直流馬達電路圖疑問

voidvoid

圖片網址：http://www.flickr.com/photos/35551696@N07/3292674921/

各位大大好!小弟尚在摸索Arduino，關於電晶體的電路圖，有幾個疑問想問一下。

• 以Arduino使用來說，電晶體是否有增加電流（電壓）的功能，比如說：連接5v的Digital Pin給電晶體他能夠將電流（電壓）提升，或是只是單純的Switch On/Off功能？
• 上圖的二極體是否有必要？
• 圖上的二極體在這裡是做什麼用？為什麼這樣接？是連接9V與電晶體嗎？還是....？
• 請問上圖的二極體是何種二極體？Zaner（飛輪）？PN？
• 如果要購買合適的二極體來做上圖練習，請問需什麼規格？
• 二極體的規格大概看了一下，小弟比較好奇的是如果以1N4001（1A/50V）來說他是否足夠承受逆電流？如果產生逆電流那電壓與電流大概會是多少呢？
• 續接問題"6"因為我想知道何種情況該用何種規格的二極體？可否舉例，感謝各位。

我把問題簡化

電晶體(or 功率晶體)用途是提供較佳的推動力
另一方面隔開MCU與馬達的用電
增加系統的穩定
同時也可以透過PWM進行馬達的調速功能
如果改用RELAY就沒辦法了

二極體是反電動勢(突波)吸收用
一般來說反電動勢的最大值約供應電壓的3~5倍
所以如果用DC5V的馬達
保守一點就要掛耐壓25V的二極體
如果用DC12V的馬達
保守一點就要用耐壓60V的二極體

二極體只要選用一般順向二極體就可以了
1N400X系列都適用(前提是1A電流量)

voidvoid

大大的回覆小弟已明瞭，但由於小弟非電子相關科系背景，所以還想確定的是：

Q：這個電路圖上的二極體是為了要吸收馬達所發出的反電動勢？還是提供電流通道給馬達所發出的反電動勢？大大可以說明一下圖上的二極體接法，運作方式或功能為何嗎？感恩。

stanley21

謝謝Nichal大大的分享,我也受益良多喔!!!

大致上來說
反電動勢是由馬達所提供的
二極體是為了避免反電動勢打壞系統
提供反電動勢回流到馬達的通道
而自行消耗掉的作法

當開關元件打開時
正端的電壓比負端高
但因為受到二極體逆向擋著
所以電流會流進馬達

可是當開關元件關閉時
反電動勢會讓負端的電壓比正端高
因為二極體順向的阻值很低
此時就會變成電流的最短路徑
所以絕大多數的反電動勢都會回流到馬達上變成熱能而消耗掉

概念上就是這樣囉~~~



史丹利大大
您的新網站在哪?
小弟找好久哩......
{:2_83:}

stanley21

請教一下,反電動勢是馬達順利運轉時產生的,
那如果遇到馬達運轉時不小心被東西卡住不能轉,
但是電源還是持續輸入時,在電路上有沒有什麼保護的方法呢?

新網站? 你指的是? 最近已經好久都沒什麼時間弄網站的事了~~

voidvoid

感謝 Nichal大大 小弟瞭解了 3q

marbol

6# stanley21

stanley21大大~~
馬達卡住了,反電動勢就無從建立,會有極大的電流產生,
串接自複式保險絲是一個選擇喔~~~
電流多大不曉得,跟電池放電能力與馬達線圈電阻值有關,
v(電池)=I*R(馬達線圈電阻值)
先算出電流值,再跟電池放電能力來比較,這樣就可以選用保險絲了

marbol大大說的不錯呀~~

可複式開關是不錯的選擇!!
但規格一定要選對才行唷~~
因為可複式開關的概念是用熱來改變電阻值
產生限流的效果
所以受到溫度的影響頗大
如果馬達會長時間運轉的話
可複式開關反而容易造成馬達效率降低或運轉異常的情況

一般來說
如果只簡單的應用
加個快熔的保險絲就可以了

不然也可以在接地回流的位置上加個極小的電流偵測電阻
搭配比較器跟邏輯閘進行所謂的堵轉保護
可以參考一下早期有刷電動自行車的電路設計
這方面的應用相當多唷~~~


史丹利大大
之前就聽說您要換新網站
原來都沒空換呀?!
很喜歡你所找的機器人訊息
希望有機會可以再看到新訊息唷~~~


voidvoid大大不用客氣~~
希望有幫上忙 !!

stanley21

之所以會問這個問題是因為大學的時候,修了一門機器人的課,
那時每個小組都要做個機器人作為學期成績的參考,當中有許多小組的機器人最後失敗了,
我發現失敗的原因竟然大部分是馬達壞了....雖然那時候不知道馬達為什麼會不動,
不過經過各位大大的說明讓我豁然開朗,電路是其中的關鍵喔!!!

我還蠻喜歡蒐集機器人的資料的,總覺得應該有個機構出面持續蒐集和整理不斷更新的機器人資訊,
擁有這方面的情報會讓大家在開發機器人的時候都了些方向,會增加成功的機率喔!!

目前財團法人精密機械研究發展中心的機器人世界情報網站就還不錯,
只是如果能更積極的整理和搜集機器人情報的話就更好了...

小弟有很多機器人的概念
是來自站大, U大, ayu大大, 及史丹利大大所提供的訊息中學習的
這些訊息真的很寶貴
如果能有系統地被整理起來
一定對機器人產業很有貢獻的!!!

marbol

在接地回流的位置上加個極小的電流偵測電阻
搭配比較器跟邏輯閘進行所謂的堵轉保護
可以參考一下早期有刷電動自行車的電路設計
這方面的應用相當多唷~~~
nichal 發表於 2009-2-23 09:01

nichal大大的經驗很有參考價值呢~~~
以上講的是硬的保護方法,
軟的保護方法有些地方還不瞭解,像是
電流偵測電阻跟Arduino的ADC搭配做堵轉保護可行嗎?時間上來不來的及呢??
用PWM來限制電流的大小,也就是一開始就把FET(電晶體)當作一個限流電阻來用,
除了調速上有限制,不知還有沒有其他的問題?

另外再提供一個想法,如果電流大到真的燒的話,一般都是電晶體燒,直到燒成短路,馬達線圈才有燒的機會,這時看看馬達是不是冒煙了,如果沒有,可以把馬達搶救出來量量看是否有斷路的現象~~~

marbol 大大

您可能誤解我的意思了
電流偵測電阻的用法要用全硬體才行唷~~~
不然ADC的反應一定是不夠快的

用比較器再加上一個比較電位(這也是純硬體)
過電流時會產生一組high-low的信號變化
直接把這組信號透過and或or閘接到功率晶體驅動腳上
一旦過電流就直接把晶體關掉
這樣就不會有速度不夠快的疑慮
如果再把信號拉進MCU分析後才處理
晶體應該就冒煙了......(有很多慘痛的經驗)

另外
PWM調速單純只做調速
可以不用理會是否過電流的問題
因為只要一過電流
比較器馬上會自動把晶體關掉
這樣的作法
是讓馬達和晶體先立於不燒之地
再求效率的提升

marbol

13# nichal

nichal大大~~
回一樓看了一下,沒看到有關電流的選用原則,
馬達大小跟電晶體應該也有選用的對價關係?

加保護電路是可以達到保護效果,但是零件愈多,
可靠度就會降低,這部份是否能從零件選用,(當然
也要成本考量),在一開始設計的時候就考量進去,
例如加散熱鰭片也可以提高FET耐受性,而並不會
有可靠度降低的問題,~~

marbol大大說得很正確唷~~
看過marbol大大的回覆總會有溫故知新的感覺!!

設計的一開始就要把規格都定好了
假設馬達的電流最大需求是10A
(10A只是工作需求, 馬達往往可以再承載3~5倍以上的電流, 並持續一段時間後才會燒掉)
建議選擇20A以上的功率晶體
散熱鰭片是必須的
而堵轉保護電路設定在12~17A之間(視馬達的承受度與效能做調整)
據小弟的實測經驗
這樣的信賴度很高唷~~~
堵轉半小時以上馬達也不會燒掉
只是控制板會有點熱就是了

零件的增加確實會降低可靠度
這時要仰賴QC流程來提高可靠度
工業設計的首要是安全
效能跟成本往往不是第一考量

stanley21

感謝marbol大大和nichal大大的說明,
馬達在機器人這樣的機電整合領域是最常碰到的,
我也要多多充實這方面的知識!!

mzw2008

小弟最近也在做這個
選用的是祥儀的IGM40以上的, 電流需要比較大(因為車子鋁合金又載了一堆東西, 10KG左右)

小需求可以直接arduino上去就好, 0.5~1A以上的需求建議最好另外用DC馬達控制板,或是自己做
個人比較建議用這個 http://www.aroboto.com/shop/goods.php?id=13
或是它有別的更大電流的版本
arduino只負責送訊號控制, 這樣會比較安全
另外我旁邊有加了個電腦用的小風扇來吹, 比較不會那麼熱