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Come scegliere i Driver per motori.
Cos'è un Driver?
I Driver sono dei dispositivi che permettono di pilotarequalsiasi tipo di motore, in questo articolo vedremo alcuni driver per motori in DC come stepper e motori a spazzole.
I driver più comuni sono dei circuiti integrati che al loro interno contengono uno o più ponti H, ma non sempre avremo bisogno di un circuito integrato potremo anche costruirci un ponte H con dei mosfet (scelta consigliata) o dei Bjt.
Modalità di pilotaggio di motori DC con Mosfet con componenti elettronici.
- Pilotaggio con un mosfet nel primo quadrante
Nel primo quadrante significa che il motore dc potrà andare in una sola direzione, il circuito è quello in figura (l'induttanza rappresenta il modello ideale di un motore).
Possiamo immaginare il mosfet come un interruttore, aprendolo e chiudendolo con segnali PWM, alimentiamo il motore a intervalli. Questo ci permette di regolare la velocità del motore ma non la direzione. Il diodo in parallelo al motore è un diodo veloce di protezione. Se il mosfet è spento il motore non funzionerà, mentre un PWM al 100% farà girare il motore al massimo della velocità.
La fcem (forza controelettromotrice) del motore = kFn, dove la F è il flusso del motore che si suppone costante, mentre la coppia del motore C=kFI dove la I è la corrente che scorre nel motore. k invece è una costante che racchiude le caratteristiche fisiche intrinseche del motore.
Diciamo quindi che il motore è pilotato nel primo quadrante perchè in un grafico con la coppia sulle ordinate e la Velocità sulle ascisse vedremo che il motore pilotato a questo modo si troverà soltanto nel primo quadrante. Infatti il motore potrà soltanto funzionare con una velocità positiva e una coppia positiva. Una coppia negativa rappresenta un freno, durante il freno la fcem del motore sarà maggiore di quella di alimentazione, ma spesso le case costruttrici di motori preferiscono dissipare l'energia immagazzinata in calore. Infatti questa energia potrebbe tornare in circolo sulla rete elettrica danneggiando le batterie o i circuiti di alimentazione.
Dato che la corrente circolerà soltanto in un senso, perchè la V di alimentazione non si può invertire, allora il motore si troverà soltanto nel primo quadrante. Calcolando la caduta di tensione sul motore e la corrente che circola nel motore, si potrà calcolare la potenza del motore e variando la corrente varierà la coppia del motore.
- Pilotaggio di un motore DC a spazzole in quattro quadranti.
Pilotare in quattro quadranti un motore DC ci permetterà di invertire la velocità. Di solito si usa un ponte H completo come quello in figura:
| Stato | IN1 | IN2 |
| Avanti | 0 | 1 |
| Indietro | 1 | 0 |
| Stop | 0 | 0 |
| Non raccomandata | 1 | 1 |
Attivando a coppie i mosfet la corrente circolerà in un senso o nell'altro, potremo inoltre porre una tensone negativa al posto di GND.Con un doppio ponte H potremmo pilotare uno stepper. Durante la frenata la corrente immagazzinata dagli avvolgimenti del motore verrà scaricata a massa tramite i diodi di protezione.
A seconda dei mosfet che utilizzerete potrete dimensionare ponti H per tutte le potenze, infatti questo rappresenta il grosso vantaggio rispetto all'uso di integrati. Quando utilizziamo circuiti integrati infatti avremo dei limiti di potenza definiti dalla casa costruttrice, mentre con i ponti H progettati da noi questo problema si risolve scegliendo opportunamente i componenti.
Con i metodi sopraelencati si possono pilotare soltanto motori DC a spazzole, per pilotare uno stepper invece avrò bisogno di 2 ponti H completi.
Modalità di pilotaggio di motori DC mediante circuiti integrati.
Nella parte che segue saranno illustrati in breve una buona parte dei Driver di motori che si trovano in commercio. I driver possono contenere uno o al massimo 2 ponti H, hanno vari formati e varie potenze.
- L293 L293D
Questi due integrati sono identici, apparte il fatto che il D ha integrati i Diodi di protezione
- Prodotto da ST Microelettronics
- Doppio ponte H da 600mA
- Pwm compatibile
- Picco massimo di corrente in uscita 1.2A
- Autoprotezione dalle elevate temperature
- Alta immunità al rumore
- Vss max = 36v
- Potenza massima 54W
Si può usare questo integrato per pilotare stepper di media potenza e motori in DC.
- SN754410
- Prodotto da Texas Instruments
- Doppio ponte H da 1A
- Vmax 36v
- Pwm compatibile
- TTL e Cmos compatibile
- Uscite 3state (alto,basso, alta impedenza)
- Diodi di protezione integrati
- Potenza massima 72W
Personalmente posso dire che mi sono trovato molto bene con questo integrato ed è quello che uso più volentieri.
- 17C724
- Prodotto da Freescale Semiconductor
- Doppio H bridge da 400mA
- Vdd max 5v
- Basso consumo
- TTL e CMOS compatibile
- Pwm compatibile (200kHz)
- Dimensioni ridotte 3mmx3mm
- Diodi non integrati
- Potenza massima 2W
Il package è dei più complessi da saldare, però questo piccolissimo integrato diventa indispensabile qualora si volesse controllare dei motori stepper o DC avendo a disposizione un piccolissimo spazio.
- 3973
- Prodotto da Freescale Semiconductor
- Doppio H bridge da 1A
- Pwm compatibile
- TTL e Cmos compatibile
- Vbb max 35v
- Progettato per il microstepping
Questo integrato accetta in ingresso solo segnali pwm, particolarmente indicato se si vuol pilotare uno stepper in microstepping, quindi avere una precisione di rotazione al centesimo di grado.
- IP1M10
- Prodotto da SEME LAB
- Doppio ponte H da 100mA
- Vmax 36v
- Pwm compatibile
- TTL e Cmos compatibile
- Uscite 3state (alto,basso, alta impedenza)
- Diodi di protezione integrati
- Potenza massima 3.6W
- Spegnimento automatico se raggiunge la temperatura critica
- L298
- Prodotto da ST Microelettronics
- Doppio ponte H da 4A
- Vmax 46v
- Pwm compatibile
- TTL e Cmos compatibile
- Diodi di protezione NON integrati
- Potenza massima 184W
Questo integrato è ottimale per motori dc o stepper che hanno bisogno di elevate quantità di corrente. Il package consente di montare un grande dissipatore (scelta consigliata).
- LMD18200
- Prodotto da National Semiconductore
- Singolo ponte H da 3A
- Vmax 55v
- TTL e Cmos compatibile
- Diodi di protezione integrati
- Potenza massima 165W
- Pompa di Carico interna con possibilità di Bootstrap esterno
Questo circuito ci permette di pilotare un solo motore DC di grande potenza. Il package consente di montare un dissipatore (scelta consigliata)
- MB3863
- Prodotto da FUJITSU MICROELECTRONICS
- Singolo ponte H da 500mA
- Vmax 36v
- TTL e Cmos compatibile
- Modalità standby
- Brake function
- Diodi di protezione integrati
- Potenza massima 18W
Questo integrato ci permette di pilotare due motori con due tensioni di alimentazioni diverse.
Articolo scritto interamente da Calamaro, i dati e le immagini sono state tratte dai datasheet degli integrati.
