Silniki mogą być sterowane na różne sposoby. A gdy życzymy sobie sterować silnikami za pomocą kontrolera, potrzebujemy sterownika silnika.
W robotyce dysponujemy różnymi rodzajami silników. To:
- silniki szczotkowe i silniki bezszczotkowe,
- silniki krokowe,
- serwomotory (serwomechanizmy).
Co to jest sterownik silnika?
Sterownik silnika – czasami z angielskiego driver – pobiera sygnały o niskim prądzie generowane przez sterownik i przekształca je w sygnały o wyższym prądzie, które napędzają silnik. Zasadniczo sterownik silnika działa jako interfejs między silnikiem a obwodem sterowania. Sterowniki silnika pozwalają kontrolować znacznie większe obciążenie z małego sygnału. Mogą one obsługiwać wysokie napięcia i prąd.
Sterownik silnika składa się z układu scalonego lub z tranzystorów, które radzą sobie z dużą mocą. Układy scalone sterownika silnika to układy scalone wzmacniacza prądu, które działają jako mostek pomiędzy sterownikiem a silnikiem. Zawarte w układzie obwody odpowiadają za połączenia z mostkiem H, który kontroluje silnik. Różne chipy oferują różne interfejsy – niektóre spośród dobrze znanych układów sterownika silnika to L293D i L298N.
Sterowniki silnika L293D i L298N
Mostek H
Mostek H jest prostym układem. Jego nazwa wywodzi się z typowego graficznego odwzorowania układu, które przypomina drukowaną literę H. Jest zbudowany z 4 styków (elementy półprzewodnikowe, często tranzystory MOSFET lub IGBT, bądź mechaniczne). Kiedy styki S1 i S4 są zamknięte, a S2 i S3 otwarte, do silnika będzie doprowadzone napięcie i zacznie się on obracać. Poprzez otwarcie styków S1 i S4 oraz zamknięcie S2 i S3 zmieniamy kierunek przepływu prądu, tym samym zmieniając kierunek obrotu wirnika.
Jak wybrać sterownik silnika?
Przy doborze komponentu do projektów należy wziąć pod uwagę kilka kryteriów.
Kompatybilność silnika
Pierwszą rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę przy wyborze sterownika, jest jego lista kompatybilnych silników. Większość sterowników silników jest kompatybilna z bezszczotkowymi silnikami prądu stałego, z motoreduktorami stosowanymi w przemyśle, rolnictwie i wielu branżach rzemieślniczych oraz z silnikami krokowymi, ale niektóre sterowniki silników są kompatybilne tylko dla silników opartych na pomiarze kątowym, takich jak serwomechanizmy. Należy więc wybrać sterownik odpowiedni do posiadanego silnika.
Interfejs
Intefejs sterownika silnika musi pasować do planowanego zastosowania. Wiele spośród nich oferuje kompatybilność z Arduino i pobierającymi niewiele prądu wejściami TTL (Transistor-transistor logic). Jeśli jednak chcemy sterować silnikiem bezprzewodowo, np. za pomocą Bluetooth, to warto rozważyć sterowniki zdalne. Nie mniej istotna jest liczba kanałów – dla 16 silnikó z 16 zewnętrznymi sygnałami analogicznie niezbędny będzie sterownik 16-kanałowy, oczywiście z odpowiednim parametrem napięcia.
Prąd i napięcie
W następnej kolejności patrzymy na napięcie i wydajność prądową. Sterowniki są zwykle dostępne w szerokim zakresie napięć. Zakres waha się od kilku do nawet 50 V. Równie szeroki wybór mamy w kwestii wydajności prądowej – od wartości niższych od 1 A po kilkadziesiąt.
Opór
Prąd w sterowniku silnika IC przepływa przez rezystancję w stanie włączonym tranzystora mostkowego. Duży prąd będzie prowadził więc do rozproszenia mocy. Rozproszenie mocy można wyrazić jako:
P = I2R
gdzie P jest mocą, I natężeniem prądu, a R rezystancją w stanie włączonym. Rozpraszanie mocy jest zauważalne w postaci ciepła. Układ scalony sterownika pracujący ze swoją szczytową wydajnością prądową bardzo szybko zwiększa temperaturę wewnętrzną, co może spowodować przegrzanie i wyłączenie – tzw. thermal shutdown. Wiedząc o tym należy zatem wybrać układ scalony o dużej wydajności prądowej, a jeśli istnieje jakakolwiek szansa, że układ scalony się przegrzeje, to wówczas najlepiej zastosować chłodzenie w postaci radiatora. Jeżeli na płytce PCB brakuje miejsca, to trzeba wybrać układ scalony o niższej rezystancji w stanie włączonym, aby zminimalizować rozpraszanie mocy.
