Desain kontrol drive IR2110 dan implementasi DSP motor DC
Dengan perkembangan teknologi elektronika daya dan bahan magnet permanen baru, motor DC ditandai oleh linieritas yang baik dan kinerja kontrol yang sangat baik di sebagian besar variabel kontrol kecepatan gerak dan sistem kontrol servo loop tertutup (seperti robot, peralatan mesin presisi, elektronik otomotif, peralatan rumah tangga). Banyak digunakan di bidang peralatan listrik dan proses industri.
Saat ini, digitalisasi kontrol motor DC telah menjadi tren utama, dan algoritma kontrol motor berkinerja tinggi sebagian besar diwujudkan oleh chip kontrol utama. Dengan munculnya kecepatan tinggi, prosesor sinyal digital multi-fungsi (DSP), motor yang lebih kompleks dibuat. Strategi kontrol diterapkan. Dalam tulisan ini, TMS320F28335 adalah chip kontrol utama, IRF530 adalah chip penggerak, dan IR2110 adalah chip kontrol pengendaraan. Desain kontrol mengemudi H-bridge diterapkan pada motor DC. Kontrol ini telah mencapai hasil yang baik dan memiliki nilai guna tinggi.
1, prinsip penggerak motor DC
2, desain sirkuit perangkat keras
Ide keseluruhan dari desain sirkuit perangkat keras adalah: gunakan gelombang PWM untuk mengontrol sakelar K1, K4 dan K2, K3 pada Gambar 1 untuk mengendalikan maju dan mundur motor, dan mengubah siklus kerja gelombang PWM untuk membuat motor dapatkan voltase berbeda. Dengan demikian mengendalikan kecepatan motor.
2.1, pilihan komponen switching
Elemen switching dapat dipilih dari transistor bipolar atau transistor efek medan. Karena daya FET adalah komponen yang dikontrol tegangan, ia memiliki karakteristik impedansi input besar, kecepatan switching cepat, tidak ada gangguan sekunder, dan sejenisnya, dan dapat memenuhi persyaratan tindakan switching kecepatan tinggi. Dalam desain ini, keempat sakelar menggunakan tabung MOSFET daya tipe N-channel perangkat tambahan IR, yang memiliki arus pembuangan 14A dan dapat menahan arus pulsa tunggal 49A. Tegangan maksimum 100V, dan daya tahannya tidak lebih dari 0,16Ω. Memenuhi persyaratan drive.
2.2, pilihan perangkat drive gerbang MOSFET
IR menawarkan berbagai IC driver jembatan, biasanya IR2110. Chip ini adalah modul driver terpadu monolitik untuk perangkat daya dual-channel, gate-driven, tegangan tinggi, berkecepatan tinggi. Teknologi pengalihan level yang sangat terintegrasi dalam chip sangat menyederhanakan persyaratan kontrol perangkat daya untuk sirkuit logika. Tingkatkan keandalan rangkaian drive. Secara khusus, tabung atas ditenagai oleh kapasitor bootstrap eksternal, yang sangat mengurangi jumlah sumber daya penggerak dibandingkan dengan driver IC lainnya. Desain ini menggunakan IR's IR2110 sebagai chip driver.
2.3, pilihan frekuensi switching
Frekuensi gelombang PWM akan mempengaruhi apakah motor dapat menghasilkan torsi maksimum dan kehalusan torsi. Torsi maksimum terutama dipertimbangkan di sini. Untuk mendapatkan torsi keluaran maksimum, perlu mengetahui arah kutub rotor, yaitu menentukan posisi rotor, yang dapat diabaikan untuk motor DC kecil dari desain ini. Untuk menghindari kebisingan yang relatif besar dari motor, frekuensi gelombang PWM harus berada di luar jangkauan gelombang akustik sebanyak mungkin. Di sisi lain, karena sifat induktif motor yang berliku, semakin tinggi frekuensinya, semakin besar reaktansi induktif, dan semakin tinggi frekuensi akan menyebabkan torsi motor. Menjadi lebih kecil [9]. Setelah analisis dan perbandingan, frekuensi motor akhir yang ditentukan dalam makalah ini adalah 250Hz. Meskipun ada noise frekuensi rendah tertentu, efek torsi keluaran sangat baik.
2.4, pilihan controller
Saat ini, ada banyak cara untuk menghasilkan gelombang PWM, yang dapat dihasilkan oleh chip pembangkit gelombang PWM khusus, atau oleh mikrokontroler (seperti mikrokomputer chip tunggal, ARM, DSP, FPGA, dll.). Dalam tulisan ini, mikrokontroler menggunakan TI tipe TMS320F28335 TI, yang merupakan bagian inti dari keseluruhan sistem kontrol. Kinerjanya menentukan stabilitas seluruh sistem perangkat keras sampai batas tertentu. TMS320F28335 adalah DSP floating-point 32-bit dengan frekuensi kerja 150MHz dan 12 output PWM. 6 di antaranya adalah saluran PWM presisi tinggi, yang ideal untuk kontrol motor.
2.5, desain keseluruhan dari sirkuit kontrol drive
Menurut pemilihan komponen-komponen utama di atas, diagram rangkaian perangkat keras pengontrol drive yang diperlihatkan dalam Gbr. 3 dirancang.
Gelombang PWM dihasilkan oleh PWM DSP dan kemudian dikirim ke TLP521 optocoupler melalui resistor 180 ohm R5. Karena frekuensi PWM dari desain ini tidak tinggi, TLP521 optocoupler yang umum telah memenuhi persyaratan.
3, pengujian sirkuit
Hasil pengujian keseluruhan menunjukkan bahwa motor DC berjalan dengan lancar dan kontrolnya akurat, memenuhi persyaratan desain.
Dalam tulisan ini, seluruh desain proses kontrol penggerak H-bridge diterapkan pada motor DC. Chip Power MOSFET IRF530 digunakan sebagai komponen switching. IR2110 digunakan sebagai kontrol drive gerbang MOSFET. Sinyal PWM dihasilkan oleh DSP dan dikirim ke IR2110 melalui optocoupler dan kontrol logika. Kontrol mengambang dari tegangan penggerak lengan atas berhasil dilakukan, dan kontrol start-stop dan maju-mundur dapat dilakukan dengan mudah, dan motor berjalan dengan lancar dan baik, dan tujuan desain tercapai. Sirkuit kontrol drive yang disajikan dalam makalah ini juga cocok untuk aplikasi serupa lainnya, dan memiliki nilai referensi praktis yang besar.
