Motor sürücüleri, DC motorların uçları arasındaki gerilimi ters çevirmeye yarayan tümleşik devrelerdir. Bir çok elektronik eleman ile motor sürücü yapımı mümkündür. Motor sürücünün yapımı için role, transistör ve anahtarlama görevi gören bir çok logic entegre kullanılabilir. Fakat temel sıkıntı şudur ki yaptığınız motor sürücü, kullanılacak dc motora uygun akıma dayanıklı ve fazla da ısınmayan türden olmalıdır. Endüstriyel alanlarda devasa motorlar için kullanılan çok çeşitli motor sürücüler vardır. Fakat bu yazımda basit olarak yaklaşık 20 volt, 6 amperlik bir motor sürücüsünün yapımından bahsetmek istiyorum.
Piyasada satılan hazır motor sürücü entegreleri vardır. 0.6 A lik olan L293 entegresi ya da 1.5 A lik L298N entegreleri tamamen transistör kullanılarak oluşturulmuş, hobi amaçlı küçük projelerde kullanılabilecek elverişli motor sürücüleridir. Fakat bu motor sürücüleri bazı projelerde kullandığımız motorların isteklerine yanıt vermeyebilir.
100 ampere kadar dayanıklı motor sürücülerin yapımlarında genel olarak mosfetler kullanılır. Çünkü mosfetler yapı itibari ile sıcaklığa ve akıma dayanıklı elektronik elemanlardır. Ve mosfetlerin ısınmasını önlemek, daha fazla akım için elverişli olmasını sağlamak için çok çeşitli yollar izlenilmektedir.
Motor sürücüsünü okumadan önce mosfetler hakkındada bir kaç şey öğrenmek istiyorum diyorsanız şu sayfaya bakabilirsiniz;
Mosfetler: http://elektronikhobi.net/mosfetler/
Şimdi 24 voltluk motorlar için yaklaşık 6 amperlik bir motor sürücüsü oluşturalım. Bunun için N Kanallı Çoğalan Tip Mosfet (IRFZ44N) kullanıyoruz. Ve bu mosfetler ile bir H köprüsü oluşturuyoruz. Şu şekilde;
Görüldüğü gibi mosfetlere verilen logic değerlere göre akan akımın yönünü değiştirdik. Doğal olarak motorun yönünü de değiştirmiş olduk. Fakat burada sıkıntı, motor terminali, source bacakları ile bağlantılı olan mosfetlerde. Bu mosfetler yeteri kadar açılmıyorlar. Bu yüzden de ısınıyorlar. Source bacağına bağlanan motorun iç empedansı sayesinde mosfet üzerine bir voltaj düşmesi söz konusu oluyor. Bu voltaj, ters yönde mosfet içerisindeki elektrik alan bariyerlerinin büyümesini sağlıyor. Bu sayede mosfetler tam açılmıyorlar.
Normal şartlarda mosfetimiz açıldığında şöyle oluyor;
Yani mosfet üzerinde yüksek bir voltaj söz konusu değil. Fakat Motorun iç empedansı mosfetin source bacağına bağlandığında;
Motorun çok küçük olan empedansından dolayı mosfet üzerine voltaj düşüyor. Bu voltaj, kirşof akım kanunundan da görülebilir. Mosfet üzerine düşen voltaj, içerideki elektrik alan bariyerlerini destekleyip büyümesini sağlıyor bu sayede drain-source akımını azaltıyor. Aynı zamanda da mosfetin ısınmasını sağlıyor. İşte bu probleme karşı geliştirilen çözümler, motor sürücü yapımının en can alıcı kısımı. Gate voltajını bir şekilde arttırarak mosfeti daha fazla açamamız gerekecek. Şöyle;
Gördüğünüz gibi mosfeti neredeyse tamamen açtık. Fakat gate voltajını dijital olarak kontrol etmemiz lazım yani normal şartlarda 5V verdiğimizde mosfetimiz açık durumunda olması gerekiyor. O halde logic voltajı yükseltip gate bacağına uygulamalıyız. Bunu transistör, mosfet, fet, kullanarak çok değişik yollardan yapabilirsiniz.
Ben optocoupler kullanarak yaptım. Optocoupler optik bir transistördür. Optocoupler ile üstteki mosfetlerin gate bacağına giden voltajı motoru besleyen voltaj ile yükseltmiş oldum fakat bu halen yeterli değil. Çünkü ben optocoupler ın ledine giden voltajı kesince emiter bacağındaki voltaj yavaş yavaş düşüyor. Bunun sebebini sanırım transistörün kapasitif etkisinden kaynaklanıyor bunu önlemek için ise şöyle bir dizayn geliştirdim;
Burada figür 3 e baktığımızda Tj olarak belirtilen sıcaklık değerleri görülmekte. Mosfetin direnç değeri sıcaklığa göre değiştiği için akım değerleride etkileniyor bu yüzden iki ayrı çizgi ile ifade edilen iki ayrı grafik çıkarılmış. Tj=25 derecedeki çizgiye bakarak uyguladığımız gate voltajına göre alabileceğimiz optimal drain-source akımını görebiliyoruz. Bu grafiğe bakarak tasarladığımız motor sürücümüzün hangi akım değerlerinde fail verip ısınacağına karar verebiliriz.
