DC Motorlar, Özellikleri ve L293D Sürücü Devresi Yapımı 3

DC Motorlar, Özellikleri ve L293D Sürücü Devresi Yapımı 3

DC motorlarda hız ve yön kontrolünün arkasında yatan teorileri gördük. Şimdi de bunları nasıl gerçekleştireceğimize bakalım. Piyasada küçük ve orta güçte motor kontrolü için çeşitli tümleşik devreler (entegreler) mevcuttur. Bunları, süreceğimiz motorun anlık voltaj ve akım değerlerine ve motorun çıkış torkuna göre seçmeliyiz.

Ben bu yazımda  sizlerle engelden kaçan, yangın söndüren, mobil robot kol gibi projelerimde kullandığım L293D tümleşik devresininin özelliklerini ve kendinden soğutmalı olarak tasarladığım elektronik devre kartını paylaşacağım.

L293D ÖZELLİKLERİ

L293D, 16 adet bacağa ( giriş / çıkış ) sahip DIP ya da SMD kılıfında içerisinde 4 adet bağımsız yarım H – Köprüsü ( 2 H-köprüsü ) barındıran ve bu özelliği sayesinde dc motor, solenoid, röle, bipolar step motor gibi indüktif yükleri sürebilen tümleşik bir devredir. 2016 itibariyle yaklaşık fiyatı 5 tl civarlarında olup neredeyse tüm malzeme tedarikçilerinde kolaylıkla bulunabilmektedir.

L293D nin teknik özellikleri ise,

  • 4.5V – 36V arası motor sürme gerilimi,
  • Her bir sürücüden ( h – köprüsü ) 600 mA lik motor sürme akımı,
  • 1.2 A değerine kadar anlık akım toleransı,
  • Motor gerilim kaynağından ayrı çalışma kaynağı ( lojik devre için ayrı gerilim girişi) ,
  • Yüksek sıcakta otomatik kapanma,
  • ESD koruması ve
  • Geçici durum dalgalanmasını sönümlemek için her çıkışta diyot koruması.

Yukarıda saydığım özellikler bir motor sürücüsünde olmasını istediğimiz özelliklerdir. Şayet akım ve gerilim değerleri işimizi görüyorsa kolay bulunması ve dip kılıf avantajı da göz önüne alınarak kullanılması gereken bir tümleşik devredir. Akım ve gerilim değerlerini seçerken emniyet katsayısına dikkat etmeliyiz. Emniyet katsayısı olarak 1.25 ya da 1.5 değerlerini kullanabiliriz. Emniyet kaysayısı, kullandığımız malzemenin maksimum değerinin kullanılacağı yerdeki değerine oranıdır. Örneğin, bizim motor akımımız 480 mA ve motor sürücü maksimum akımı 600 mA ise; 600mA / 480mA = 1.25 değerini buluruz. Eğer teknik bir çalışma ya da ürün geliştirme sürecinde isek, ürünü yurtdışına satıyor fakat çok sık teknik servise gidip kazancımızı azaltmak istemiyorsak ( ki bunu hiç bir şirket istemez! ) o halde çok kullanılan ya da üzerine çok yük binen ( akım, sıcaklık vs. ) elemanların emniyet katsayılarını yükseltmeli ya da ek önlemler almalıyız. Emniyet katsayısı, genelde endüstri mühendisleri tarafından uygulanan ve istatistiki bir yöntem olan güven aralığı tahmininin basit bir formudur ve küçük çaplı projelerde ürünümüzün ömrünü uzatmaya yetecektir.

L293D PİN TABLOSU

  • 1 nolu pin: 1. ve 2. nolu yarım h – köprüsü izin uçları
  • 2 ve 3 nolu pinler: 1 nolu motor uçları
  • 4,5,12 ve 13 nolu pinler: Ortak uç ( şase, gnd ) ve ısıl soğurucu
  • 6 ve 7 nolu pinler: 2 nolu motor uçları
  • 8 nolu pin: motor sürücü için gerilim girişi
  • 9 nolu pin: 3. ve 4. nolu yarım h – köprüsü izin uçları
  • 10 ve 11 nolu pinler: 3 nolu motor uçları
  • 14 ve 15 nolu pinler: 4 nolu motor uçları
  • 16 nolu pin: L293D iç sayısal devrelerini çalıştırmak için gerilim girişi

L293d_pinŞimdi gelelim L293D yi nasıl kullanacağımıza. Şayet bir motoru iki yöndede ( saat yönü ve saatin tersi yönü ) sürmek istiyorsak, 2 adet motor h- köprüsü devresine ihtiyacımız olacak. Basit bir hesapla 1 adet L293D ile,

  • 1 adet Bipolar step motoru,
  • 4 adet DC motoru saat ya da saatin tersi yönde ve
  • 2 adet DC motoru hem saat hem de tersi yönde sürebiliriz.

Örneğin, ben akıllı araba projelerimde, arabanın sağ, sol, ileri ve geri yönde (tüm yönlerde) hareketlerini sağlamak için 2 adet dc motora ihtiyaç duydum ve bu sebeple 1 adet L293D tümleşik devresi kullandım.l293d_blokYukarıdaki şekilde, L293D nin iç yapısı görülmektedir. Üçgen bloklar içerisinde 1,2,3 ve 4 olarak numaralandırılmış bölümler yarım h – köprülerini temsil etmektedir. Yarım h köprüsü, aslında bir motoru tek yönde sürmek için ihtiyacımız olan güç devresidir ve şekilde sağ tarafta görüldüğü gibi bir adet yarım h köprüsü bir motoru tek yönde sürebilmektedir. Yukarıda sol tarafta  görüldüğü gibi bir moturu iki yönde de süreceksek o halde, iki adet yarım h köprüsünü kullanmamız gerekmektedir.

L293D KONTROL KARTININ TASARLANMASI VE KART TASARIMI PÜF NOKTALARI

Kontrol kartı, Eagle devre çizim programında tasarlanmıştır. Kart tasarlanırken L293D nin tüm özelliklerinin kullanılması bunun yanında boyutunun mümkün olduğunca küçük olması amaçlanmıştır. 1 ve 9 nolu pinlerin izin ( enable ) uçları olduğunu biliyoruz. İzin uçlarına Lojik 1 sinyal seviyesi uygulandığında motor sürücüler aktif, Lojik 0 sinyal seviyesi uygulandığında ise motor sürücüler pasif konuma geçecektir. Eğer uygulamamızda motor hız kontrolüne ihtiyacımız yok ise, o halde izin uçlarını Vcc1 e bağlarsak  mikrokontrolcümüzden 2 adet pini kurtamış olacağız. Hız kontrolü gerekliyse o halde mikrokontrolcü pinlerini izin uçlarına bağlayarak motor hızını değiştirebiliriz. Bunu düşünerek devre tasarımına 2 adet üçlü jumper yapısı eklenmiştir. Böylece kullanıcı, uygulamasına göre motorları ister sabit devirde isterse de değişken hızda sürebilecektir. Tasarımdaki diğer anahtar nokta ise, sürücü devrelerinin aslında birer güç devreleri olduğudur. Sürücü devreleri, yüksek gerilim ve yüksek akım değerleri dolayısıyla yüksek güç sağlamaktadırlar. P = V * I = I² * R nin güç formülü olduğunu biliyoruz. Bir devredeki ısıl değer bu formülün sağ tarafındaki I² * R bağıntısı ile doğru orantılıdır. Yüksek sıcaklık ise devrelerde istemediğimiz bir olaydır. Özellikle kişisel bilgisayarlarda merkezi işlemci birimi üzerinde (CPU) bakır plakalar, ısıl iletimi artıran termal macun tabakası, en üsttede fan bulunmaktadır ve sistemdeki fazla ısıyı böyle atmaktadır. Kimi pahalı sistemler ise hava soğutmaya nazaran su ya da hidrojenle soğutma yapmaktadırlar. Gerek yukarıda saydığım özellikler fazladan maliyet getirdiği ( bir metal soğutucu fiyatı ile L293D nin fiyatı neredeyse aynıdır! ) gerekse kendi uygulamamda motor akımlarım 300 mA civarında olduğundan aşağıda verilen görseldeki çizimi referans alarak  baskı devreyi (pcb) bir ısıl soğutucu olarak tasarladım.L293d_ısıl_soğutma_akabaBununla birlikte, daha yüksek motor akımlarında çalışmanın devamlılığını sağlamak adına tasarıma ikinci bir katman (layer) ekleyerek burayı da tamamen ısıl soğutucu olarak tasarladım. Baskı devre kartını çift katman yapmak istemeyenler içinse güzel haber gerekli tüm devre bağlantıları sadece alt katmanda (bottom layer) yapıldığından tek katlı çizimde kontrol kartı olarak kullanılabilir ve yine alt katta da bakır, ısıl soğutucu olarak uygulanmıştır.

Karttaki diğer bir nokta ise, ekranlama (shielding) uygulamasıdır. Motor sürücü gibi devrelerde yüksek akım değerleri yüksek frekanslarda anahtarlanınca (örneğin pwm) ortaya elektromanyetik uyumluluk problemleri (EMC) çıkmaktadır. Ürettiğiniz ürünleri pazarlamadan önce ya da kimi ülkelere satarken ürünlerinizin belirli standartları sağlaması gerekmektedir ( ki bu başlı başına bir makale konusudur!) ve bunlardan birisi de elektromanyetik uyumluluktur. Elektronik donanım tasarımcısının tuvali baskı devre kartıdır ve bunu iyi kullanması gerekir. Ekranlama uygulaması ile, sadece baskı devre kullanılarak yüksek elektromanyetik girişim potansiyeli bulunan elemanlar adeta 2 boyutlu bir Faraday kafesi ile sarılarak elektromanyetik girişim bir noktaya kadar engellenmiş olur.  Ekranlama uygulamasını aşağıda verilen baskı devre kartının alt katmanında gözlemleyebilirsiniz. Farkedeceğiniz üzere, devrenin etrafını boşta yer kalmayacak şekilde saran harici bir bakır yol bulunmaktadır.

Kart tasarımındaki son nokta ise tasarımda Vcc2 olarak görülen gerilim kaynağına paralel bir kondansatör bağlanmasıdır. Kondansatör, DC devrelerde potansiyel fark depolayacısı olarak çalışması sayesinde çok rağbet görmektedir. Burada çözüme kavuşturulan problem, yük olarak sürülen motora enerji verildiğinde gerilim kaynağından ani akım çekmesi ve hat üzerinde gerilim dalgalanmasına (flicker) sebep olmasıdır. Yeterli sığa büyüklüğüne sahip ve azami voltaj değeri emniyet katsayısına göre seçilmiş kondansatör hatta paralel olarak bağlandığında sanki ikinci bir kaynakmış gibi çalışarak sistemde oluşacak gerilim kararsızıklarını önleyeceklerdir. Ayrıca şunu da belirtmek isterim ki, özellikle yüksek akımlarda hat akım dalgalanmalarının kararsızlıklarını önlemek içinde hatta seri bobin eklenmelidir.

Aşağıdaki görseller sırasıyla devrenin şeması, elde baskı için hazırlanmış alt ve üst katman bakır görüntüleri ve ardından sözü geçen projeler için elde yapılmış baskı devre kartı en sonda da tamamlanmış kart görülmektedir. Baskı devrenin boyutları 3.85 x 4. 55 cm² dir. Böylece hazır satılan 5 x 5 cm² lik baskı devre kartları ile kolayca basılabilir.

L293D_devre_şeması
l293d_devre_şeması
l293d_alt_katman
l293d_alt_katman_gerçek_boy_1200_dpi
l293d_üst_katman_gerçek_boy_1200_dpi_ısıl_soğutucu
l293d_üst_kat_gerç_boy_1200_dpi_ısıl_soğutucu

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l293d_lehime_hazır
l293d_lehime_hazır
l293d_asit_havuzunda
l293d_asit_havuzunda

 

 

 

 

 

 

 

l293d_ler_göreve_hazır
l293d_ler_göreve_hazır
l293d_ve_motorlar
l293d_ve_motorlar

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir