2つの単純な双方向モーターコントローラー回路の調査

接続されたモーターが交互の入力トリガーを介して時計回りと反時計回りの方向に動作できるようにする回路は、双方向コントローラー回路と呼ばれます。

以下の最初の設計では、ICLM324の4つのオペアンプを使用したフルブリッジまたはHブリッジベースの双方向モーターコントローラー回路について説明します。 2番目の記事では、IC556を使用した高トルク双方向モーターコントローラー回路について学習します。

前書き

一般的に、 メカニカルスイッチ DCモーターの回転方向を調整することに慣れています。使用電圧とモーターの極性を調整すると逆方向に回転します！

これには、電圧の極性を変更するためにDPDTスイッチを追加する必要があるという欠点があるかもしれませんが、手順を非常に簡単にするスイッチのみを扱っています。

ただし、DPDTには重大な問題が1つある可能性があります。回転動作中に、DCモーターの電圧を急激に反転させることはお勧めしません。これにより、電流スパイクが発生し、関連する速度コントローラーが焼損する可能性があります。

さらに、あらゆる種類の機械的ストレスも同様の問題を引き起こす可能性があります。この回路はこれらの複雑さを簡単に打ち負かします。方向と速度は、単独のポテンショメータを使用して操作します。ポットを指定の方向に回転させると、モーターが回転し始めます。

ポットを反対方向に切り替えると、モーターが逆方向に回転します。ポットの中央の位置でモーターがオフになり、モーターが最初に減速してから停止してから、方向を変更しようとします。

技術仕様

電圧： 回路とモーターは共通の電源を利用しています。これは、の最高動作電圧が LM324 は32VDCで、これは同様にモーターを操作するためにアクセス可能な最大電圧になります。

電流： IRFZ44 MOSFETは49A用に設計されており、IRF4905は74Aを処理できます。それにもかかわらず、MOSFETピンからネジ留め式端子台まで延びるPCBトラックは、約5Aを管理できます。これは、PCBトラック上に銅線片をはんだ付けすることで改善できます。

その場合、MOSFETが熱くなりすぎないように注意してください。熱くなりすぎると、これらのデバイスに大きなヒートシンクを取り付ける必要があります。

LM324のピン配列

LM324を使用したDCモーターの双方向制御

基本的に、あなたは3つの方法を見つけるでしょう DCモーターの速度を調整します ：

1.1。 機械化された歯車を使用して理想的な加速を達成することにより： このアプローチは、多くの場合、ホームワークショップで練習している大多数の愛好家の利便性を超えています。

二。 直列抵抗を介してモーター電圧を下げる。 これは確かに非効率的であり（電力は抵抗で消費されます）、トルクの低下にもつながります。

モーターの負荷が大きくなると、モーターが消費する電流も大きくなります。電流が増加すると、直列抵抗での電圧降下が大きくなり、モーターの電圧降下が大きくなります。

次に、モーターはさらに多くの電流を引き込むように努力し、モーターを停止させます。

3.3。 短いパルスでモーターに全供給電圧を印加することにより： このメソッドは、シリーズドロップ効果を取り除きます。これはパルス幅変調（PWM）と呼ばれ、この回路に見られる戦略です。速いパルスはモーターがゆっくりと伸びるパルスを作動させることを可能にし、モーターがより速く動くことを可能にします。

機能（回路図を参照）

回路は4つの段階に分けることができます：

1.モーター制御-IC1：A
2.三角波発生器– IC1：B
3.電圧コンパレータ– IC1：CおよびD
4.モータードライブ– Q3-6

MOSFET Q3-6を中心に、モータードライバーステージから始めましょう。これらのMOSFETのいくつかだけが、いつでもアクティブ状態のままです。 Q3とQ6がオンの間、電流がモーターを流れ、モーターを一方向に回転させます。

Q4とQ5が動作状態になるとすぐに、電流循環が逆になり、モーターが反対方向に回転し始めます。 IC1：CおよびIC1：Dは、どのMOSFETがオンになるかを処理します。

Opamps IC1：CおよびIC1：Dは電圧コンパレータとして配線されています。これらのオペアンプの基準電圧は、R6、R7、およびR8の抵抗分圧器によって生成されます。

IC1：Dの基準電圧は「+」入力に接続されていますが、IC1：Cの基準電圧は「-」入力に結合されていることに注意してください。

これは、IC1：Dがその基準よりも高い電圧でアクティブ化されるのに対し、IC1：Cはその基準よりも低い電圧でプロンプトが出されることを意味します。オペアンプIC1：Bは三角波発生器として構成され、関連する電圧コンパレータに起動信号を供給します。

周波数は、使用した値のR5とC1の時定数のほぼ逆数–270Hzです。

R5またはC1を下げると周波数が上がり、どちらかを上げると周波数が下がります。三角波のピークツーピーク出力レベルは、2つの電圧リファレンス間の差よりもはるかに小さくなります。

したがって、両方のコンパレータを同時にアクティブにすることは非常に困難です。そうしないと、4つのMOSFETがすべて導通し始め、短絡が発生してすべてが台無しになります。

三角波は、DCオフセット電圧を中心に構成されています。オフセット電圧を増減すると、三角波のパルス位置が適切に変化します。

三角波を上に切り替えると、コンパレータIC1：Dがアクティブになり、減少すると、コンパレータIC1：Cがアクティブになります。三角波の電圧レベルが2つの電圧リファレンスの中央にある場合、コンパレータは誘導されません。DCオフセット電圧は、電圧フォロワとして設計されたIC1：Aを介してポテンショメータP1によって調整されます。

これにより、出力インピーダンス電圧源が低くなり、DCオフセット電圧がIC1：Bの負荷の影響を受けにくくなります。

「ポット」が切り替わると、DCオフセット電圧は、ポットが反転する方向に基づいて上下に変化し始めます。ダイオードD3は、コントローラーに逆極性の保護手段を提供します。

抵抗R15とコンデンサC2は単純なローパスフィルタです。これは、MOSFETがモーターへの供給電源をオンにするときにMOSFETによって引き起こされる電圧スパイクをクリーンアップすることを目的としています。

パーツリスト

2）IC556を使用した双方向モーター制御

DCモーターの速度と双方向制御は、実装が比較的簡単です。独立して通電されるモーターの場合、速度は原則として供給電圧の線形関数です。永久磁石を備えたモーターは、独立して通電されるモーターのサブカテゴリであり、おもちゃやモデルでよく使用されます。

この回路では、モーターの供給電圧はパルス幅変調（PWM）によって変化します。これにより、低モーター速度での効率と比較的高いトルクが保証されます。 0〜 + 10 Vの単一の制御電圧により、モーター速度を逆にして、両方向でゼロから最大まで変化させることができます。

非安定マルチバイブレータICは80Hz発振器として設定され、PWM信号の周波数を決定します。電流源T1はCaを充電します。このコンデンサの両端ののこぎり波電圧は、PWM信号をバッファN1-NaまたはNPN1に出力する1C2の制御電圧と比較されます。ダーリントンベースのモータードライバーは、慣らし運転電流が5アンペア未満であり、パワートランジスタT1〜Tに十分な冷却が提供されている場合、最大4アンペアの負荷を駆動できるブリッジ回路です。ダイオードD1、D5は、モーターからの誘導サージに対する保護を提供します。スイッチS1により、モーターの方向を瞬時に反転させることができます。

プロトタイプ画像