Un veloce

Personale DN | 31 ottobre 2016

Anni fa il mio amico Steve Titus voleva sperimentare alcuni progetti di rotori di droni. Aveva bisogno di un semplice controller per motori che potesse funzionare da 8 V a 12 V e fornire ampere di corrente a un motore CC utilizzato negli aerei radiocomandati (Figura 1).

Ho realizzato un progetto basato sul classico chip TL494 PWM (modulazione di larghezza di impulso) (figura 2 ). Questo chip Texas Instruments è di seconda provenienza da ON Semi, così come da altri. I distributori trasportano il chip in piccole quantità con prezzi da 24 centesimi per migliaia a 60 centesimi ciascuno (2016). Ho imparato ad amare questo chip quando ho consultato Teledyne. Ho progettato alimentatori per disturbatori radar sugli aerei da caccia F-16. Il TL494 è disponibile in un pacchetto DIP in ceramica in modo da poterlo utilizzare su progetti con specifiche militari o per applicazioni industriali ultra affidabili. In questi giorni progetterei un SOIC per le dimensioni ridotte e la resistenza alle vibrazioni. La parte arriva anche in TSSOP per la microminiaturizzazione.

Per ottenere il grande amperaggio richiesto da Steve, ho fatto in modo che il chip pilotasse un grande transistor Darlington PNP TO-3 in metallo in grado di gestire 100 V e 16 A. Dato che l'induttanza del motore e dei cavi ad esso collegati potrebbero generare picchi di commutazione anche superiori a 100V, è necessario inserire un robusto diodo pinza ai capi del motore (figura 3).

Figura 4; Il circuito applica impulsi al motore (rosso). Ciò si basa sul fatto che la tensione di controllo raggiunge una soglia impostata (gialla). La corrente nel motore arriva fino a 4 Ampere e poi diminuisce durante il tempo di inattività (verde). Piccole oscillazioni di corrente sono dovute all'induttanza del motore e del cablaggio che interagiscono con la capacità del diodo smorzatore.

Il controllo della velocità del motore viene effettuato tagliando la tensione di ingresso CC in impulsi di larghezza variabile. Ho scelto C3 e R5 per dare una frequenza operativa di 8,7kHz. Se l'IC non si interrompe affatto, applica la piena tensione della batteria al motore. Se applica impulsi brevi e stretti al motore, la tensione media è bassa e il motore funziona lentamente (figura 4 ). Con impulsi incredibilmente stretti non viene applicata tensione al motore e questo smette di ruotare. Senza carico sul motore, la forma d'onda della tensione può apparire strana poiché la forza elettromotrice posteriore (EMF) del motore crea tensione come generatore.

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Sebbene possa sembrare brutale applicare questi impulsi al motore, ricorda che i motori funzionano grazie al magnetismo e il magnetismo è prodotto con corrente, non tensione. Pertanto, mentre il controller invia impulsi di tensione, l'induttanza del motore li trasforma in rampe di corrente proporzionali alla tensione.

Per la progettazione meccanica ho acquistato in un cantiere di recupero alcuni dissipatori di calore già forati per montare un transistor TO-3. Ho usato isolanti in mica e grasso termico quando li ho montati. Anche i perni del supporto del transistor sono distanziati e montati sulla scheda del circuito. Ho anche preso dei potenziometri scorrevoli da 10 kiloohm al deposito di recupero. Ho disposto la scheda in ProCAD. Per realizzare il circuito ho utilizzato dei cartoncini preverniciati su cui ho applicato i lucidi della mia stampante laser. Una volta esposto il fotoresist, li ho immersi in un vassoio di cloruro ferrico riscaldato.

Inoltre, ordinerei semplicemente il PCB da un buon negozio di fabbricazione rapida piuttosto che scherzare con materiale PCB fotoresistente, lucidi e cloruro ferrico. Ad un certo punto diventa semplicemente più semplice realizzare le schede, soprattutto ora che so che il design di base funziona bene.

Un altro rammarico che ho imparato nel modo più duro. Una volta ho progettato un prototipo con parti di recupero da cantiere per consegnarlo al cliente il prima possibile. Gli è piaciuto molto e ne ha richiesti altri 50. Quando sono tornato al cantiere di recupero non avevano quelle quantità disponibili. Non avevano idea di dove trovare altre parti uguali. Ora mi rivolgo ai distributori principali come Allied, quindi so che posso ottenere tutte le parti di cui ho bisogno, che non sono contraffatte e che i miei colleghi ingegneri e hacker possono ordinare esattamente le stesse parti. La riproducibilità è una parte essenziale del metodo scientifico. La distinta base (distinta base) di seguito contiene le parti disponibili anziché il dissipatore di calore, il recipiente di recupero e altre parti di questo prototipo.