การออกแบบการควบคุมไดรฟ์ IR2110 และการใช้ DSP ของมอเตอร์กระแสตรง
ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลังและวัสดุแม่เหล็กถาวรใหม่มอเตอร์กระแสตรงมีลักษณะเป็นเส้นตรงที่ดีและประสิทธิภาพการควบคุมที่ยอดเยี่ยมในการควบคุมการเคลื่อนไหวความเร็วตัวแปรส่วนใหญ่และระบบควบคุมเซอร์โวแบบวงรอบปิด (เช่นหุ่นยนต์เครื่องมือเครื่องจักรที่มีความแม่นยำ เครื่องใช้ในบ้าน) ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านเครื่องใช้ไฟฟ้าและกระบวนการอุตสาหกรรม
ในปัจจุบันการควบคุมดิจิตัลมอเตอร์ DC ได้กลายเป็นกระแสหลักและอัลกอริธึมการควบคุมมอเตอร์ประสิทธิภาพสูงส่วนใหญ่จะรับรู้โดยชิปควบคุมหลัก ด้วยการเกิดขึ้นของโปรเซสเซอร์สัญญาณดิจิตอลมัลติฟังก์ชั่นความเร็วสูง (DSP) ทำให้มอเตอร์มีความซับซ้อนมากขึ้น มีการใช้กลยุทธ์การควบคุม ในบทความนี้ TMS320F28335 เป็นชิปควบคุมหลัก IRF530 เป็นชิปขับและ IR2110 เป็นชิปควบคุมการขับขี่ การออกแบบตัวควบคุมการขับขี่ H-bridge นั้นใช้กับมอเตอร์ DC การควบคุมนี้ได้ผลลัพธ์ที่ดีและมีค่าการใช้งานสูง
1 หลักการขับมอเตอร์ DC
2 การออกแบบวงจรฮาร์ดแวร์
แนวคิดโดยรวมของการออกแบบวงจรฮาร์ดแวร์คือ: ใช้คลื่น PWM เพื่อควบคุมสวิตช์ K1, K4 และ K2, K3 ในรูปที่ 1 เพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าและถอยหลังของมอเตอร์และเปลี่ยนวงจรการทำงานของคลื่น PWM เพื่อทำให้มอเตอร์ รับแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน จึงควบคุมความเร็วของมอเตอร์
2.1 ทางเลือกของการเปลี่ยนส่วนประกอบ
องค์ประกอบการสลับสามารถเลือกได้จากทรานซิสเตอร์สองขั้วหรือทรานซิสเตอร์ผลสนาม เนื่องจากพลังงาน FET เป็นส่วนประกอบที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าจึงมีลักษณะของความต้านทานอินพุตขนาดใหญ่ความเร็วการสลับที่รวดเร็วไม่มีการแตกหักที่สองและสิ่งที่คล้ายกันและสามารถตอบสนองความต้องการของการสลับเปลี่ยนความเร็วสูง ในการออกแบบนี้สวิตช์ทั้งสี่ใช้หลอด MOSFET เพิ่มกำลังไฟฟ้า N- แชนเนล IRF530 ซึ่งมีกระแสไฟ 14A และสามารถทนกระแสพัลส์ 49A ได้ แรงดันไฟฟ้าสูงสุดคือ 100V และความต้านทานไม่เกิน0.16Ω ตอบสนองความต้องการของไดรฟ์
2.2 ทางเลือกของอุปกรณ์ไดรฟ์เกต MOSFET
IR มีความหลากหลายของไอซีไดร์เวอร์แบบบริดจ์โดยทั่วไปคือ IR2110 ชิปนี้เป็นโมดูลไดรฟ์เวอร์แบบรวมเสาหินสำหรับอุปกรณ์ช่องสัญญาณสองช่องทางที่ขับเคลื่อนด้วยประตูแรงดันสูงและความเร็วสูง เทคโนโลยีการเลื่อนระดับแบบบูรณาการในชิปช่วยลดความต้องการการควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้าสำหรับวงจรลอจิกได้ง่าย ปรับปรุงความน่าเชื่อถือของวงจรไดรฟ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลอดด้านบนขับเคลื่อนโดยตัวเก็บประจุบูทสแตรปภายนอกซึ่งช่วยลดจำนวนแหล่งพลังงานในการขับขี่ลงอย่างมากเมื่อเทียบกับไดรเวอร์ IC อื่น ๆ การออกแบบนี้ใช้ IR2110 ของ IR เป็นชิปไดรเวอร์
2.3 ทางเลือกของการเปลี่ยนความถี่
ความถี่ของคลื่น PWM จะส่งผลต่อว่ามอเตอร์สามารถส่งแรงบิดสูงสุดและความเรียบของแรงบิดได้หรือไม่ แรงบิดสูงสุดส่วนใหญ่จะพิจารณาที่นี่ เพื่อให้ได้แรงบิดเอาต์พุตสูงสุดจำเป็นต้องทราบทิศทางของเสาโรเตอร์นั่นคือเพื่อกำหนดตำแหน่งของโรเตอร์ซึ่งสามารถมองข้ามสำหรับมอเตอร์ DC ขนาดเล็กของการออกแบบนี้ เพื่อหลีกเลี่ยงสัญญาณรบกวนที่ค่อนข้างใหญ่จากมอเตอร์ความถี่คลื่น PWM ควรอยู่นอกช่วงของคลื่นอะคูสติกให้มากที่สุด ในทางกลับกันเนื่องจากลักษณะที่เหนี่ยวนำของมอเตอร์ที่คดเคี้ยวความถี่ที่สูงขึ้นปฏิกิริยาการเหนี่ยวนำที่ยิ่งใหญ่และความถี่ที่สูงขึ้นจะทำให้เกิดแรงบิดของมอเตอร์ เล็กลง [9] หลังจากการวิเคราะห์และเปรียบเทียบความถี่ของมอเตอร์สุดท้ายที่กำหนดในบทความนี้คือ 250Hz แม้ว่าจะมีสัญญาณรบกวนความถี่ต่ำอยู่บ้าง แต่ผลของแรงบิดเอาต์พุตนั้นดีมาก
2.4 ทางเลือกของตัวควบคุม
ในปัจจุบันมีหลายวิธีในการสร้างคลื่น PWM ซึ่งสามารถสร้างได้โดยชิปสร้างคลื่น PWM พิเศษหรือโดยไมโครคอนโทรลเลอร์ (เช่นไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียว ARM, DSP, FPGA และอื่น ๆ ) ในบทความนี้ไมโครคอนโทรลเลอร์ใช้ TMS320F28335 ประเภท DSP ของ TI ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของระบบควบคุมทั้งหมด ประสิทธิภาพการทำงานจะเป็นตัวกำหนดเสถียรภาพของระบบฮาร์ดแวร์ทั้งหมดในระดับหนึ่ง TMS320F28335 เป็น DSP ที่เป็นทศนิยม 32 บิตพร้อมความถี่ในการทำงาน 150MHz และ 12 PWM 6 ในนั้นคือช่องสัญญาณ PWM ที่มีความแม่นยำสูงซึ่งเหมาะสำหรับการควบคุมมอเตอร์
2.5 การออกแบบโดยรวมของวงจรควบคุมไดรฟ์
จากการเลือกส่วนประกอบที่สำคัญข้างต้นไดอะแกรมวงจรของฮาร์ดแวร์ควบคุมไดรฟ์ที่แสดงในรูปที่ 3 ได้รับการออกแบบ
คลื่น PWM สร้างขึ้นโดย PWM ของ DSP จากนั้นส่งไปยัง optocoupler TLP521 ผ่านตัวต้านทาน 180 โอห์ม R5 เนื่องจากความถี่ PWM ของการออกแบบนี้ไม่สูง optocoupler ทั่วไป TLP521 จึงมีคุณสมบัติตรงตามข้อกำหนด
3 การทดสอบวงจร
ผลการทดสอบโดยรวมแสดงให้เห็นว่ามอเตอร์ DC ทำงานได้อย่างราบรื่นและการควบคุมนั้นถูกต้องตรงตามข้อกำหนดการออกแบบ
ในบทความนี้การออกแบบกระบวนการทั้งหมดของการควบคุมไดรฟ์ H-bridge ถูกนำไปใช้กับมอเตอร์ DC ชิปพลังงาน MOSFET IRF530 ใช้เป็นส่วนประกอบในการสลับ IR2110 ใช้เป็นตัวควบคุมเกตไดรฟ์ของ MOSFET สัญญาณ PWM สร้างขึ้นโดย DSP และส่งไปยัง IR2110 ผ่าน optocoupler และการควบคุมแบบลอจิก การควบคุมแรงดันไฟฟ้าของแขนต้นขาลอยนั้นสามารถทำได้สำเร็จและการควบคุมแบบ start-stop และ forward-reverse สามารถทำได้อย่างสะดวกสบายและมอเตอร์ทำงานได้อย่างราบรื่นและดีและมีวัตถุประสงค์ในการออกแบบ วงจรควบคุมไดรฟ์ที่นำเสนอในบทความนี้ยังเหมาะสำหรับการใช้งานอื่นที่คล้ายคลึงกันและมีค่าอ้างอิงที่ใช้งานได้จริงจำนวนมาก
