정밀 DC 모터 속도 제어를 위한 신뢰할 수 있는 PWM 회로 설계

DC 모터의 속도를 제어하는 여러 가지 방법이 있습니다. 그러나 가장 선호되고 간단한 방법 중 하나는 펄스 폭 변조(PWM) 회로를 사용하는 것입니다. PWM(펄스 폭 변조)은 오랫동안 관성 부하를 구동하는 데 사용되는 기술입니다. 모터 드라이버 제어에 펄스 폭 변조를 사용하면 여러 이점이 있습니다.

하지만 아마도 가장 큰 이점은 트랜지스터가 완전히 'OFF' 또는 'ON' 상태이므로 스위칭 도체의 전력 손실이 작게 유지된다는 것입니다. 이 기사는 PWM 회로 설계 방법에 대해 논의합니다. 여기에서는 전자 신호 전송 전력을 줄이기 위한 수단으로 전기 신호를 이산적인 부분으로 효과적으로 절단하는 것과 같은 중요한 문제에 대한 논의가 있을 것입니다.

PWM 회로 전문 소개

펄스 폭 변조(PWM)는 디지털 신호 유형을 설명하는 데 사용되는 용어입니다. 펄스 폭 변조는 정교한 제어 회로 등 수많은 응용 분야에서 사용됩니다. PWM이 많이 사용되는 표준 방법은 LED 디밍 제어와 서보 모터 방향 제어입니다.

펄스 폭 변조 회로는 전기 신호 전송 중 평균 전력을 줄여 작동합니다. 신호를 이산적인 부분이나 샘플로 분리하여 그렇게 합니다. 앞서 언급했듯이 통신, 전압 조절, 서보 모터 제어, 디지털 회로, 모터 속도 제어 등 수많은 이점과 용도가 있습니다.

펄스 폭 변조 회로는 작동 시 소음을 많이 내지 않기 때문에 많은 사용자에게 최고의 선택입니다. 처리 중 약간의 소리를 내는 아날로그 신호와 달리 펄스 폭 변조 회로는 노이즈 면역성이 있고 고효율입니다. 더 좋은 점은 펄스 폭 변조 회로가 경제적이고 많은 공간을 필요로 하지 않는다는 것입니다. 펄스 폭 변조 회로는 다른 회로 설계만큼 까다롭거나 힘들지 않습니다. 이러한 회로 제조에 필요한 구성 요소는 조립하기 쉽습니다.

또한 펄스 폭 변조 회로 제조 또는 생산에 따라야 할 단계는 다른 회로 설계와 달리 매우 편안합니다. 펄스 폭 변조 회로는 최소한의 하드웨어를 사용하여 아날로그 회로로 다시 쉽게 변환할 수 있습니다.

PWM 회로의 듀티 사이클, 주파수, 펄스 폭

듀티 사이클

앞서 언급했듯이 펄스 폭 변조 신호는 특정 시간 동안 켜진 상태를 유지한 다음 나머지 시간 동안 꺼집니다. 'ON'과 'OFF' 기준으로 작동합니다. PWM 신호를 더 유용하고 독특하게 만드는 측면은 듀티 사이클을 제어하여 특정 시간 동안 켜진 상태로 유지하도록 설정할 수 있다는 사실입니다. PWM 신호가 켜진 상태이거나 HIGH인 시간의 백분율 또는 비율을 듀티 사이클이라고 합니다.

신호가 켜진 상태로 유지되면 100% 듀티 사이클입니다. 하지만 항상 꺼져 있으면 0% 듀티 사이클입니다. 듀티 사이클 계산 공식은 다음과 같습니다:

듀티 사이클 = 켜진 시간 / (켜진 시간 + 꺼진 시간)

PWM 주파수

펄스 폭 변조 회로의 주파수는 PWM이 한 주기를 완료하는 속도, 즉 얼마나 빠른지를 결정합니다. 한 주기는 펄스 폭 변조 신호의 완전한 ON 및 OFF 기간입니다. 일반적으로 많은 마이크로컨트롤러가 생성하는 펄스 폭 변조 신호는 약 500Hz입니다. 이러한 주파수는 컨버터 및 인버터와 같은 고속 스위칭 구성 요소에서 많이 사용됩니다.

그러나 모든 응용 분야가 높은 주파수를 필요로 하는 것은 아닙니다. 예를 들어 서보 모터를 제어하려면 약 50Hz 주파수의 PWM 신호를 생성해야 합니다. 간단히 말해, 펄스 폭 변조 신호가 켜지고 꺼지는 속도는 PWM 신호의 주파수에 의해 결정됩니다.

PWM 회로의 펄스 폭

PWM 회로는 펄스 폭(PW)으로 구성됩니다. 정의에 따르면 펄스 폭은 단일 펄스의 상승/하이 에지와 하강/로우 에지 사이의 경과 시간 또는 소요 시간입니다. 펄스 폭은 전송에 사용되는 일반적으로 캐리어 신호인 다른 신호의 지속 시간입니다. 이러한 측정을 정확하고 반복 가능하게 하기 위해 전력 레벨의 50%가 기준점으로 사용됩니다.

PWM 회로 만드는 방법

PWM 회로 만들기는 그렇게 어려운 작업이 아닙니다. 다음은 PWM 회로를 만드는 데 필요한 몇 가지 재료입니다. 광택 종이

• 동박 적층 보드
• 아세톤
• 염화 제2철
• 레이저 프린터
• 가위
• 마커 펜
• 플라스틱 용기
• 사포
• 안전 장갑
• 톱
• 라텍스 장갑

1단계: 회로 설계

PCB 설계 소프트웨어에서 회로도 다이어그램 설계를 시작하세요. KiCad, Express PCB, Dip Trace, NI Multisim, Altium Designer 같은 설계 소프트웨어를 사용할 수 있습니다. EAGLE PCB 설계 소프트웨어가 최상의 옵션입니다.

2단계: PCB 레이아웃 설계

회로도 다이어그램 설계 완료 후 이제 PCB 레이아웃을 개발할 차례입니다. 가급적 Eagle EDA 도구를 사용하세요. 완료 후 PCB 제조용 레이아웃을 광택 종이에 인쇄하세요. PCB 제조에는 레이아웃 실패 가능성이 높아 최종 제품 기능에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 광택 종이에 여러 PCB 레이아웃이 있습니다. 여기서는 레이저 프린터만 사용하세요. 여기에 필요한 구성 요소는 다음과 같습니다:

• 헤더 (2.54mm)
• PCB: FR4 유리 섬유
• 스크류 터미널 블록
• 커패시터 - 0.1 uF (104)
• 저항기
• 1N5403 - 다이오드 (3Amps)
• TLP250 - 게이트 드라이버
• IRFP460 - 파워 MOSFET

3단계: 납땜 공정

파워 MOSFET를 구동하려면 IC 게이트 드라이버를 사용하세요. 하지만 다시 TLP250 IC는 IGBT와 파워 MOSFET의 게이트 드라이버 회로에 적합합니다. PWM 컨트롤러를 사용하여 LED 밝기 레벨을 제어하거나 LED 드라이버로 사용할 수도 있습니다. PWM 컨트롤러는 PWM 디머와 동일한 역할도 수행합니다.

4단계: MOSFET 전력 소산 계산

네 번째 단계는 전력 소산 계산입니다. 다음은 전력 소산 계산 공식입니다:

P = R × I²

P = R_ds(ON) × I²

여기서,

P = 전력

I = 전류

R_ds(ON) = 드레인-소스 온 상태 저항

5단계: 히트싱크 없는 최대 전력 소산

전력 소산은 지정된 열 조건 하에서 MOSFET가 소산하는 최대 전력입니다. PWM 회로 구축을 위한 다섯 번째 단계는 히트싱크 없이 최대 전력 소산을 계산하는 것입니다. 전력 소산 계산은 간단합니다. 정션 온도를 가져와 주변 온도를 뺀 다음 최대 정션-주변 열저항으로 나누면 됩니다.

Pd = Tj (max) – TA

RθJA

6단계: PWM 드라이버 인터페이싱

이것은 PWM 회로를 향한 마지막 단계입니다. PWM 드라이버를 인터페이스하거나 완료하려면 점퍼 와이어, PWM 드라이버, Arduino UNO 보드, DC 모터, SMPS, 10k 포텐셔미터가 필요합니다.

유의사항

지침을 주의 깊게 따르지 않으면 PWM 회로 설계가 어려운 작업이 될 수 있습니다. 현실에서는 책이나 인터넷에서 찾는 것과 조금 다를 수 있음을 알 수 있습니다. 안전을 위해 여러 문제를 고려해야 합니다. 예를 들어, 필요한 모든 재료가 제자리에 있는지 확인해야 합니다.

또한 표시된 대로 처음부터 끝까지 모든 단계를 따라야 합니다. 안전 관련 문제도 고려해야 합니다. 깨끗하고 안전한 환경에서 작업하는지 확인하세요. 또한 전력 소산, 저항기 와트, 마이크로컨트롤러 사용 등 필수적인 측면 계산에 익숙해야 합니다.

응용 분야

PWM 회로는 다양한 응용 분야에서 사용됩니다. PWM 컨트롤러가 사용되는 적절한 예는 다음과 같습니다:

• DC 모터 속도 제어용
• LED 라이트 스트립 및 LED 조명 밝기 제어용
• 톤 생성용
• DC 파워 히터 응용 분야
• DC 구동 구성 요소용

PWM 컨트롤러 설정 원하시나요? 연락주세요

PWM 컨트롤러 설정은 어려운 작업이 될 수 있습니다. 대다수 사람들은 PWM 컨트롤러 설정에서 어려움을 겪습니다. PWM 컨트롤러 설정이 힘드신가요? 걱정하지 마세요. WellPCB에서 도와드리겠습니다. 우리가 도울 수 있는데 침묵 속에서 고통받지 마세요. 우리는 PWM 모터 컨트롤러의 모든 측면을 이해합니다. 귀하가 앉아서 쉬는 동안 모든 것을 설정해 드리겠습니다. 귀하의 용도에 따라 부하를 설정하고, 단락을 피하기 위해 모든 배선을 연결하고, PWM 컨트롤러의 최대 전력 소산을 계산해 드립니다.

결론

앞서 언급했듯이 DC 모터 속도 제어는 여러 방법으로 달성할 수 있습니다. 그러나 펄스 폭 변조 사용이 최선이자 가장 신뢰할 수 있는 방법입니다. DC 모터 속도 제어에 펄스 폭 변조 사용과 관련된 많은 이점이 있습니다. 그중 일부는 작은 전력 손실과 일정한 모터 전압입니다. PWM 모터 제작은 지침을 모두 따르지 않으면 좌절스러운 연습이 될 수 있습니다. PWM 컨트롤러 개발 및 설정이 어렵다면 도움을 위해 저희에게 연락하세요. 우리는 수십 년의 경험과 전문성을 가진 최고의 전문 PWM 설계자들입니다.