Mohsen Khoshnazar Homepage

Mohsen Khoshnazar Homepage
سلام به همه.
سعی می کنم تجربیات خودم رو در این وبلاگ قرار بدم تا دیگر علاقه مندان نیز بتوانند از آنها استفاده کنند.
موفق باشید:)

Telegram Channel: mohsenteq
Instagram: mohsenteq
Site: www.mteq.ir
دنبال کنندگان ۱ نفر
این وبلاگ را دنبال کنید
آخرین نظرات
شنبه, ۷ اسفند ۱۳۹۵، ۰۵:۰۲ ب.ظ

بافر جریان و راه اندازی موتور D.C

سلام به همه.

   در پست قبلی با عنوان "طراحی یک مبدل موج مربعی با قابلیت تغییر فرکانس و Duty-cycle" یک مولد پالس مربعی طراحی کردیم. در این پست قصد دارم با استفاده از این مولد پالس یک موتور D.C کوچک را راه اندازی کنم. موتوری که در اینجا من دارم یک موتور D.C گیربکس دار، 1600 دور و 12 ولت است که می تواند تا 1 آمپر به هنگام زیر بار بودن، جریان کشی کند. این موتور در شکل زیر نشان داده شده است.

   در نگاه نخست ممکن است این راه حل به ذهن خواننده خطور کند که با اتصال خروجی مولد به موتور، به راحتی می توان موتور را راه اندازی و سرعت آن را کنترل کرد. خب این روش فقط از لحاظ گفتاری درست است. موتور علاوه بر ولتاژ مطلوب، نیازمند جریان کافی نیز هست تا بتواند میدان مغناطیسی مناسب را تولید کرده و به واسطه آن روتور خود را بچرخاند. پس در اینجا یک پارامتر مهم داریم به نام جریان که براساس نوع موتور، اندازه، توان و گشتاور موتور، می تواند مقادیر متفاوتی داشته باشد.

   متاسفانه مدارهای دیجیتالی مانند میکروکنترلرها و یا مولد پالسی که در پست قبلی طراحی کرده بودیم، توانایی تولید جریان مورد نیاز موتور را ندارند؛ مثلاً یک میکروکنترل ATMEGA ماکزیمم می تواند 40mA جریان به پایه های خروجی خود بدهد . یا یک تایمر 555، ماکزیمم 140mA جریان در پایه خروجی خودش تولید می کند. به همین علت نمی تواند مستقیم یک موتور ساده را با آنها راه اندازی کرد. به همین دلیل به مدارهای واسطه ای نیازمندیم که بتوانند جریان مورد نیاز موتور را تامین کنند. به این مدارات واسطه اصطلاحاً "بافر جریان" گفته می شود. ساده ترین بافر جریان، یک ترانزیستور یا ماسفت قدرت است. شکل زیر این روش را نشان می دهد.

   در این حالت موتور بین ولتاژ باس و درین ماسفت بسته می شود و ماسفت توسط PWM که به گیتش اعمال شده است کنترل می شود و مانند یک کلید عمل می کند که نهایتاً موجب راه اندازی و کنترل سرعت موتور می شود. حالت پیچیده تر این روش استفاده از دو ماسفت و یا چهار ماسفت است که به ترتیب به نام های Half-Bridge و H-Bridge شناخته می شود. شکل زیر این دو مدار را نشان می دهد.

   البته در حالت Half-Bridge اگر بخواهیم موتور در هر دو جهت بتواند چرخش کند نیازمند یک ولتاژ باس منفی نیز هستیم. تمامی این مدارات قابل استفاده و صحیح هستند. حتی در بیشتر درایورهای سطح متوسط امروزی نیز هنوز از این تکنیک ها به عنوان بافر جریان استفاده می شود. بنایراین از ترانزیستور یا ماسفت های قدرت به عنوان بافری برای عبور جریان مورد نیاز موتور که توسط یک PWM کنترل می شود استفاده کردیم. هرچه موتور قوی تر باشد به ماسفت های قدرتمندتری برای عبور جریان نیازمندیم. نکته ای که باید در طراحی بافر جریان به آن اهمیت بدهیم، روشن و خاموش کردن ماسفت ها توسط PWM است. درون گیت ماسفت یک خازن وجود دارد که هنگامی که این خازن شارز می شود، ماسفت روش و هنگامی که خازن دشارژ می شود، ماسفت خاموش می شود. بنابراین خود ماسفت ها نیز به یک جریان کمی برای روشن و خاموش شدن احتیاج دارند. که با بزرگتر و قوی تر شدن ماسفت ها این جریان نیز افزایش می یابد. بنابراین در برخی مواقع PWM تولید شده توسط میکرو یا تایمر 555 نیز نمی توانند ماسفت ها را روشن کنند چه برسد به روشن کردن موتور. به همین علت به یک طبقه دیگر بافر جریان احتیاج داریم تا خود ماسفت ها را راه اندازی کنیم (این موضوع تحت عنوان درایور گیت ماسفت و IGBT مطرح می شود که بعدها به آن خواهم پرداخت). اما این طبقه نسبت به طبقه قبلی دارای جریان کمتر و ماسفت های ضعیف تری است. شکل زیر یک Half-Bridge را بر همین اساس نشان می دهد.

   در شکل بالا دو طبقه بافر جریان وجود دارد که به مجموعه Q1 و Q2 بافر جریان قوی و به مجموعه Q3 و Q4 بافر جریان ضعیف گفته می شود. مقاومت R1 نیز به منظور محدود کردن جریان بین دو ماسفت Q3 و Q4 استفاده می شود که من از یک مقاومت 100 اهم و 1/4 وات استفاده کردم.  شکل زیر مدار بسته شده را نشان می دهد که شامل مولد پالس مربعی به عنوان PWM، بافر جریان مطابق شکل بالا و موتور مورد نظر است.

   این مدار به هنگام تست به درستی کار کرد و تنها ماسفت هایی که مستقیم به موتور متصل بودند جریان قابل توجهی (در حدود 300mA) از خود عبور می دادند و بقیه مدار جریانی به آن صورت مصرف نمی کرد. در پست بعدی تصمیم دارم با استفاده از این بافر جریان، یک لول شیفتر (Level Shifter) به منظور روشن و خاموش کردن ماسفت های قدرت و یا IGBT طراحی کنم.

   موفق باشید.

نظرات (۱)

سلام
وافعا ممنون و خسته نباشید.
من متاسفانه به درستی متوجه عملکرد شماتیک آخر نمی شوم.
زمانی که سیگنال Low باشد، Q3 و Q4 خاموش هستند و به تبع Q1 و Q2 هم خاموش هستند. و موتور خاموش است.
اما وقتی سیگنال high شود (5v) آنوقت Q4 روشن می شود و ولتاژ D آن تقریباً مساوی ولتاژ S آن یعنی صفر خواهد بود. که این باعث می شود Q1 همچنان خاموش بماند. در لحظه اولی که Q4 روشن می شود از آنجا که هنوز جریانی از مقاومت نمی گذرد ولتاژ سورس Q3 هم برابر با ولتاژ دین Q4 یعنی تقریباً صفر خواهد بود. در نتیجه چون سیگنال high است Q3 هم روشن می شود. اما پس از روشن شدن Q3 ولتاژ سورس آن تقریباً برابر با ولتاژ درین آن خواهد بود یعنی ولتاژ سورس آن تقریباً 12 ولت خواهد بود که بیشتر از ولتاژ گیت آن (که معادل سیگنال یعنی 5ولت است) می شود. یعنی Q3 مجدداً خاموش می شود و در ادامه Q2 خاموش می شود و در نتیجه در حالت سیگنال high نیز موتور خاموش خواهد بود.
پاسخ:
باسلام
دوست عزیز اگر بخواهید موتور در هر دو جهت بچرخه باید زمینی که سورس Q1 به اون وصل شده را به ولتاژ منفی وصل کنید. همچنین باید سیگنال ورودی رو اصلاح کنید. همچین به نوع ماسفت ها توجه کنید (P و N). از طرفی ماسفت های نوع  با ولتاژ صفر روشن نمی شوند بلکه با اختلاف ولتاژی منفی نسبت به سورس روشن میشوند.

حالا اگر بخواهیم موتور ساعت گرد بچرخه:
**مثلاً سیگنال بین (0 و 5 ولت) باشد:
__در صورتی که high شود، Q4 روشن و Q3 خاموش می شوند.  به دنبال روشن شدن Q4، ماسفت Q2 نیز روشن می شود. و موتورمثلاً ساعت گرد می چرخد.
__در صورتی که سیگنال low شود، Q4 و Q3 هر دو خاموش و در نتیجه جریانی به موتور نمی رسد. اما موتور همچنان به خاطر اینرسی به حرکت ساعت گرد خود ادامه می دهد تا مجدداً سیگنال high شود.

حالا بخویم موتور پاد ساعت گرد بچرخه:
**مثلاً سیگنال بین (0و 5- ولت) باشد:
__در صورتی که low شود (یعنی 5- ولت باشد)، Q3 روشن و Q4 خاموش می شوند.  به دنبال روشن شدن Q3، ماسفت Q1 نیز روشن می شود. و موتورمثلاً پاد ساعت گرد می چرخد (سورس Q1 باید به ولتاژ منفی وصل شده باشد).
__در صورتی که سیگنال lhigh شود (0 ولت شود)، Q4 و Q3 هر دو خاموش و در نتیجه جریانی به موتور نمی رسد. اما موتور همچنان به خاطر اینرسی به حرکت پاد ساعت گرد خود ادامه می دهد تا مجدداً سیگنال high شود.

توصیه می کنم توی پروتئوس شبیه سازی کنید.
موفق باشید.
**

ارسال نظر

ارسال نظر آزاد است، اما اگر قبلا در بیان ثبت نام کرده اید می توانید ابتدا وارد شوید.
شما میتوانید از این تگهای html استفاده کنید:
<b> یا <strong>، <em> یا <i>، <u>، <strike> یا <s>، <sup>، <sub>، <blockquote>، <code>، <pre>، <hr>، <br>، <p>، <a href="" title="">، <span style="">، <div align="">
تجدید کد امنیتی