W każdym urządzeniu, który można nazwać robotem mamy różnego typu silniki, przeważnie to są silniki DC. Ważne jest, aby takie silniki mogły obracać się w obie strony, do tego właśnie służy mostek h.
W silnikach DC (prądu stałego) aby zmienić kierunek obrotów wystarczy zamienić polaryzacje, czyli mówiąc wprost zamienić plus z minusem. W efekcie prąd zaczyna płynąć w przeciwnym kierunku, w wyniku czego strumień magnetyczny zmienia swój kierunek, w wyniku czego wał silnika kręci się w inną stronę.
Animacja poniżej przedstawia na jakiej zasadzie działa mostek h:
Łatwo zauważyć, że zmiana kierunku przepływu prądu powoduje zmianę obrotów silnika.
W miejsca tych przełączników można umieścić tranzystory i sterować tym przy pomocy mikrokontrolera.
Mostki tego typu buduje się, szczególnie dla silników dużej mocy, przeważnie na tranzystorach MOSFET. Kiedyś takie mostki były bardzo popularne za względów ekonomicznych, tranzystory są tańsze niż układ scalony. Często można je spotkać w zabawkowych (tanich) samochodach na zdalne sterowanie.
Jednak od kilku, kilkunastu lat dostępnych jest na rynku wiele scalonych mostków h. Z czasem są coraz tańsze i posiadają coraz więcej funkcji i zabezpieczeń.
Jednym z najprostszych jest L293D. Jest to prosty układ zawierający w sobie dwa mostki h, który ma możliwość sterowania PWM.
Poszczególne piny odpowiadają za:
- 1,2EN, 3,4EN – pin enable, służy do sterowanie sygnałem PWM
- 1A, 2A, 3A, 4A – wejścia sterujące kierunkiem obrotów
- 1Y, 2Y, 3Y, 4Y – wyjścia zasilające silnik
- Vcc1 – Zasilanie logiki sterującej +5V
- Vcc2 – Zasilanie silników od +4.5V do +36V
To jak sterować takim układem jest pokazane w tabeli poniżej:
|
Wejścia |
Wyjścia (Y) |
|
|
A |
EN |
|
|
H |
H |
H |
|
L |
H |
L |
|
X |
L |
Z |
Kiedy na wejście A i na wejściu enable podamy stan wysoki, to na wyjściu o tym samym numerze też będzie stan wysoki. Kiedy na wejściu A będzie stan niski a na enable wysoki, to na wyjściu i tak otrzymamy stan niski. W sytuacji kiedy podamy stan niski na enable to niezależnie od tego co podamy na wejście A to na wyjściu zawsze będzie stan wysokiej impedancji.
W ten sposób możemy sterować kierunkiem przepływu prądu, w wyniku czego mamy kontrole nad kierunkiem obrotów silnika DC
Parametry L293D
- Napięcie zasilania logiki +5V
- Napięcie zasilania silników od +4.5V do +36V
- Prąd wyjściowy 600mA
- Maksymalny prąd wyjściowy (w impulsie) 1.2A
- temperatura pracy od 0°C do70°C
Innym popularnym układem jest L298. Jest to układ mocniejszy od omówionego poprzednio, też ma w sobie dwa mostki h, oraz też obsługuje PWM.
Rozkład pinów jest bardzo podobny, tutaj też są dwa wejścia sterujące, wejście enable oraz wyjścia na silnik. Vss, to zasilanie logiki, a Vs to zasilanie dla silników.
Nową rzeczą są piny CURRENT SENSING, służą do pomiaru prądu jaki pobierają silniki. Te wyjścia powinno się podłączyć do masy zasilania poprzez mały rezystor na przykład 0.5Ω. Na poniższym schemacie widać jak należy podłączyć dla jednego mostka h.
Na schemacie warto zwrócić uwagę na diody znajdujące się przy silniku. Służą one do odprowadzania wyindukowanego w silniku ładunku, który powstaje podczas hamowania oraz zmiany kierunku. Ją bardzo ważne, ponieważ gdyby ich nie było układ mógł by ulec uszkodzeniu. W układzie L293D te diody są wbudowane w środku układu.
Parametry układu L298:
- Napięcie zasilania logiki +5V
- Napięcie zasilania silników do +46V
- Maksymalny prąd pobierany przez silniki 4A
Innym popularnym i dużo nowszym układem jest TB6612. Jest to mały układ o bardzo dobrych parametrach i zyskuje coraz większą popularność.
Można zaobserwować, że wszystkie te układy są takie same do sterowania, tutaj jeszcze na wyjściu wszystkie piny są podwójne, ze względu na dużą moc, a małe nuszki w obudowie smd.
Maksymalne napięcie zasilania to 15V, a maksymalny prąd 1.2A, przy czym maksymalny prąd w impulsie to 3.2A.
Na rynku jest jeszcze cała masa tego typu układów mogłem tylko przytoczyć ten najpopularniejsze. Zawsze warto wybrać z tego co jest dostępne najbardziej odpowiedni układ, szczególnie, że teraz jest duży wybór. Kiedy zaczynałem zabawę z robotyką dało się dostać tylko w kilku sklepach L298, a jeszcze rzadziej L293D. Na szczęście sytuacja się mocno odmieniła, a zasada działania jest cały czas taka sama.