دانلود مقاله شارژ باطری های نیکل و کروم

استفاده از باطری های شارژی امروزه در دوربین های عکس بردای و فیلم برداری و هم چنین مدارات الکترونیکی کاربرد فراوانی دارد اما همیشه مشکل اصلی خرابی باطری ها و یک بار مصرف بودن ان ها میباشد ، البته با وجود باطری های شارژی این مشکل تا حدی حل شده است و نیاز نیست تا مدام برای مدار و یا دوربین خود باطری معمولی بخرید ، میتوانید با خرید باطری های شارژی از شر خرید مداوم باطری های یک بار مصرف رها شوید اما مسئله ای که این جاپیش میاد این است که باطری ها شارژی همانطور که از نامشان پیداشت نیاز به شارژ کردن دارند.

مدار امروز یک شارژر برای باطری های نیکل کادمیوم هست که با آن میتوانید تا۴ باطری را همزمان شارژ کنید و هم چنین ساخت این مدار ساده میباشد.البته یک نکته ای را باید بگم و این که در نقشه از یک ترانس ۳ سر استفاده کرد که ولتاژ هرکدام ۹ ولت میباشد و سرهای آن را با دیود یک سو کرده و به هم وصل کرده است اما شما میتوانید از یک ترانس ۲ سر معمولی ۹ ولت ۳۰۰ میلی آمپر نیز استفاده کنید.

میتوانید خروجی ترانس دو سر را بتدا توسط دیود یکسو کرده و سپس به دو سر خازن ۲۲۰ میکرو فاراد بدهید به صورتی که طرف مثبت خروجی ترانس به سر مثبت خازن و سیم منفی به سر منفی خازن وصل شود.

اما در مدار از ۲ ترانزیستور به نام های Q1,Q2 استفاده شده است که شماره ان ها و نام پایه های آن در عکس نیز نشان داده شده است و شماره آن ۲sc458 میباشد البته اگر خود ترانزسیتور را نتوانستید تهیه کنید میتوانید از انواع مشابه آن استفاده کنید و در مدار از یک آی سی lm317 نیز استفاده شده است که با توجه به میزان شارژ شدن باطری ، ولتاژ و جریان را از خود عبور میدهد و به کمک یه مقاومت که در خروجی ان قرار دارد از میزان جریان عبوری نمونه میگیرد و در صورتی که باطری شارژ شده باشد دیگر جریانی از مدار عبور نخواهد کرد و عمر باطری شما نیز افزایش خواهد یافت.

اما نکته دیگر در ۲ قسمت از مدار از کلید sw1 استفاده کرده است که یک کلید ۳ حالته۸ پایه میباشد و با قطع و وصل کلید پایه های سمت چپ و راست کلید جداگانه به کنتاکت های اصلی قطع و یا وصل میشوند بدین صورت که اگر شما در ترمینال خروجی ۲ عدد باطری برای شارژ کردن گذاشته باشد باید کلید را در حالت ۱ قرار داد در این صورت کنتاکت کلید که در قسمت بالا در وسط شکل نشان داده شده است بر روی ۳.۱ ولت و کنتاکت کلید در قسمت پایین سمت راست مدار بر روی ۲.۴ ولت قرار خواهد گرفت .جهت راهنمایی عکس زیر را گذاشتم تا ابهامی پیش نیاد اگر خواسته باشید ۳ باطری را با هم شارژ کنید باید کلید را در حالت ۲ قرار داده تا کنتاک بالای بر روی ۵.۵ ولت و کنتاکت پایین بر روی ۴.۸ ولت قرار گیرد و اگر خواسته باشید ۴ باطری را با هم شارژ کنید باید کلید را در حالت ۳ قرار داده تا کنتاکت بالای بر روی ۱۰.۳ ولت و کنتاکت پایینی بر روی ۹.۶ ولت قرار گیرد.

هم چنین در این مدار ترانزستور های Q1,Q2 مدار رگولاتور فیدبک با مقایسه کننده ترانزیستوری رامیسازند که با توجه به جریان مدار از سوختن دیود زنر و هم چنین اسیب رسیدن به باطری ها جلوگیری میکند شارژر خودکار باتری های نیکل کادمیوم این مدار برای شارژ دو عدد باتری سایز قلمی با جریان 350ma مناسبه.یه ورودی 12 ولت هم احتیاج داره که با یه آداپتور میتونید تامین کنیید.طرز کارش هم همینجوری که میبینید از یه آی سی lm311 تشکیل شده که کار مقایسه ولتاژ باتری را با ولتاژ مرجع که توسط مولتی تریمر 20k تامین میشه را انجام میده .و شما باید مولتی تریمر را طوری تنظیم کنید که روی پایه سوم lm311 ولتاژ 2.78V را داشته باشید .وقتی ولتاژ باتری به 2.78v رسید خروجی lm311 افزایش خواهد یافت و ترانزیستور q1 خاموش خواهد شد .led مدار هم وقتی روشن هست نشانه در حال شارژ بودن باتری هاست و وقتی خاموش شارژ تکمیل شده باشه.همین دیگه، .

اگه خواستین تغییری ایجاد کنید فایل pcb که با پروتل dxp طراحی شده را هم قرار دادم.موفق باشید.

لازم هست که من توضیحی در مورد نحوه کار شارژر این نوع باطری های نیکل کادمیوم بدهم.

معمولاً جهت شارژ اینگونه باطری ها ما یک جریان ثابت را به باطری اعمال میکنیم و سپس با اندازه گیری مقدار ولتاژ باطری از روند شارژ مطلع میشویم زمانیکه ولتاژ باطری به حد مطلوب برسد جریان شارژ باید قطع شود.

اما نکته مهم اینجاست که میزان جریان شارژ به چه عواملی بستگی دارد؟

و باید چگونه آنرا انتخاب نمود؟

اگر شما به باطری های قابل شارژ توجه کنید می‌بینید که در کنار ذکر ولتاژ هر باطری میزان ظرفیت آنرا بصورت mAh میلی‌آمپرساعت ذکر میکنند.

در صورتی که بر روی یک باطری مقدار ظرفیت آنرا 1000mAh مشخص کرده باشند و مدار شما جریان 100mA مصرف کند.

این باطری تا 10 ساعت میتواند جریان مدارتان را تامین کند.

در واقع جهت محاسبه این زمان کافیست مقدار ظرفیت هر باطری بر مقدار جریان مصرفی تقسیم شود.

مقدار جریان شارژ هر باطری نیز بر اساس میزان همین ظرفیت تعیین و مشخص میشود.

در هنگام شارژ باطری دو روش جهت شارژ وجود دارد.

در روش اول سرعت شارژ باطری کم است و دلیل آن جریان شارژ است که به اندازه یکدهم ظرفیت باطری است.

بطور مثال اگر یک باطری 1800mAh داشته باشیم جریان شارژ آن برابر با 180mA انتخاب میشود.

در این حالت ده ساعت جهت شارژ کامل نیاز خواهد بود.

با وجود اینکه این زمان نسبتاً طولانی است.ولی دارای مزایایی هم هست.

منجمله اینکه در صورتیکه پس از شارژ کامل باطری، جریان آن قطع نشود و حتی باطری تا مدت چندین روز زیر شارژ باشد مشکلی برای آن بوجود نمی‌آید.

از طرفی مشکل حافظه دار شدن باطری در صورت دفعات شارژ زیاد و قبل از دشارژ کامل وجود نخواهد داشت.

این حالت بخصوص برای مدارتی که در آن باطری بصورت مداوم زیر جریان شارژ است مناسب خواهد بود.

در حالت دوم که حالت شارژ سریع نامیده میشود.

جریان شارژ به میزان یک سوم ظرفیت باطری انتخاب میشود.

یعنی برای یک باطری 1800mAh جریان شارژی برابر با 600mA انتخاب میشود.

در این حالت زمان شارژ به سه ساعت کاهش می‌یابد.

البته در حالت اخیر زمان شارژ در حد قابل قبولی کاهش یافته ولی در صورتی که به هر دلیلی پس از شارژ جریان قطع نگردد و باطری زیر شارژ بماند لطمه خوردن باطری حتمی است!

از طرفی در صورت استفاده شارژر بطور مکرر در حالیکه هنوز شارژ دارد باعث صدمه دیدن باطری و حافظه دار شدن آن میگردد.

حال که با مبانی اولیه شارژرها آشنا شدید به بررسی مدار ساخته شده میپردازیم.

در این مدار من از آی‌سی LM317 جهت تهیه جریان ثابت استفاده کردم.

همانطور که می‌دانید.

این آی‌سی یک رگولاتور خطی است که ولتاژ خروجی آن 1.25 ولت است.

در این مدار ولتاژ 1.25 ولت در دو سر مقاومت R1 قرار داده میشود.

و با توجه به اینکه مقدار این مقاومت 12 اهم انتخاب شده لذا جریان 104.16mA از آن عبور خواهد کرد.

این جریان بدلیل ثابت بودن ولتاژ خروجی رگولاتور و مقدار مقاومت، همیشه ثابت است و لذا میتوان از آن برای شارژ باطری استفاده نمود.

از طرفی چون مقدار ظرفیت باطری که من شارژر را برای آن طراحی کردم 1050mAh بود و جریان شارژ آن باید در حدود 105mA باشد.

که جریان مدار مناسب این باطری است.

در صورتیکه شما باطری دیگری با جریان شارژ متفاوت با این مدار استفاده میکنید.

کافیست مقدار 1.25 را بر جریان شارژ باطری تقسیم کنید، تا مقدار مقاومت R1 مورد نیاز مدارتان بدست آید.

در این مدار LED قرمز رنگ D1 هم در زمان شارژ باطری از طریق ترانزیستور Q1 روشن میشود.

با اینکه این مدار بواسطه جریان شارژ آن مشکلی برای باطری بوجود نمی‌آورد، ولی باز هم در آن من مداری طراحی کردم که باطری را پس از شارژ کامل از مدار خارج میکند.

این مدار از یک مقایسه کننده ولتاژ U2 تشکیل شده است که ولتاژ دوسر خازن C1 را با 2.4 ولت مقایسه میکند.در صورتیکه باطری شارژ کامل باشد.

ولتاژ آن به 9.6 ولت میرسد که بدلیل سری بودن آن با خازن C1 ولتاژ خازن به اندازه ولتاژ باطری از ولتاژ 12 ولت مدار کمتر خواهد شد.که همان 2.4 ولت میشود.

حال درصورتی که باطری خالی باشد، ولتاژ C1 بیشتر از 2.4 ولت خواهد بود و در نتیجه خروجی U1 صفر میشود و ترانزیستور Q2 خاموش است.

در نتیجه رله RL1 هم خاموش خواهد بود.

در این وضعیت سر مثبت BAT+ باطری از طریق کنتاکت بسته رله به ولتاژ 12 ولت وصل خواهد بود و سر منفی BAT- باطری هم به خازن C1 متصل است و شارژ میشود.

پس از اینکه باطری شارژ شد ولتاژ خازن C1 کاهش می‌یابد و در نتیجه خروجی آی‌سی LM111 مثبت میشود و ترانزیستور Q2 را فعال میکند و باعث روشن شدن رله میگردد.

با روشن شدن رله باطری از مسیر شارژ خارج میشود و LED1 خاموش میشود و از طریق کنتاکت دیگر رله LED2 سبز رنگ به معنای شارژ کامل باطری روشن میشود.

باتری های قابل شارژ دیگر دارند جای بقیه باتری ها رو میگیرند ولی یک مشکل بزرگی که دارند شرایط نگهداری و شارژ اونهاست که اگه بد نگهداری شوند عمرشون به شدت کم می شود خوب این باتری ها انواع مختلفی دارند و کاربردهای بیشتری ، در زیر چند تا از آنها که بیشتر استفاده می شوند فهرست شده است: ۱ - باتری های سربی اسیدی : بی کلاس ترین نوع باتری هاست ولی قیمت تقریبا خوبی دارند البته نسب به ظرفیتی که دارند راستی ظرفیت باتری ها را همون آمپر ساعتشون را در نظر بگیرید که معمولا روی خود باتری ها هم مشخص شده و به این معنی که اگه آن جریان را ازش بکشید یک ساعت کار می کند.

برای مثال باتری های ماشین که معمولا از نوع سربی اسیدی هستند معمولا ۶۰ آمپر ساعتند و این یعنی اینکه اگه ۶۰ آمپر از اون جریان بکشین یک ساعت طول می کشه تا باتری خالی بشه ۲ - باتری های نیکل کادمیوم : تقریبا معروف ترین نوع باتری هاست که در اندازه های AA و AAA ساخته می شن (همون قلمی و نیمه قلمی) که معمولا برای یک باتری سایز AA دارای آمپر ساعت 800mAh می باشند.

البته این اعداد رو فقط برای مقایسه می دم وگرنه در مدلهای متنوعی تولید می شن برای شارژشون در حالت استاندارد نیاز به 15 ساعت زمان با جریان .1 c (این گوشه بگم که C همون آمپر ساعت باتریه (ظرفیت) مثلا 800mA) برای شارژ سریع هم میتونین 5 ساعت زمان رو در نظر بگیرین ولی چیزی که باید یادتون باشه باتری رو بیش از حد شارژ نکنین ولی چه جوری یکی از نکاتی که باید رعایت کنین زمان شارژ که مثلا برای یه باتری خالی از تقسیم آمپر ساعت باتری به جریان شارژ ضرب در 1.5 (البته این رو می تونین 1.2 هم در نظر بگیرین بستگی به نوع باتری داره و در واقع راندمان باتری رو می رسونه یعنی 1.5 برابر جریانی رو که ازش در زمان معینی می گیرین باید برای شارژ بهش بدین ریاضی تون که خوبه با یکی دوتا تناسب می فهمین چه چوری به دست می یاد) و اما تعریف باتری خالی (دیگه داره می شه کلاس ریاضی) باتری را خالی گویند که به ازای هر سلول 1 ولت برق داشته باشه.(سلول؟) و اما سلول : این نوع باتری ها از سلول هایی تشکیل می شن که هر کدوم 1.2 ولت در حالت معمولی برق دارن بنابراین باتری هایی رو که م یبینین همگی ضریبی از 1.2 هستند مثل باتری های 3.6 ولتی که در تلفن ها استفاده می شن که اگه نگاه کنین از سه قسمت تشکیل شدن به هر کدوم از اینها یه سلول می گن این سلول ها در حالت پر 1.4 و در حالت خالی 1 ولت برق دارن که اگه از این کمتر یا بیشترشون کنین پدرشون رو در آوردین 3 - باتری های نیکل متال : این باتری ها دارای ظرفیت بیشتری هستند ولی خیلی شبیه به باتری های نیکل کادمیوم تمام اون محاسبات رو براشون می تونین انجام بدین (تقریبا محاسباتی که گفتم کلی هستند) فقط ظرفیت بیشتری دارن و معمولا زمان شارژ کمتری رو هم نیاز دارن 4 - باتری های لیتیوم یون: این باتری ها ظرفیت بیشتری رو نسبت به وزن و حجمشون در مقایسه با مدل های قبلی دارن و معمولا هم توی موبایل ها استفاده می شن و برای کار های رباتیکی نیز خوب هستند.

ولی ایراد اصلی شون منفجر شدنشونه.

هر سلول این باتری ها 3.7 ولتی است و زمان شارژ خیلی کمی دارن می تونین توی یک ساعت هم شارژشون کنین ولی اگه یکم زیاد شارژشون کنین منفجر می شن .

برای شارژشون باید جر یان و ولتاژ شارژ رو کنترل کنین یعنی هیچ کدوم نباید از مقدار ذکر شده تو کاتالوگش بیشتر بشه وگرنه بووووووووم اگه دارین باسرعت خیلی بالا شارژ می کنین مثلا یک ساعت دما هم پارامتر مهمیه بهتر که اون رو هم اندازه بگبرین و اگه از دمای توی کاتالوگ بیشتر بود شارژ رو قطع کنین باتری های دیگری هم هستند ولی همین ها بیشتر کاربرد عمومی ندارن فقط نکاتی رو که باید یادتون باشه 1 - هیچ وقت باتری رو بیش از حد شارژ نکنین چون نتنها فایده ای نداره بلکه عمر باتری رو هم کم می کنه.

2 - باتری نیمه پر رو هم ابتدا خالی کنین بعد شارژ کنین چون نمی دونین چقدر شارژ داره باعث می شین که بیش از حد شارژش کنین.

3 - ولتاژ باتری اصلا ملاک خوبی برای تشخیص مقدار شارژ باتری نیست اگه باتری نیمه پر باشه با کمی شارژ سریع ولتاژ به 1.4 (به اضای هر سلول ) می رسه که به معنی باتری کاملا شارژ است ولی در صورتی که اصلا این چوری نیست.

باتری های لیتیوم یون Li-ion امروزه به علت توان بیشتری که در مقایسه با باتری های Ni-cad یا Ni-mh قدیمی دارند به طور گسترده ای در دستگاههای برقی امروزی به کار می روند اما مهمترین کاربرد آنها در لپ تاپ ها و گوشی های موبایل است.

باتری های ni-cad یک خاصیت جالب دارند و اون اینه که عمرشون به دفعات شارژ و دشارژ شدن بستگی داره در حالی که این موضوع در باتری های لیتیوم وجود نداره.

در واقع باتری های لیتیومی با گذشت زمان توان خروجیشون کم میشه، چه از اونها استفاده بشه و چه نشه.

این باتری ها یه خاصیت جالب دیگه هم دارند و اون اینکه اگر زیر حد معینی دشارژ بشن دیگه قابل استفاده نخواهند بود به همین علت اونها رو شارژ شده تحویل مشتری می دن در حالیکه در باتری های ni-cad حتما باید تا آخرین قطره ی انرژی دشارژ بشن سپس برای استفاده ی مجدد اونها رو شارژ کرد ( به علت اثر حافظه) به همین خاطر برای اولین استفاده باید اونها رو شارژ کرد.

حالا چرا اینها رو گفتم؟

برای اینکه یک عقیده ی قدیمی ( از دوران باتری های ni-cad ) وجود داره که می گه اگر باتری لپ تاپ یا موبایل رو استفاده نکنی عمرش بیشتر میشه.

برای همین خیلی ها رو دیدم که لپ تاپ می خرند و باتریشو خالی می کنند و کنار می گذارند به هوای اینکه باتری سالم بمونه.

یا اینکه باتری گوشی یا لپ تاپ رو تا آخر دشارژ می کنند ( تا جاییکه بگه غلط کردم) و سپس به شارژر وصل می کنند به امید اینکه عمر باتریشون زیاد بشه غافل از اینکه دارن بیشترین ضربه رو بهش می زنن.

بهترین کار برای افزایش عمر این باتری ها معمولا اینه که محدوده ی شارژ و دشارژ شدنشون رو بین 10-90 درصد نگه دارید و از زیادی گرم شدنشون هم جلوگیری کنید.

البته باتری های لپ تاپ معمولا مدارهای ویژه ای برای محافظت در خودشون دارند و لازم نیست شما کاری بکنید.

اما باتری موبایل معمولا نیازمند توجه بیشتریه.

یک نکته ی دیگه هم هست و اون اینکه با این همه نوسان برق تو ایران در عقل آدمی که لپ تاپ می خره اما از باتریش استفاده نمی کنه باید شک کرد.

طراحی و پیاده سازی مدار شارژر باتری و مدار درایور موتورها پیشگفتار در این بخش مراحل کارهای انجام شده و طراحی های صورت گرفته برای ساخت مدارهای شارژر باتریها و درایور موتورهای dc که مورد استفاده قرار گرفته اند به اضافه مدار مولد PWM به طور دقیق تشریح شده است.

ابتدا اجمالاً مطالبی را که در گزارشهای پیشین گفته شد مرور می کنیم- معرفی سلولهای خورشیدی و علت رواج استفاده از آن در سالهای اخیر و همچنین بلوک دیاگرام مدارهای لازم.

بعد از آن به تشریح مدارات لازم و تحلیل آنها خواهیم پرداخت.

3-1- مدار شارژر باتریها در این قسمت به تحلیل مدار شارژر باتری ها و نحوه کار آن می پردازیم.

این مدار در گزارش شماره یک بررسی شده است.

اما به دلیل اهمیت موضوع مجدداً به آن می پردازیم.

بلوک دیاگرام مدار شارژر را در شکل زیر ملاحظه کنید.

بلوک دیاگرام مدار شارژر باتری عملکرد این مدار به این صورت است که انرژی خارج شده از سوی صفحه فتو ولتاییک را رگوله کرده و به باتری می فرستد.

در این سیستم یک پتانسیومتر برای کنترل جریان و ولتاژ، یک طراحی برای شارژ کردن دوره ای باتری و نیز یک خنثی کننده دما برای شارژ بهتر باتری در دماهای مختلف وجود دارد.

هدف از طراحی این مدار یک کنترل کننده شارژ به منظور ساده بودن، بازدهی بالا و قابل اطمینان بودن است.

یک سیستم متوسط خورشیدی قادر است که 12 ولت برق و یا جریانی در حدود 10 آمپر تولید کند.

در این گونه سیستمها یک باتری اسیدی خشک نیز وجود دارد که قادر است انرژی تولید شده از صفحات را در خود نگه دارد و این در حالی است که یک باتری ممکن است که چندصد بار در طول روز شارژ و دشارژ گردد.

مدار نشان داده شده به طور کلی همانند یک سوییچ جریان عمل می کند که بین ترمینال PV و باتری قرار دارد.

در این سوییچ، دیود D1 باعث جلوگیری از برگشت جریان از باتری به سلول خورشیدی می گردد.

هنگامی که ولتاژ باتری از ولتاژ ماکزیمم کمتر باشد، مقایسه گر IC1a روشن می گردد و دو مقدار Q1 و Q3 را با هم مقایسه می کند که این عمل باعث می شود جریان برای شارژ به سمت باتری حرکت کند.

توجه داشته باشید که Q3 یک MOSFET کانال P است که باعث می شود مدار یک زمین مشترک با باتری و صفحه داشته باشد.

هنگامی که باطری به شارژ کامل رسید، IC1a همانند یک مقایسه گر و بر اساس یک Schmidt Trigger Oscilator عمل می کند.

این سوییچ باعث خاموش و روشن شدن جریان سلول خورشیدی می گردد و از نوسان ولتاژ روی نقطه تنظیم باتری جلوگیری می کند.

در نقطه بحرانی یک OP AMP نیاز است که به خوبی عمل کند.

باید به خاطر داشته باشید که OP AMP 741 برای استفاده در این قسمت مناسب نیست و عملکرد چندان خوبی نخواهد داشت.

ترانزیستور Q1 باعث سوییچ کردن بقیه مدار می گردد؛ البته در صورتی که ولتاژ PV به قدر کافی زیاد باشد که بتواند باتری را شارژ نماید.

از طرفی دیگر در شب باعث می شود که این سوییچ خاموش شود.

چرا که ولتاژ کافی در دو سر صفحه وجود ندارد که بتواند باتری را شارژ نماید.

در نتیجه ترانزیستور Q1 در حالت خاموش قرار دارد.

IC2 یک ولتاژ 5 ولت رگوله شده را تولید می کند تا بتواند انرژی لازم را برای مقایسه گرها فراهم نماید و به عنوان یک ولتاژ مرجع عمل می کند.

LED های قرمز و سبز که از قسمتهای IC1a و IC1b خارج می شوند، نشاندهنده عمل شارژ شدن باتری است.

اگر باتری در حال شارژ شدن باشد، LED سبز، روشن خواهد شد و اگر باتری در چنین حالتی نباشد، LED قرمز، روشن خواهد شد.

پایه شماره 5 IC1b تنها به یک نقطه مرکزی نیاز دارد تا همانند یک مقایسه گر عمل کند و تنها به پایه شماره 2 IC1a‌متصل است تا نیازی به زمین نداشته باشد.

مقاومتها و مقاومتهای گرمایی توان بالا در قسمت ورودی IC1a باعث فراهم شدن یک پل می شود که برای مقایسه کردن ولتاژ باتری و ولتاژ مرجعی که از قسمت IC2، R8 و R9 می آید، به کار می رود.

3-2- مدار کنترل کننده موتور:]1 [ و ]2 [ تا این مرحله موفق به مهار انرژی دریافتی از سلولهای فتو ولتاییک و ذخیره آنها در باتری شده ایم.

حال باید از این انرژی در راه اندازی موتورها استفاده کرد.

در این پروژه از دو موتور dc استفاده شده است.

علت استفاده از دو موتور به جای یک موتور، دادن امکان تغییر جهت حرکت با استفاده از تغییر جهت چرخش موتورها و یا تغییر سرعت چرخش آنها به هدایت کننده قایق است.

با این کار عملاً نیازی به استفاده از سکان نیست( هرچند برای شرایط اضطراری باید یک سکان و پدالهای غیر الکتریکی و یا پارو در قایق موجود باشد.).

برای راه اندازی هر موتور باید یک مدار راه انداز طراحی کنیم.

از آنجایی که موتور باید بتواند در هر دو جهت کار کند، بهترین راه حل استفاده از مدار H-Bridge می باشد.

شکل کلی این مدار را در زیر مشاهده می کنید.

دیاگرام مدار راه انداز موتور (H-Bridge) بیس دو ترانزیستور 1 و 4 با یک فرمان و بیس دو ترانزیستور 2 و 3 نیز با یک فرمان تحریک می شوند.

هنگامی که ترانزیستورهای 1 و 4 کار می کنند، ترانزیستورهای 2 و 3 در حالت قطع قرار دارند و جریان از چپ به راست از موتور می گذرد.

هنگامی که ترانزیستورهای 2 و 3 کار می کنند، ترانزیستورهای 1 و 4 قطع می باشند و جریان از راست به چپ از موتور می گذرد.

بنابراین موتور در هر دو جهت قابل راه اندازی است.

در این پروژه به دلیل نیاز به عبور جریان بالا با وجود ولتاژ 30 ولت از موتور، به جای ترانزیستور از IRF740 MOSFET استفاده شده است.

شکل صفحه بعد نیمی از مدار را نشان می دهد.

یعنی با مدار فوق می توان موتور را در یک جهت راه انداخت.

علت پیچیدگی بخش فوقانی مدار جلوگیری از داغ شدن IRF بالایی است.

چون اگر بخواهیم IRF بالایی را با ولتاژ منبع تغذیه اصلی مدار راه بیاندازیم، به علت قرار گرفتن در حالت خطی به شدت داغ می شود و حداقل باعث هدر رفتن انرژی ذخیره شده در باتری می شود.

بنابراین با استفاده از یک منبع تغذیه ایزوله و یک اپتو انکودر 4N26، IRF بالایی را راه انداختیم.

در پیاده سازی انجام شده منبع مستقل با استفاده از یک مبدل dc به dc ساخته شده است.

در واقع برای کل مدار نیاز به دو مبدل DC/DC داریم که بدین منظور از دو IC BMR 614 2410/11 که ساخت شرکت ERICSSON می باشد، استفاده شده است(مدار درایور دو موتور نیاز به چهار مبدل DC/DC دارد.).

نیمی از مدار H-Bridge با جزییات بیشتر طبق آنچه در شکل مشاهده می کنید، فرمان قطع یا وصل توسط یک ولتاژ 5 ولت دیجیتال( که توسط یک رگولاتور 5 ولت فراهم شده است ) به اپتو انکودر رسیده و پس از عبور از آن و تفکیک ولتاژ به یک ترانزیستور BD139 می رسد.

BD139 این ولتاژ را تقویت کرده به گیت IRF بالایی می رساند.

ضمناً همین فرمان نیز به گیت IRF پایینی رسیده و مجموعاً دو IRF باعث حرکت موتور در جهت مورد نظر و یا توقف آن می شوند.

دو دیود نیز روی درین و سورس هر دو IRF برای جلوگیری از امکان آسیب دیدن آنها در اثر جریان برگشتی از موتور قرار داده شده است.

بعد از پیاده سازی مدار فوق، برای دادن فرمان لازم به موتور لازم است توسط یک کلید ولتاژ لازم را به بیس ترانزیستورهای (4و1) و (2و3) بدهیم, به طوری که هر زوج از ترانزیستورها در یک زمان فعال باشند و هیچگاه هر دو زوج به طور همزمان فعال نگردند.

در این مدار اگر کلید هیچیک از پایه های A یا B را به زمین وصل نکند, موتور فعال نخواهد شد.

اگر A به زمین وصل شود, موتور در یک جهت و اگر B به زمین وصل شود, در جهت دیگر خواهد چرخید.

یک کلید مشابه دیگر برای کنترل موتور دوم به کار می رود که عملکرد آن هیچ تأثیری بر موتور اول ندارد.

مشاهده می کنید که در هیچ حالتی امکان ندارد دو زوج ترانزیستور (4و2) و (2و3) به طور همزمان فعال شوند و در مدار اتصال کوتاه ایجاد شود.

شماتیک و نحوه عملکرد کلید کنترل موتور -3-PWM ] 3 [ و ] 4 [ اکنون مداری داریم که قادر به کنترل دو موتور و حرکت آنها در هر دو جهت می باشد.

اما مطلوب آنست که موتورها را با سرعتهای مختلفی به کار بیندازیم.

برای اینکار از روشی به نام PWM (Pulse Width Modulation) استفاده کرده ایم.

در این روش با اعمال یک پالس مربعی به کلکتور ترانزیستورهایی که توسط کلیدها راه می افتد، و تغییر سیکل وظیفه(Duty Cycle) آن می توانیم به سرعت های مختلفی دست یابیم.

ایجاد PWM کاری کلاسیک و دارای روال مشخص است که در ادامه به شرح آن می پردازیم: · تولید پالس مربعی: برای اینکار از یک آی سی تایمر 555 استفاده شده است.

شماتیک این مدار و طرز استفاده از این آی سی را در شکل صفحه قبل مشاهده می کنید.

فرکانس تولید شده در این بخش حدود KHz9 می باشد که با توجه به آزمایشات انجام شده روی موتور و بدست آوردن پاسخ فرکانسی به صورت تجربی محاسبه شده است.

چون موج PWM در نهایت دارای فرکانسی خواهد بود که در این قسمت توسط آی سی تایمر ایجاد شده است.

· تولید لبه: در این قسمت با اعمال موج مربعی تولید شده در قسمت قبل یک مونواستابل (74123) یک لبه با فرکانس KHz9 می سازیم.

· تولید شیب: در این قسمت با استفاده از لبه تولید شده در قسمت قبل و مداری که شماتیک آن را در شکل زیر ملاحظه می کنید، یک تابع دندان اره ای می سازیم.

مدار زیر ساده ترین مدار مولد شیب است که پاسخگوی نیاز ما می باشد.

به طور کلی این مدار یک خازن است که از طریق یک مقاومت سری پر می شود.

ترانزیستوری باید مطابق شکل با خازن موازی شود تا مسیری برای تخلیه خازن وجود داشته باشد.

خازن C1 توسط V و از طریق R1 پر می شود.

R ترانزیستور Q1 را در حالت روشن بایاس می کند، پس خازن در حالت تخلیه است.

با اعمال پالس ورودی منفی به بیس Q1، از طریق C2، ترانزیستور خاموش می شود.

با خاموش شدن Q1، C1 شروع به پر شدن می کند و یک خروجی نسبتاً شیب دار ایجاد می شود.

با اتمام پالس ورودی Q1 مجدداً شروع می شود و به سرعت خازن را تخلیه می کند.

مدار مولد تابع شیب خروجی مدار ساده RC نمایی است نه خطی.

ولی اگر ولتاژ خروجی از ولتاژ منبع تغذیه خیلی کوچکتر باشد، خروجی تقریباً خطی خواهد بود.

· تولید خروجی: آخرین مرحله اعمال تابع شیب به یکی از ورودیهای یک تقویت کننده عملیاتی است که در اینجا به عنوان یک مقایسه کننده عمل می کند.

برای اینکار آی سی OP07 انتخاب شده است.

ورودی دیگر OP07 یک ولتاژ dc است که با استفاده از یک پتانسیومتر بین صفر و پنج ولت(ولتاژهای تغذیه تقویت کننده) تغییر می کند.

با اینکار در خروجی OP07 یک موج مربعی تولید می شود که با چرخاندن پتانسیومتر می توان سیکل وظیفه(Duty Cycle) آن را بین صفر و صددرصد تغییر داد.

خروجی نهایی PWM به مدار درایور موتور اعمال می شود و با چرخاندن پتانسیومتر روی آن می توان سرعت موتورها را کم و زیاد کرد.