تعریف مدار واسط خروجی موتور

مدار واسط خروجی موتور:
تا این قسمت دیدیم که می توان هم از ترانزیستور پیوند دوقطبی و هم از ماسفت به عنوان بخشی از یک مدار واسط خروجی برای کنترل بازه وسیعی از مدارات استفاده کرد.

یکی از متداول ترین ادوات خروجی موتور DC است که حرکت دورانی ایجاد می کند.

راه های مختلفی برای ارتباط موتورها و موتورهای پله ای با میکروکنترلرها و مدارات دیجیتالی با استفاده از یک ترانزیستور، یک زوج دارلینگتون و یا ماسفت قدرت وجود دارد.

اما مشکلی که وجود دارد این است که موتورها ادوات الکترومکانیکی هستند که از میدان مغناطیسی، جاروبک و سیم پیچ استفاده می کنند و حرکت دورانی را به وجود می آورند و به همین دلیل است که اکثر انواع موتورها نویز بالا و جرقه و پیک ولتاژ (Voltage Spike) ایجاد می کنند که در نهایت به کلید ترانزیستوری آسیب می رساند.

نویزهای الکتریکی تولید شده توسط موتور و نیز اضافه ولتاژ را می توان توسط اتصال یک دیود هرزگرد و یا یک خازن سرکوب غیرقطبی (Non-polarised Suppression Capacitor) در طول ترمینال های موتور کاهش داد.

اما یک راه ساده برای جلوگیری از تأثیر نویز الکتریکی و نیز ولتاژ معکوس روی کلید ترانزیستوری نیمه هادی و یا پورت های خروجی میکرو کنترلر، استفاده از منابع توان جداگانه برای کنترل موتور از طریق یک رله مناسب است.

دیاگرام مدار واسط خروجی متداول برای اتصال یک رله الکترومکانیکی و یک موتور DC در شکل زیر نشان داده شده است.

ترانزیستور NPN در مدار بالا به عنوان کلید خاموش و روشن و برای فراهم کردن جریان مطلوب برای سیم پیچ رله مورد استفاده قرار می گیرد.

دیود هرزگرد، مشابه در مدار بالا، به این دلیل مورد نیاز است که جریان گذرا از سیم پیچ القایی هنگام قطع انرژی، نمی تواند به صورت آنی صفر شود.

زمانی که جریان ورودی به بیس در سطح High تنظیم شود، ترانزیستور روشن می شود. در این حالت جریان درون سیم پیچ های رله جاری می شود و اتصالات آن بسته و موتور را درایو می کنند.

زمانی که ورودی ها به بیس ترانزیستور در سطح Low قرار داشته باشند، ترانزیستور خاموش می شود و موتور از حرکت باز می ایستد. در این حالت، اتصالات رله باز هستند.

هر نوع نیروی ضد محرکه القایی که در اثر غیرفعال کردن سیم پیچ به وجود بیاید، از دیود هرزگرد عبور می کند و به آهستگی به صفر کاهش می یابد و از آسیب دیدن ترانزیستور جلوگیری می کند.

با این حال ترانزیستور یا ماسفت ایزوله شده است و در مقابل هرگونه نویز و یا پیک ولتاژ تولید شده توسط عملکرد موتور ایمن محسوب می شود.

بنابراین دیدیم که یک موتور DC را با استفاده از اتصال یک جفت رله بین موتور و منبع تغذیه خاموش و روشن کرد.

اما اگر بخواهیم موتور در هر دو جهت چرخش کند، باید به چه صورت عمل کنیم؟ چرخش دوجهته موتور برای کاربردهای رباتیکی و سایر پروژه های مکاترونیکی بسیار مورد استفاده قرار می گیرد.

موتور را با استفاده از دو رله مطابق شکل زیر می توان کنترل کرد.

جهت چرخش موتور DC را در مدار تصویر بالا می توان به سادگی با استفاده از تغییر پلاریته منبع تغذیه، برعکس کرد. با استفاده از 2 کلید ترانزیستوری، می توان جهت چرخش موتور را با استفاده از دو رله کنترل کرد.

در این حالت باید هر رله را به یک کلید تک پل تک زبانه (SPDT) متصل کرد تا توان از منبع تغذیه را به موتور قطع و وصل کنند. در هر لحظه فقط یکی از ترانزیستورها عمل می کند و در نتیجه موتور را در هر دو جهت ساعتگرد و پادساعتگرد می توان به چرخش در آورد.

اگرچه مدار واسط خروجی موتور با استفاده از رله به ما اجازه می دهد که موتورها را راه اندازی و متوقف کنیم و نیز جهت چرخش در آن ها را کنترل کنیم، اما مشکلی که وجود دارد این است که نمی توان سرعت چرخش موتور را کنترل کرد؛ زیرا اتصالات رله به صورت پیوسته باز و بسته می شوند.

می دانیم که سرعت چرخش در یک موتور DC متناسب با مقدار ولتاژ منبع تغذیه اعمالی به ترمینال های موتور است.

بنابراین سرعت چرخش این نوع از موتورها را می توان یا از طریق کنترل مقدار متوسط ولتاژ منبع تغذیه و یا از طریق اعمال مدولاسیون پهنای پالس (PWM) کنترل کرد.

در مدولاسیون پهنای پالس، نسبت نشانه به فضا (Mark-Space Ratio) ولتاژ منبع تغذیه، از حدود 5 درصد تا 95 درصد تغییر می کند و بسیاری از کنترل کننده های پل H موتور از این روش استفاده می کنند.