Подключение всех остальных контактов представлено на схеме.

Направление вращения задается с помощью сигналов HIGH и LOW на каждый канал. Двигатели начнут вращаться, только когда на 7 пине для первого мотора и на 12 пине для второго на L298N будет сигнал HIGH. Подача LOW останавливает вращение. Чтобы управлять скоростью, используются ШИМ-сигналы.

Для управления шаговым двигателем в Arduino IDE существует стандартная библиотека Stepper library. Чтобы проверить работоспособность собранной схемы, можно загрузить тестовый пример stepper_oneRevolution. При правильной сборке вал двигателя начнет вращаться.

При работе с моторами Ардуино может периодически перезагружаться. Это возникает из-за того, что двигателям требуются большие токи при старте и в момент торможения. Для решения этой проблемы в плату встроены конденсаторы, диоды и другие схемы. Также для этих целей на шидле имеется раздельное питание.

Высокоэффективные драйверы для управления электродвигателями

Электродвигатели играют очень важную роль в промышленности. Они используются в вентиляторах, насосах и других электрических машинах в самых разных областях производства. Традиционный AC-двигатель переменного тока, появившийся более ста лет назад, является самыми простым типом электродвигателя, однако его недостатком является высокий уровень потерь. Кроме двигателей переменного тока, существуют и DC-двигатели постоянного тока, которые также широко используются в различных промышленных приложениях. Для управления скоростью вращения DC-двигателя обычно используют модуляцию напряжения питания. Такое управление позволяет сэкономить значительный объем энергии, поскольку двигатель потребляет ровно столько, сколько требуется в данный момент времени.

Особенности электроприводов

Электродвигатель по своей сути является преобразователем, который трансформирует электрическую энергию в механическую. При этом преобразование является двунаправленным, другими словами возможно преобразование механической энергии в электрическую. Машины, выполняющие преобразование механической энергии в электрическую, называют генераторами. Концептуально, а зачастую и практически, генератор и электродвигатель – это одно и то же. Двигатель всегда состоит из двух частей: неподвижной (статор) и подвижной (ротор). Существуют различные типы двигателей, отличающиеся друг от друга способом генерации магнитного поля:

  • Двигатели постоянного тока (DC-двигатели): в них статическое поле создается магнитами или обмотками в статоре. DC-двигатели представлены в широком диапазоне напряжений, самые популярные из них 12 В и 24 В.
  • Двигатели переменного тока (AC-двигатели): в них динамическое поле формируется взаимодействием между полями, создаваемыми токами статора и ротора. Вращение ротора синхронизировано с частотой питающего тока (синхронный двигатель переменного тока).
  • Бесколлекторные двигатели: в них статическое поле создается вращающимися магнитами, которые закреплены на роторе.

В двигателях постоянного тока генерация магнитного поля осуществляется статором. В двигателях малой мощности магниты могут быть постоянными (например, ферритами). В двигателях средней и большой мощности поле генерируется дополнительными обмотками. Мощность подается на ротор с помощью коллекторно-щеточного узла, который состоит из коллектора (контакты, закрепленные на роторе) и щеток (подпружиненные контакты, расположенные на неподвижной части двигателя). Из-за механического воздействия щетки коллектор с течением времени изнашиваются. Тем не менее, современные коллекторы и щетки отличаются высокой надежностью и длительным сроком службы. Скорость DC-двигатели регулируется за счет изменения постоянного напряжения, приложенного к обмотке якоря. В зависимости от мощности и особенностей конкретного приложения для изменения напряжения используют полумостовые и мостовые схемы, управляемые ШИМ-сигналом.

Двигатели постоянного тока также широко используются в сервоприводах, где важны скорость и точность. Для обеспечения требуемой точности и скорости обычно применяют микропроцессорное управление с обратной связью, при этом процессор должен получать точную информацию о положении ротора. В частности, для контроля положения ротора может использоваться датчик Холла MAX9921 от компании Maxim Integrated. Датчик Холла – это датчик, выходное напряжение которого изменяется в соответствии с изменением магнитного поля. Сам датчик состоит из герметичного чувствительного элемента со встроенным магнитом, который обнаруживает изменение потока магнитного поля при приближении и удалении объектов из ферромагнитных материалов.

Читать еще:  Что такое полюсность двигателей

Датчики Холла идеально работают в широком диапазоне частот от 0 Гц до нескольких кГц. Их часто используют в качестве датчиков приближения, датчиков положения, датчиков скорости и тока. В отличие от механических энкодеров, датчики Холла являются более долговечным решением, так как не имеют проблем, связанных с механическим износом.

Бесколлекторный двигатель постоянного тока (BLDC-двигатель) представляет собой электродвигатель постоянного тока, состоящий из ротора с постоянными магнитами и статора, формирующего «скользящее» магнитное поле. Очевидно, что в такой системе, в отличие от щеточного двигателя, не требуются коллектор и щетки. С одной стороны это снижает потери на механическое трение и существенно уменьшает вероятность искрения, а с другой стороны значительное упрощает техническое обслуживание электродвигателя.

Схожую конструкцию имеют шаговые двигатели. В них, в отличие от BLDC-двигателей, питание циклически подается на различные электромагниты для вращения или достижения заданного положения вала. В бесколлекторным двигателе ротор не имеет обмоток и вместо них используются постоянные магниты, тогда как магнитное поле, создаваемое обмотками на статоре, является переменным.

При наличии постоянного напряжения питания, для обеспечения вращения магнитного поля, необходима специальная электронная схема, состоящая из блока силовых транзисторов, управляемых микроконтроллером. Транзисторы коммутируют ток, тем самым обеспечивая вращение магнитного поля.

Чтобы определить требуемую ориентацию магнитного поля, микроконтроллер должен знать положение ротора относительно статора. Для этого обычно используют датчики Холла. КПД BLDC-двигателей в среднем выше, чем у асинхронных двигателей постоянного тока (рис. 1).

Рис. 1. Блок-схема управления бексоллекторным двигателем

BLDC-двигатели являются синхронными двигателями. Это означает, что магнитное поле, создаваемое ротором и статором, имеет одинаковую частоту. BLDC-двигатели подразделяются на три категории: однофазные, двухфазные и трехфазные. Количество фаз соответствует количеству обмоток на статоре.

Драйверы электродвигателей

Драйверы электродвигателей используются в широком спектре промышленных и бытовых приложений, в частности, в электронных приборах и различной компьютерной периферии. В каждом конкретном приложении к драйверам предъявляют различные требования. Это касается не только уровня мощности, но и многих других характеристик и функций, например, функции управления скоростью или усилием. Для работы с BLDC-двигателями и шаговыми двигателями можно использовать готовые драйверы, представленные на рынке.

BLDC-двигатели применяются в автоматизации и робототехнике. Их принцип действия основан на взаимодействии двух магнитных полей, которые притягиваясь и отталкиваясь, приводят к вращению двигателя. Шаговые двигатели широко используются в прецизионных приложениях и требуют подачи управляющих импульсов. Серводвигатель представляет собой электромеханическую систему, объединяющую механическую часть и электронику.

Микросхемы драйверов

Разработчики вынуждены постоянно повышать эффективность своих изделий, чтобы обеспечить им конкурентные преимущества на рынке. Роста эффективности можно достичь, например, за счет общего снижения энергопотребления и оптимизации системы отвода тепла. Основная функция системы управления заключается в своевременной и эффективной коммутации обмоток электродвигателя. Коммутации обмоток осуществляются в соответствии с алгоритмами, выполняемыми микроконтроллерами или процессорами. Эти алгоритмы, как правило, очень сложны, поскольку они должны эффективно работать при различных уровнях нагрузки двигателя.

Для упрощения структуры электропривода разработчикам предлагается использовать готовые интегральные решения, которые объединяют МОП-транзисторы и малопотребляющую систему управления со сверхнизким энергопотреблением и различными встроенными функциями, например, функцией контроля тока, защитой от перенапряжений, коротких замыканий и перегрева, а также с функциями диагностики неисправностей.

Драйвер моста MAX14871 предназначен для маломощных приложений с напряжениями питания от 4,5 В до 36 В. Этот драйвер отличается низким потреблением и минимальным числом внешних компонентов. Интегрированная схема управления током имеет три режима регулировки и требует всего нескольких внешних компонентов (рис. 2).

Рис. 2. Блок-схема и схема приложения для MAX14871

Учитывая ужесточение требований к энергосбережению и уменьшению уровня шума, BLDC-двигатели становятся все более востребованными в широком спектре приложений. Для повышения эффективности контроллеры Toshiba используют технологию InPAC (Intelligent Phase Control). Контроллеры с технологией InPAC измеряют разность фаз между током и напряжением и формируют сигнал обратной связи для системы управления электродвигателем для последующего выполнения автоматической регулировки фазы.

Интегральные драйверы Toshiba TC78B0 предназначены для управления скоростью вращения двигателя с помощью ШИМ-сигналов. Эти устройства имеют в своем составе трехфазный драйвер, генератор ШИМ-сигналов, схему защиты от перегрузки по току и схему защиты от перегрева.

Драйвер TC78B015FTG работает с диапазоном питающих напряжений от 6 до 22 В, а драйвер TC78B015AFTG работает с напряжениями питания от 6 до 30 В. Оба устройства обеспечивают выходные токи до 3 А и способны работать с датчиками Холла. Драйверы имеют различные защитные функции, в том числе отключение при перегреве, обнаружение перегрузки по току и обнаружение блокировки двигателя (рис. 3).

Рис. 3. Блок-схема TC78B015FTG

Компания ON Semiconductor предлагает свой драйвер трехфазных BLDC-двигателей STK984-090A. Этот драйвер имеет в своем составе мощные МОП-транзисторы, токоизмерительный резистор и термистор. Кроме того, драйвер имеет ряд защитных функций, в том числе защиту от перегрева, от перегрузки по току, от перенапряжения и от просадок напряжения. При использовании STK984-090A драйвер может быть реализован в виде компактной печатной платы (рис. 4).

Рис. 4. Схема включения для STK984-090A

Texas Instruments предлагает использовать драйверы DRV832x, чтобы уменьшить размеры и вес электроприводов. В этих драйверах применяется интеллектуальная архитектура, которая исключает необходимость использования множества традиционных компонентов. Драйверы DRV832x позволяют управлять током в цепи затвора, а значит и обеспечивать компромиссное и оптимальное соотношение между скоростью, эффективностью и уровнем генерируемых помех. Существуют исполнения этих драйверов со встроенными линейными стабилизаторами и встроенными токовыми датчиками (усилителями тока). Каждая опция доступна в версиях с последовательным диагностическим интерфейсом (рис. 5 и 6).

Рис. 5. Блок-схема DRV8320H

Рис. 6. Схема накачки для DRV832X

Заключение

BLDC-двигатели имеют множество преимуществ по сравнению с традиционными коллекторными двигателями. Благодаря наличию мощных магнитов, мощность BLDC-двигателей оказывается сопоставимой с мощностью коллекторных двигателей, однако их габариты существенно меньше. Грамотное проектирование системы управления является залогом высокой эффективности электропривода. Четкое определение требований в каждом конкретном приложении также является фактором обеспечения высокой эффективности. Современные микроконтроллеры и интегральные драйверы позволяют достигать требуемого уровня эффективности и обеспечивать необходимый функционал систем управления. Управление двигателями играет важную роль в различных промышленных приложениях, например, в роботизированных системах, в станках с ЧПУ и в других прецизионных системах с двигателями.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector