Um rápido

Equipe DN | 31 de outubro de 2016

Anos atrás, meu amigo Steve Titus queria experimentar alguns projetos de rotores de drones. Ele precisava de um controlador de motor simples que pudesse operar de 8V a 12V e fornecer amperes de corrente a um motor DC usado em aeronaves controladas por rádio (figura 1).

Eu criei um design baseado no clássico chip TL494 PWM (modulação por largura de pulso) (Figura 2 ). Este chip da Texas Instruments é adquirido pela ON Semi, bem como por outros. Os distribuidores carregam o chip em pequenas quantidades com preços de 24 centavos em 1000 a 60 centavos cada (2016). Aprendi a amar esse chip quando consultei a Teledyne. Eu projetei fontes de alimentação para bloqueadores de radar em caças F-16. O TL494 veio em um pacote DIP de cerâmica para que você possa usá-lo em projetos mil-spec ou para aplicações industriais ultraconfiáveis. Hoje em dia eu projetaria em um SOIC para o tamanho pequeno e resistência à vibração. A peça ainda vem em TSSOP para microminiaturização.

Para obter a grande amperagem que Steve exigia, fiz com que o chip acionasse um grande transistor PNP Darlington de lata de metal TO-3 que suporta 100 V e 16 A. Como a indutância do motor e os fios conectados a ele podem gerar picos de comutação ainda maiores que 100V, é necessário colocar um diodo de fixação robusto no motor (Figura 3).

Figura 4; O circuito aplica pulsos ao motor (vermelho). Isso é baseado na tensão de controle atingindo um limite definido (amarelo). A corrente no motor chega a 4 Amperes, e depois cai no tempo desligado (verde). Pequenas oscilações na corrente são devidas à indutância do motor e fiação interagindo com a capacitância do diodo de amortecimento.

Você efetua o controle de velocidade do motor dividindo a tensão de entrada CC em pulsos de largura variável. Eu escolhi C3 e R5 para dar uma frequência operacional de 8,7 kHz. Se o IC não cortar, ele aplica a tensão total da bateria ao motor. Se aplicar pulsos curtos e estreitos ao motor, a tensão média é baixa e o motor funciona lentamente (figura 4 ). Com pulsos extremamente estreitos, não há tensão aplicada ao motor e ele para de girar. Sem carga no motor, a forma de onda da tensão pode parecer esquisita, pois a EMF (força eletromotriz) do motor cria tensão como um gerador.

Designers e Inovadores.Saiba mais sobre alguns dos designers e inovadores mais recentes e o que eles estão fazendo na ESC Silicon Valley, de 6 a 8 de dezembro de 2016 em San Jose, Califórnia. Inscreva-se aqui para o evento, organizado pela empresa controladora da Design News, UBM .

Embora possa parecer brutal aplicar esses pulsos ao motor, lembre-se de que os motores funcionam com magnetismo e o magnetismo é feito com corrente, não com tensão. Assim, enquanto o controlador aplica pulsos de tensão, a indutância do motor transforma isso em rampas de corrente proporcionais à tensão.

Para o projeto mecânico, comprei alguns dissipadores de calor em um ferro-velho que já foram perfurados para montar um transistor TO-3. Usei isoladores de mica e pasta térmica quando os montei. Os prisioneiros da montagem do transistor também se distanciaram e montaram a placa de circuito. Também peguei alguns potenciômetros deslizantes de 10 quilo-ohms no ferro-velho. Eu coloquei a placa no ProCAD. Para fazer a placa de circuito usei placas pré-revestidas que apliquei transparências da minha impressora a laser. Depois que o fotorresistente foi exposto, coloquei-o em uma bandeja de cloreto férrico aquecido.

Eu também pediria o PCB de uma loja de fabricação rápida decente, em vez de mexer com material de PCB fotorresistente, transparências e cloreto férrico. Em algum momento, é mais fácil fazer as pranchas, especialmente agora que sei que o design básico funciona bem.

Outro arrependimento que aprendi da maneira mais difícil. Certa vez, projetei um protótipo com peças de ferro-velho para entregá-lo ao cliente o mais rápido possível. Ele amou e pediu mais 50. Quando voltei ao ferro-velho, eles não tinham essas quantidades disponíveis. Eles não tinham ideia de onde conseguir mais das mesmas peças. Agora eu fico com distribuidores de linha principal como a Allied, então sei que posso obter quantas peças precisar, elas não são falsificadas e meus colegas engenheiros e hackers podem solicitar exatamente as mesmas peças. A reprodutibilidade é uma parte essencial do método científico. A BOM (lista de materiais) abaixo tem peças disponíveis em vez do dissipador de calor e pote de salvamento e outras peças neste protótipo.