Motor sürme konusu gün geçtikçe daha ilgi çeker hale geliyor. Bu konuda epeyce yayınım oldu. Yayınlardan bazılarında adım motoru sürmeyi ele almış da olsam, endüktif yüklerin sürülmesi, akım sınırlaması uygulanması açısından söylenenler tüm motor tipleri için geçerli.
Bu yayında daha önce “PID kontrol altında DC motor sürmek” başlıklı yayınımı/uygulamamı geliştirecek şekilde akım sınırlamasını işin içine nasıl sokacağımızı anlatacağım. Bunu ST Microelectronics’in L298 sürücüsünü L6506 akım sınırlayıcısı ile birlikte kullanarak yapıyorum.
Aşağıdaki yayına göz atılmasını da öneririm, bu yayınla ortak noktalar çok da olsa orada daha iyi anlattığım şeyler bulabilirsiniz.
Akım sınırlaması altında step motor sürmek
AKIM SINIRLAMASINA NEDEN GEREK VAR ?
DC motor hızını ve gücünü besleme geriliminin ortalamasını PWM ile değiştirerek kontrol edebiliyoruz. Nitekim PID Kontrol altında DC Motor sürme projemde de böyle yapmıştım. L298 in EN girişine verdiğimiz PWM sinyali ile motora giden akımı kesip serbest bırakıyorduk.
Bu durumda, PWM sinyalinin aktif bölümünde EN = “1” yaparak akımı serbest bıraktığımızda motor akımını belirleyip sınırlayan etkenler şunlar:
- motorun sargı endüktansı,
- sargı direnci,
- bobinlerde ters yönde endüklenen gerilim
- besleme gerilimi
Normalde motor dönerken bunların ilk üçü bizim kontrolumuz altında olmasa da akan akımı sınırlıyor. Ama motor aşırı yük, sıkışma, sürtünme vb. nedenlerle dönemiyorsa ya da yavaş dönüyorsa bu etkenlerden sadece ikincisi, sargı direnci devrede kalıyor. Bir kaç ohmlar mertebesindeki sargı direncinin sınırlamasına kaldığımızda bobinden çok yüksek akımlar akacaktır. Örneğin, sargı direnci 2 Ohm olan bir motoru 12V besleme ile sürmek istiyorsak motor hareketsiz iken akan akım 6 Amper olacaktır. Bunlar motorun ısınarak yanmasına, sigortaların atmasına yol açabilecek seviyede yüksek akımlar.
Öte yandan durağan konumdaki bu akımı sınırlamak için besleme gerilimini küçük tutarsak bu defa da motor dönerken istediğimiz gücü elde edemeyebiliriz.
Bir başka deyişle, motora uyguladığımız gerilimi PWM ile ayarlamak bobin akımını da kontrol altında tuttuğumuz anlamına gelmiyor.
Bu nedenle besleme gerilimini motordan beklediğimiz hızı ve gücü elde edecek şekilde özgürce seçerken, aynı zamanda akımı da istediğimiz gibi kontrol altında tutmak isteriz.
L298 İLE DC MOTOR SÜRMEK
ST Microelectronics in L298 data sheetinde DC motor sürmek için aşağıdaki uygulama öneriliyor:
Burada L298 H köprüsünün yarısı kullanılıyor. Biz daha yüksek akımlarla çalışabilmek için yine ST Microelectronics’in önerdiği gibi L298 in iki yarısını paralel bağlayarak kullanacağız.
L6506 AKIM SINIRLAYICI İLE ÇALIŞMAK
L6506 akım sınırlaması uygulamak üzere geliştirilmiş bir tümdevre. Aşağıdaki şema adım motorlarının sürülmesi için verilmiş ama biz bunu tek DC motor sürmek üzere yukarıdaki şemaya uygun olarak değiştirerek kullanacağız. Nihai devre şemasını ilerdeki paragraflarda vereceğim.
PWM’in aktif olduğu aralıklarda bobin akımları “RSENSE” dirençlerinden akarak L6506 ya akım geri beslemesi veriyor.
Bu durumda L6506/L298 çifti aşağıdaki gibi bir karşılaştırma devresi oluşturuyor:
Buradaki RS flip-flop, osilatör ve komparator L6506 nın içinde yer alıyor.
Akan akımın sense direnci üzerinde oluşturduğu oluşturduğu gerilim, Vref referans gerilimini aştığında flip flop resetlenerek L6506 çıkışlarını “0” yapıyor, L298 in motora uyguladığı gerilimi kesiyor. Flipflop bir sonraki osilatör periyodunda tekrar set edilene kadar da öyle kalıyor. Osilatör frekansını L6506 ya bağladığımız bir direnç/kondansatör çifti ile yaklaşık 20KHz e ayarlıyoruz.
Vref karşılaştırma gerilimini de L6506 nın bu girişine (17/16 nolu pinler) bir gerilim bölücü üzerinden uyguluyoruz. Rsense direnci 0.5 Ohm seçilirse, 3A aktığında uçlarındaki gerilim 1.5V oluyor.
L6506/L298 lojik besleme gerilimi 5V olduğundan 22K/10K gerilim bölücüsü 1.56 V karşılaştırma gerilimi verir, bu da hedeflediğimiz 3A akım sınır değeri için uygun düşüyor. Başka akım sınırlama seviyeleri için bu değerler değiştirilebilir.
AKIM SINIRLAMASINDA MİKRO DENETLEYİCİNİN ROLÜ
Yukarıda anlattığımız akım sınırlama işleminde mikro denetleyicinin hiçbir görevi olmadığını görebiliyoruz, bu işi L6506/L298 çifti yapıyor.
Mikrodenetleyici daha önce olduğu gibi L298’in EN uçlarına bağlı olarak PWM uygulamaya devam ediyor, bu arada motor hızını ölçüyor, kullanıcıdan potansiyometre ile gelen hız değerlerini alıp bunu PWM oranlarına yansıtıyor, işi başından aşkın zaten.
UYGULAMA DEVRESİ
SO kılıflı L6506 ile power pack L298 kullanarak tasarladığım devrenin şeması ve kurduğum devre fotolarını aşağıda veriyorum. Eğer L298 EN girişlerine birşey uygulamazsanız mikro denetleyici de olmadan sürekli olarak sınırlanmış akım ile sürülen bir motorunuz oluyor, pek çok uygulama için bu yeterli olabiliyor.
Hız kontrolu isteniyorsa Mikrodenetleyici PWM çıkışını L298 EN girişlerine bağlayarak çalıştırabilirsiniz.
L6506/L298 Akım sınırlamalı SÜRÜCÜ NİHAİ TASARIM
SONUÇ
Bu uygulamayı neredeyse her DC motor projemde duyduğum gereksinim üzerinde geliştirdim. Besleme gerilimi 5 V dahi olsa motora gelen küçük bir zorlama dahi sigortaların atmasına yol açıyordu. Sigortaları büyütmek ya da besleme gerilimini daha da düşürmek zaten söz konusu değil.
Sonuç gayet tatminkar, bu çözüm bazı profesyonel uygulamalarda da başarı ile çalışmayı sürdürüyor.
Belki tatil sonrasında eve dönünce osiloskopdan alacağım akım/gerilim dalga şekillerini de bu yayına ekleyip güncellerim.