Chương 3 XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ỨNG DỤNG CHO ROBOT DI ĐỘNG
3.1.4. Thiết kế mạch cầu H điều khiển động cơ bằng vi mạch L289N
Hình 3.4. Vi mạch L289N
Hình dáng bên ngoài vi mạch L289N như ở hình 3.4. L289N là một vi mạch tích hợp sẳn hai mạch cầu H bên trong với chuẩn điều khiển TTL, không có diode nội bảo vệ mosfet. Chịu tải tối đa trên mỗi cầu là 2A, điện áp khoảng 40VDC, mức logic “0” ở ngõ vào lên tới 1,5A nên có khả năng khử nhiễu cao.
Trong ứng dụng này, động cơ DC chỉ có dòng tải khoảng vài trăm mA khi hoạt động bình thường và tối đa là 2A khi quá tải. Tuy nhiên ta cũng nên thiết kế bộ điều khiển mở bằng cách nối song song hai mạch cầu H bên trong vi mạch L289N như ở hình 3.5 để có thể sử dụng cho các động cơ lên tới 4A cho các ứng dụng đòi hỏi cao hơn. Trong các trường hợp nguy hiểm như ngắn mạch do va chạm, hoặc tuột dây nối, cần có mạch cầu bảo vệ chống ngắn mạch bằng phần cứng để đáp ứng kịp thời.
Ngoài ra, khi điều khiển tốc độ động cơ, cần dùng tín hiệu PWM ở tần số cao để tránh những tiếng ồn do động cơ tạo ra, nhất là ở khoảng tần số 1KHz đến 3KHz. Thông thường ta có thể sử dụng tín hiệu PWM khoảng 5KHz trở lên. Ở đây chúng tôi sử dụng tần số 10KHz.
Hình 3.5. Nối song song hai mạch cầu H của vi mạch L289N
Hai chế độ dừng của L298N rất thuận lợi. Dừng tự do (free stop) được thực hiện khi chân “enable” được kéo xuống mass. Dừng nhanh hay phanh (fast stop-break) được thực hiện khi hai ngõ vào có cùng mức logic. Trường hợp dừng tự do chỉ được dùng khi điện áp hồi tiếp đo dòng tải ở chân “sense” vượt quá cho phép và được dừng bởi chương trình điều khiển. Tất cả các trường hợp dừng khác đều dùng biện pháp dừng nhanh. Như vậy, trong trường hợp ngắn mạch, động cơ sẽ được duy trì ở trạng thái phanh.
L298N không có diode nội để bảo vệ các mosfet nằm bên trong, do đó, cần có các diode ngoài để bảo vệ như ở hình 3.6. Để đảm bảo điều khiển ở tần số PWM cao, cần dùng diode nhanh có điện trở thấp. Diode chuyên dụng để điều khiển động cơ là các diode fast recovery Schottky. Nhưng ở tần số thấp như trong ứng dụng này, vẫn có thể dùng loại 1N4007. Toàn bộ mạch nguyên lý của mạch cầu H điều khiển động cơ bằng vi mạch L289N như ở hình 3.7 sau:
Hình 3.7. Mạch nguyên lý điều khiển động cơ