آردوینوالکترونیکپروژه آردوینو

آشنایی با راه انداز (درایور) موتور و معرفی کامل آی سی L293D

مقدمه

ماشینی که با آن حمل و نقل می کنید، ریش تراش و موزر، پنکه، کولر و… مثال هایی از موتور ها هستند. موتور های الکتریکی بخش جدا ناپذیر زندگی هستند و بدون موتور الکتریکی نه تنها از دستگاه هایی که گفتم بلکه از برق هم محروم خواهید بود. امروز قراره که در مورد راه انداز های این دستگاه ها با شما صحبت کنیم. و به معرفی آی سی L293D که یکی از پرطرفدارترین راه انداز های موتور می باشد میپردازیم. اگر علاقه مند هستید با ما همراه باشید. 

کلیت کار مدار راه انداز

راه انداز موتور را می شود یک تقویت کننده جریان کوچک فرض کرد. کلیت کار یک مدار راه انداز به این گونه است که یک سیگنال با جریان بسیار کم را از میکروکنترلر آی سی L293D دریافت می کند و آن را با کمک یک تغذیه خارجی ، تبدیل به یک سیگنال با جریان بالا می کند. از این سیگنال جریان بالا برای راه اندازی انواع موتور ها می توان استفاده کرد. در واقع می توان گفت که یک راه انداز مانند واسط بین یک مدار فرمان ( مانند میکروکنترلر )، دستگاهی که می خواهیم آن را کنترل کنیم (مانند موتور) و یک منبع تغذیه (مانند باتری یا برق شهر) ، عمل می کند.

چرا موتور را مستقیم به میکروکنترلر وصل نمیکنیم؟

حال این سوال پیش می آید که چرا موتور را مستقیما به میکروکنترلر متصل نمی کنیم؟ اگرچه میکروکنترلر در جایگاه کنترل کننده اصلی سرعت و جهت چرخش موتور می باشد ، اما چون که ولتاژ و جریان خروجی های میکروکنترلرها بسیار محدود بوده و از آن طرف موتور ها برای راه اندازی نیاز به جریان و ولتاژ بالاتری دارند ، ناچارا باید از یک مدار راه انداز به عنوان واسط میکروکنترلر و موتور ، برای تقویت ولتاژ و جریان، استفاده نمود. دقت کنید که مدار راه انداز در اینجا تنها به عنوان یک واسط عمل می کند و به تنهایی نمی تواند سرعت و جهت چرخش موتور را کنترل کند.

اندازه یک مدار راه انداز با جریان حداکثری خروجی آن نسبت مستقیم دارد. هر چه وسیله شما (مثلا موتور الکتریکی) دارای توان بالاتری باشد ، به همان نسبت مدار راه انداز شما بزرگتر خواهد بود. این بزرگی بیشتر به این علت است که جریان بالاتری نیاز به اتصال ها و سیم های ضخیم تری دارد و هر چقدر آن ها ضخیم تر شوند ، مدار راه انداز شما بزرگتر می شود.

نمایی از برد درایور موتور
نمایی از برد درایور موتور

موارد استفاده مدار های درایور

مدار های مجتمع راه انداز (Motor Driver IC)

در مقیاس های کوچک و در بحث الکترونیک و یا ربات های کوچک ، از مدارهای مجتمع راه انداز (Motor Driver IC) استفاده می شود. به طور مثال در یک ربات آموزشی ، این مدارهای مجتمع با دستوراتی که از میکروکنترلر ها دریافت می کنند ، موتور های موجود در ربات ها را کنترل می کنند.

نمایی از آی سی L293D درایور موتور
نمایی از آی سی L293D درایور موتور

انواع مدار های مجتمع

مدارهای مجتمع بسیاری جهت راه اندازی موتور ها استفاده می شود که از انواع آنها می توان به مدار مجتمع L293D و L297D و  L298N  و ULN2803 و ULN2003 اشاره کرد. این مدار های مجتمع از نظر ساختار داخلی و همچنین از نظر ولتاژ و جریان نامی خروجی نیز با یکدیگر متفاوت هستند، اما در نهایت همه آنها سیگنال دریافتی از میکروکنترلر را به نحوی تقویت می کنند. پرکاربرد ترین مدار مجتمع که در بسیاری از پروژه های آردوینو از آن استفاده می شود ، مدار مجتمع L293D می باشد. این مدار مجتمع می تواند همزمان دو موتور را راه اندازی کند. در ادامه به معرفی کامل آی سی L293D و آی سیULN2803 میپردازیم.

۱. آی سی L293D

آی سی L293D یک مدار راه انداز ۱۶ پایه می باشد که می تواند دو موتور DC را در جهت و سرعت متفاوت با یکدیگر ، راه اندازی کند. یعنی شما می توانید دو موتور DC را با یک مدارمجتمع L293D کنترل کنید. این مدار مجتمع می تواند موتور های کوچک تا متوسط را نیز به راحتی کنترل کند.

آی سی L293D
آی سی L293D

معرفی پایه های آی سی L293D

آی سی L293D دارای ۱۶ پایه می باشد که به طوری کلی به دسته های زیر تقسیم می شوند:

  • ۴ عدد پایه زمین
  • ۴عدد ورودی
  • ۴ عدد خروجی
  • ۲ عدد پایه Enable
  • ۲ عدد پایه برای تغذیه ولتاژ
نمایی از پین های آی سی L293D
نمایی از پین های آی سی L293D

مشخصات پایه های آی سی L293D

مشخصات پایهنام پایهشماره پایه
وقتی که این پایه HIGH باشد ، قسمت چپ چیپ فعال می شود و بالعکس. بنابراین این پایه مانند فیوز اصلی چیپ عمل می کند.Enable 1-2۱
وقتی این پایه HIGH باشد، جریان از پایه OUTPUT 1 خارج می شود.INPUT 1۲
این پایه به یکی از پایه های ورودی موتور A متصل می شود.OUTPUT 1۳
پایه هایی که باید به زمین متصل شوند.GND۴,۵
پایه هایی که باید به پایه دیگر موتور A متصل شود.OUTPUT 2۶
وقتی این پایه HIGH باشد، جریان از پایه OUTPUT 2 خارج می شود.INPUT 2۷
این پایه مربوط به تغذیه موتور می باشد. بنابر این اگر موتور شما به ولتاژ ۱۲ ولت نیاز داشت ، باید این پایه را منبع تغذیه ۱۲ ولت وصل کنیم.VCz۸
این پایه جهت تغذیه خود چیپ L293D استفاده می شود و باید به منبع ۵ ولت وصل شود.VSS۱۶
وقتی این پایه HIGH باشد، جریان از پایه OUTPUT 4 خارج می شود.INPUT 4۱۵
این پایه به یکی از پایه های ورودی موتور B متصل می شود.OUTPUT 4۱۴
پایه هایی که باید به زمین متصل شوند.GND۱۳,۱۲
پایه هایی که باید به پایه دیگر موتور B متصل شود.OUTPUT 3۱۱
وقتی این پایه HIGH باشد، جریان از پایه OUTPUT 3 خارج می شود.INPUT 3۱۰
وقتی که این پایه HIGH باشد ، قسمت راست چیپ فعال می شود و بالعکس. بنابراین این پایه مانند فیوز اصلی چیپ عمل می کند.Enable 3-4۹
توضیحات پین های آی سی L293D

آی سی L293D دارای ۴ ورودی در هر طرف آن می باشد که هر طرف برای کنترل یک موتور استفاده می شود. پایه ۲ تا ۷ در سمت چپ و ۱۰ تا ۱۵ در طرف دیگر آن، ورودی های L293D می باشد. هر کدام از این پایه ها می تواند دو حالت صفر و یا یک منطقی داشته باشد. شما با تغییر این مقادیر می توانید سرعت و جهت چرخش یک موتور را کنترل کنید.

ولتاژ ورودی در آی سی L293D

دقت کنید که پایه VSS مربوط به تغذیه ۵ ولت خود مدار مجتمع بوده و پایه VC مربوط به تغذیه خارجی که طبق آن باید توان موتور را تامین کند ، می باشد. ولتاژ پایه VC باید متناسب با ولتاژ نامی موتور شما باشد. یعنی اگر موتور شما با ولتاژ ۹ ولت کار می کند ، شما باید پایه VC را به یک منبع تغذیه ۹ ولت متصل نمایید. حداکثر ولتاژی که شما می توانید به پایه VC متصل نمایید ، برابر ۳۶ ولت می باشد. از نظر جریان نیز این مدار می تواند حداکثر مقدار ۶۰۰ میلی آمپر را در هر طرف پشتیبانی نماید.

در شکل زیر مدار اتصال یک موتور را به چیپ مشاهده می نمایید

نوع بستن پایه های آی سی L293D
نوع بستن پایه های آی سی L293D

ساختار داخلی آی سی L293D

این مدار راه انداز از روش پل H برای تغذیه موتور استفاده می کند. پل H مداری است که به شما اجازه می دهد که جهت جریان را در خروجی مدار تغییر دهید. از آنجا که جهت چرخش موتور ها با تغییر جهت جریان ورودی موتور تغییر می کند ، مدارهایی که از پل H برای راه اندازی موتور استفاده می کنند (مانند آی سی L293D) ، گزینه بسیار مناسبی برای راه اندازی موتور های DC می باشند.

در یک چیپ L293D ، دو مدار پل H وجود دارد که به طور جداگانه می توانند جهت چرخش دو موتور را تغییر دهند. شکل زیر دیاگرام یکی از این پل های H را نمایش می دهد.

نمایی از ساختار داخلی L293D
نمایی از ساختار داخلی L293D

همانطور که در شکل مشاهده می کنید ، در سمت چپ آن یک منبع تغذیه وجود دارد که جهت جریان آن نیز در مدار مشخص شده است. در سمت راست نیز ۴ کلید را می بینید که با خطوط قرمز مشخص شده اند.

حال اگر کلید های S1 و S4 بسته و کلید های S2 و S3 باز باشند ، جریان از مسیر کلید S1 وارد موتور شده و از مسیر کلید S4 به مدار باز می گردد. یعنی جهت جریان موتور در شکل از سمت چپ به راست خواهد بود.

اگر عکس این حالت را فرض کنیم ، یعنی کلید های S1 و S4 باز و کلید های S2 و S3 بسته باشند، جریان جاری شده در موتور در شکل بالا ، از سمت راست به چپ خواهد بود.

پس می بینید که با استفاده از ۴ کلید ، ما می توانیم جهت جریان ورودی به موتور را تغییر دهیم. با تغییر جهت جریان موتور ، جهت چرخش موتور نیز تغییر می کند.

این ۴ عدد کلید به وسیله دو پایه INPUT1 و INPUT2 کنترل می شوند. در جدول زیر می توانید نحوه کنترل آنها را ببینید:

حالت موتورInput ۱Input ۲
ایستGNDGND
به جهت A می چرخد۵VGND
به جهت B می چرخدGND۵V
ایست۵V۵V

کنترل سرعت موتور در آی سی L293D

تا اینجا شما با نحوه کنترل جهت چرخش موتور آشنا شدید. حال چگونه سرعت موتور را کنترل کنیم؟

روش های مختلفی برای کنترل سرعت موتور وجود دارد. ابتدا بایستی بدانید که سرعت چرخش موتور با توان ورودی آن نسبت مستقیم دارد. یعنی هر چقدر ولتاژ ورودی بیشتر باشد ، موتور با سرعت بیشتر می چرخد. اگر شما از یک میکروکنترلر برای کنترل موتورتان استفاده می کنید ، آنگاه می توانید به یکی از روش های ارتباطی سریال یا PWM ، موتورتان را کنترل کنید. همچنین بعضی از چیپ های راه انداز این امکان را به شما می دهند که بتوانید موتور خود را به صورت آنالوگ و با تغییر ولتاژ ورودی به آن (مانند پتانسیومتر) ، کنترل نمایید.

استفاده از روش PWM بسیار دقیق تر و پرکاربرد تر از روش های دیگر است. برای اینکار کافیست که پایه Enable چیپ خود را به جای اینکه به منبع تغذیه ۵ ولت متصل نمایید ، به پایه خروجی میکرو کنترلر خود وصل کنید. سپس شما با کنترل موج PWM در میکروکنترلر ، می توانید توان ورودی موتور و در نتیجه سرعت آن را کنترل نمایید.


موج PWM وکاربرد های آن


۲.آی سی ULN 2803

پایه های ورودی خروجی
پایه های ورودی خروجی

چیپ ULN2803 یک مدار راه انداز است که برای تزریق جریان به بارهایی با جریان و ولتاژ بالا استفاده می شود. این بار می تواند یک موتور ، لامپ ، رله و یا هر مصرف کننده دیگری باشد. معمولا این چیپ دارای ولتاژ نامی ۵۰ ولت و جریان نامی ۵۰۰ میلی آمپر می باشد. این چیپ نیز مانند چیپ مشابه خود ، یعنی آی سی L293D، سیگنال هایی با جریان کم را دریافت و آن ها را تقویت کرده و به مصرف کننده ارسال می کند.

از این چیپ به طور  کلی در استپ موتور ها استفاده می شود. به این دلیل که این چیپ امکان تغییر جهت جریان را در خروجی های خود ندارد ، از آن نمی توان برای راه اندازی موتور های DC استفاده کرد.

ساختار داخلی چیپ ULN2803
ساختار داخلی چیپ ULN2803

ساختار داخلی چیپ ULN2803

هر چیپ ULN2003 دارای ۸ زوج دارلینگتون در داخل آن می باشد که هر کدام از آن ها به تنهایی یک تقویت کننده جریان می باشند. یعنی شما می توانید تا ۸ خروجی تقویت شده را با استفاده از این چیپ داشته باشید.

زوج دارلینگتون
زوج دارلینگتون

زوج دارلینگتون

هر زوج دارلینگتون از دوترانزیستور برای تقویت جریان استفاده می کند که در مجموع مانند یک ترانزیستور عمل می کنند. در این زوج ، جریانی که توسط ترانزیستور تقویت شده است ، دوباره توسط ترانزیستور دوم تقویت می شود تا جریان خروجی نهایی مقداری بسیار زیاد شود.


انواع ترانزیستور و کاربرد آن ها


مدار تقویت جریان زوج دارلینگتون
مدار تقویت جریان زوج دارلینگتون

سخن پایانی

راه انداز های موتور کاربرد های متنوعی دارند و در وسایلی مثل کوادکوپتر، ربات های حرکتی، ربات های دارای بازو و… استفاده می شوند. به نظر شما اگر این آی سی های راه انداز نبودند، چگونه می توان موتور را راه انداخت؟ لطفا به این سوال در بخش نظرات پاسخ دهید. از اینکه با ما در این مقاله همراه بودید از شما سپاسگذاریم.

ویکی پدیا مدار مجتمع

برای آموزش کامل راه اندازی استپر موتور با آی سی L293D و آردوینو کلیک کنید

برای آموزش کامل راه اندازی موتور DC با L293 آردوینو کلیک کنید

کار مدار درایور موتور چیست؟

مدار درایور موتور یا درایور موتور را میتوان یک تقویت کننده جریان کوچک فرض کرد که یک سیگنال با جریان کم از میکروکنترلر دریافت میکند و با کمک یک تغذیه خارجی سیگنال با جریان کم اولیه را به یک سیگنال با جریان بالا تبدیل میکند که این جریان بالا را برای راه اندازی موتور ها استفاده میکنند.

انواع آی سی های مناسب برای راه اندازی موتور یا درایور موتور کدامند؟

مدار مجتمع یا آی سی های زیادی جهت راه اندازی موتور استفاده میشوند که میتوان به آی سی های L293D, L297D, L298N, ULN2803, ULN2003 اشاره کرد. موثر ترین آن ها آی سی L293D است.

آی سی L293D چیست؟

آی سی L293D یک درایور موتور یا مدار راه انداز ۱۶ پایه میباشد که میتواند دو موتور DC را در جهت و سرعت متفاوت با یکدیگر, راه اندازی کند. به معنای ساده تر شما متوانید دو موتور را با این آی سی کنترل کنید. این آی سی به راحتی توانایی کنترل موتور های کوچک و متوسط را دارد.

آی سی ULN2803 چیست؟

چیپ ULN2803 یک مدار راه انداز است که برای تزریق جریان به بارهایی که با جریان و ولتاژ بالا استفاده می شود. این میتواند لامپ , موتور, رله و یا هر مصرف کننده دیگری باشد. معمولاً این چیپ دارای ولتاژ نامی ۵۰ ولت و جریان نامی ۵۰۰ میلی آمپر می باشد. نوع کار این چیپ با چیپ L293D یکی است.

نمایش بیشتر

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا