Vezérlés az LPT-porton Alfától Omegáig. VIII.

 

Előző cikkünkben egy gyakorlati példával ismerkedtünk meg: hogyan lehet szilárdtest alapú kapcsolóeszközökkel is egyszerűen és praktikusan működtetni 230V-os fogyasztóinkat. Mint ez szokásunk, a biztonságtechnikáról, illetve az érintésvédelemről se felejtkeztünk el. Ezúttal újabb érdekes és hasznos  kimeneti eszközzel, egy integrált áramkörös, túlterhelésvédett motorvezérlővel ismerkedhetünk meg. A kapott érdeklődő levelek alapján remélem, a Kedves Olvasók ezeket is hasonló lelkesedéssel fogadják, s építik után, mint az eddigieket.

 

DC-motorok vezérlése egyszerűbben - hangfrekvenciás erősítő integrált áramkörökkel:

Cikksorozatunk 6. Részében megismerkedtünk a relés, illetve a tranzisztoros motorvezérlések alapjaival. Joggal kérdezhetnénk, miért nem jó az nekünk? Mi szükség az újabb és újabb megoldásokat hajszolni? A válasz kézenfekvő, a megismert egyszerű kapcsolásoknak számos problémája van. Pl. sok alkatrészt tartalmaznak, körülményesebb az összeszerelés. A relé csattog, illetve sok a fogyasztása, stb. – Az igazi ok azonban a védelem hiánya-.  Mi történik, ha pl. zárlatos lesz a motor, vagy két vezeték összeér? S ha túlmelegszik a a teljesítménytranzisztor? Sajnos akkor -a tranzisztoros verziónál- valószínűleg alkatrészcsere lesz a dologból. Nem így sok hangfrekvenciás erősítő IC esetén!

 

A példaként választott TDA2003-as áramkör védett túlmelegedés, illetve néhány másodperces rövidrezárás ellen, vagyis a mikromotorok vezérlésére ideális eszköz. Elvileg 7,5W körüli hangfrekvenciás teljesítményt tud a 3,2 ohmos terhelő ellenállás mellett leadni. Azonban ez analóg módon változó jelekre megadott érték. Ne feledjük, hogy itt csak ki/be kell kapcsolgatni, vagyis a tranzisztorok maradékfeszültségét kell csak szorozni az áramerősséggel, hogy megkapjuk azt a teljesítményt, mely melegíti kapcsolóeszközt. Belátható, hogy emiatt jóval nagyobb teljesítményű fogyasztókat kapcsolgathatunk, mint a katalógusban megadott hangfrekvenciás adat…. Ha a kapcsolót magasabb tápfeszültségről járatjuk, akkor ennél is nagyobb lehet a kapcsolt teljesítmény!

A magam részéről eredményesen vezéreltem ezekkel az alkatrészekkel igen sokfajta játék motorját, tapasztalatom szerint ez a megoldás erre a célra jól bevált.

Rengeteg régi, kopott, kidobásra szánt kazettás magnó, autórádió tartalmaz ilyen IC-ket, vagyis előnye a megoldásnak, hogy bontott készülékekből, akár ingyen is kitermelhetők. Az aprócska, furán hajlított lábú IC-nek 5 kivezetése van, számozását, illetve a tokot az 1. ábra mutatja:

1., ábra a TDA2003-as IC kinézete, illetve lábkiosztása:

Forrás: Gyurkovics: kapcsolások Hangfrekvenciás IC-kkel.(Műszaki kiadó)
2003.jpg

Jól látható a fém hűtőzászló, melyet hűtőbordára csavarozhatunk. Bár az általam vezérelt motoroknál nem volt szükség rá, az IC-k nem, vagy alig-alig melegedtek! A tokok hűtőtönkjeit egymástól szigetelni kell, erre ügyeljünk, ha közös hűtőbordára szereljük.

Maga a TDA2003-as áramkör voltaképpen egy műveleti erősítőnek is tekinthető, aminek azonban a kimenetén egy teljesítményfokozat található, melyet a korábbi cikkben már megismertünk a motorvezérlőben.

A műveleti erősítő lényegében olyan –analóg- áramkör, ami a bemeneteire kapcsolt feszültségek eredőjét felerősítve a kimeneten megjeleníti. Két bemenete van, az egyik a +, a másik a – jellel jelölt. Az ide kapcsolt feszültségeket ennek megfelelően előjelhelyesen adja össze. Vagyis ha a + bemenetre 5V-ot kapcsolnánk, a – bemenetre 3-at, akkor 5-2=3V lenne az eredő. Ezt az értéket szorozza fel az erősítéssel az alkatrész.

A műveleti erősítő igen összetett eszköz, a kapcsolástechnkája hasonlóképpen. .Számunkra annyit érdekes róla tudni, hogy visszacsatolás nélkül alkalmazva a bemeneti eredőt akár 10000-el is szorozhatja. Példánkban 3V*10000 igencsak hatalmas érték lenne, amit alkatrészünk nem lenne képes elviselni. Ellenben a tápfeszültség szerencsére határt szab ennek, vagyis annál nagyobbat természetesen nem tud kiadni. Ez azt is jelenti, hogy a tápfeszültségnek akár egy tízezredrészét eredőnek adva a bemenetre, máris kiakad bármelyik tápra. Ezt a tulajdonságot ki is szoktuk használni, méghozzá feszültségek összehasonlítására. Ha a pozitív bemeneten nagyobb a feszültség egy kicsivel, akkor a pozitív tápra billen a kimenet, ha a negatív bemeneten, akkor pedig a negatívra. Vagyis két analóg feszültség viszonyáról kapunk logikai igaz/hamis értéket! J.

A mi kapcsolásunkban is ezt a sajátságot használjuk fel. Szakkifejezéssel élve “komparátor”, azaz összehasonlító üzemmódban járatjuk az áramkört.

A negatív bemenetre 0,6….0,8V feszültséget kapcsolunk, mert ennyi lehet maximum a logikai nulla feszültségszintje az LPT-kimeneteknek.. Ha ezek után a portunkra kapcsoljuk a pozitív jelbemenetet, akkor nulla szint esetén, mivel a referenciafeszültségünk a vagyobb, negatív táp jelenik meg a kimeneten. Ha logikai egyre váltunk a + bemeneten, akkor viszont átbillen a komparátor, s megjelenik a pozitív tápfeszültség. Érdekesség, hogy az IC tápja max. 18V-ig emelhető, vagyis nem kell 5V-os motorokhoz ragaszkodnunk. Áramkörünk ekkor is kifogástalanul üzemel. Természetesen a buffer alkalmazása ez esetben, bár nem kötelező, de - javasolt.

Ha ebből az IC-ből 2db-ot alkalmazunk, megkapjuk az irányváltós motorvezérlésünket.

Működtetése a 6. cikkben említettel azonos, vagyis a következő üzemmódok lehetségesek:

00 - áll a motor.

11 - áll a motor.

01 – jobbra forog a motor

10 – balra forog a motor

A második ábrán ez a kapcsolási rajz látható. Mivel kétmotoros játéktankok alvázaihoz lett kidolgozva, ezért tartalmaz 4db IC-t, illetve két motort a rajz:


2., ábra: A kétmoros vezérlő modul kapcsolása:

A szerző saját áramkörének rajza a tervezőprogram képernyőjén.

(szervo1.jpg)

R1-D1 alkatrészek alkotják a referencia-feszültségforrást. Működése azon alapul, hogy a szilíciumdiódákon - a már korábban megtanultak szerint - 0,6…0,8V feszültség esik üzem közben. A vele sorba kapcsolt ellenállás emészti meg mindig a tápfeszültség maradék értékét. Ezt feszültség stabilizálásra is felhasználják sok alkalmazásban, most mi is ezt tesszük. Ezt a feszültséget vezetjük a komparátorok egyik bemenetére, mint a logikai szintek értékét. A négy erősítő IC tápfeszültség lábai nincsenek a rajzon feltüntetve. Az 5-ös lábak mindegyikét a pozitív, a 6.-os lábakat pedig GND-re kell kapcsolni.  Mivel nyomtatott panelt nem tudunk egyelőre készíteni, így egy bakelit lapra szerelhetjük az áramkör prototípusát, „lengő” huzalozással. Az ügyesebb olvasók bizonyára gyorsan összedobják a kis kapcsolást. Tapasztalataim szerint áramforrás gyanánt a játéktankba gyárilag beépített elemek tartói is szolgálhatnak, ha minimum 6V-os megvan a telepfeszültség, igaz a katalógus szerint az IC minimális feszültsége 8V…. A logikai jeleket egy hosszú, többméteres, 5-erű vezetékkel köthetjük be… (A 4 jelvezető és a GND) A számítógép nyomtatóportjára, vagy a portra kötött meghajtókra csatlakozik a vezeték másik vége, s ezzel életünk első robotmodellje összeállt. Szoftver ismertetésével nem kívánom a helyet foglalni, hiszen annyira egyszerű.


Fontosnak tartom megemlíteni, hogy TDA 2030-as integrált áramkört (lábkiosztása, bekötése megegyezik a TDA2003-al) alkalmazva a kapcsolható teljesítmény lényegesen megnövelhető. Azonban erősebb motorhoz már nem elegendő a fenti megoldás. Ne feledjük a korábbiakban az induktív fogyasztóról megtanultakat. Annak idején védődiódákat építettünk be ez ellen pl. a relés fokozatok esetén. Most ugyanezt tesszük, csak tekintettel a polaritásokra, 4db diódára lesz szükségünk a 3. ábrán láthatóak szerint:

 

3., ábra: A nagyteljesítményű  vezérlő modul kapcsolása:

 

Forrás:K.S-D.J – Mikroelektronika amatőröknek (Műszaki kiadó).
(szervo2.gif)

 

Ezt a kapcsolást ugyan eddig nem próbáltam ki, de elvileg üzemelnie kell. Látható, hogy a logikai szinteket _nem 0,6V-nál, hanem a két 10K-s ellenállás által meghatározott, felezett tápfeszültségnél váltja. Ez azt jelenti, hogy nem TTL kompatíbilis, 5V-os szintekkel vezérelhető. Azonban az előző ábrán látható, bevált diódás megoldással elérhető, hogy ne kelljen a feszültségszinteket illeszteni, hanem ugyanúgy közvetlen vezérelhessük portunkról. Látható, hogy igen izmos nagyobb feszültségű motorokat kapcsolhatunk, (hiszen kisebb áramerősség kell azonos teljesítményhez, s a meghajtó fokozaton mindig csak a maradék feszültség esik, függetlenül a táptól) s a tápfeszültség e tipusnál akár 36V-ig is emelhető, az IC, illetve ezzel együtt a port veszélyeztetése nélkül…(Elsőre szinte megdöbbentő, nem? J

 

Felhívom azonban a figyelmet a már korábban megismert optikai leválasztó fokozatra, mely az IC váratlan meghibásodása, vagy egy óvatlan mozdulat, leszakadt vezeték esetén is biztosítja portunk és vele talán egész gépünk életben maradását. Vigyázat, nem játék!! Ha a gép logikai szintjeinél nagyobb feszültség került a portunk kivezetéseire, akkor ez valóságos mészárlást képes végezni abban, s nem biztos, hogy a rombolást végző feszültség az átütött meghajtó áramköröknél megáll, főleg a 36V!!!

 

A következő részben egy másik érdekes kimeneti egységgel ismerkedünk: megtanuljuk, hogyan lehet folyamatos szabályozásokhoz analóg feszültséget előállítani a portunk segítségével. Addig is sikeres kísérletezést, kellemes szórakozást kívánok a robotépítőknek.

 

Kis Norbert - norbimagan@freemail.hu