роботы
робототехника
микроконтроллеры
Главная
Как сделать робота
Новости
Спорт
Статьи
Wiki
Форум
Downloads
Ссылки
Контакты  

От усилителя тока к драйверу L293.

Внимание: в тексте используются анимированные изображения.

Внутренняя жизнь L293.

В прошлой части статьи мы ознакомились со схемой усилителя тока и описали его работу. Если внимательней рассмотреть такой двухтактный усилитель тока, то можно заметить, что его выход оказывается как бы подключён то к плюсу источника питания, то к минусу, в зависимости от уровня входного напряжения. То есть усилитель тока работает как переключатель, как электронный ключ! В таком случае так и говорят: "усилитель работает в ключевом режиме".


Анимация 1. Принцип работы электронных ключей.

Теперь, чтобы легче понять логику работы L293, заменим её внутреннюю схему на условные блоки в виде электронных ключей или переключателей (Анимация 1-а). Если на таком ключе управляющий сигнал имеет низкий уровень напряжения ("0"), то ключ находятся в одном положении, а если высокий уровень ("1") - то в другом положении.
Внутри микросхемы управляющие сигналы таких электронных ключей соединены определённым образом между собой или выведены наружу к ножкам микросхемы. А чтобы электронный ключ находился в каком то определённом положении, его управляющий электрод может быть притянут к GND (Анимация 1-б) или подтянут к напряжению питания Vs (Анимация 1-в). Резистор в таком случае имеет сопротивление в несколько десятков килоОм и расположен внутри самой микросхемы.
Соединив два электронных ключа (переключатель и замыкатель) как показано на анимации 2, получим часть внутренней схемы L293. На этой анимации показана зависимость состояния ротора мотора от входных сигналов INPUT и ENABLE:


Анимация 2. Зависимость состояния мотора от входных сигналов.


Поняв принцип построения схем на основе электронных ключей, будет нетрудно разобраться и в схеме на рис. 1. Там изображена внутренняя структура L293 с использованием блоков электронных ключей. Такое упрощение позволяет легче понять взаимосвязи сигналов. Следует напомнить, что в нашем случае все управляющие ножки L293 подтянуты через внутренние резисторы к Vss, то есть к плюсу питания логической части микросхемы.


Рис. 1. Структура L293 на электронных ключах.

Для примера проследим цепь от входа "INPUT2" до выхода "OUTPUT2".
До тех пор, пока на ножке INPUT2 присутствует сигнал высокого уровня, электронный ключ К3 будет находиться в указанном на схеме положении. В таком положении К3 может пропускать через себя ток "силового" источника Vs. Этот ток будет течь и через замкнутый ключ К4, но только если на ножке ENABLE1,2 будет высокий уровень. Таким образом ножка микросхемы OUTPUT2 оказывается как бы подключённой к положительному полюсу питания Vs. Если теперь на вход INPUT2 подать низкий уровень, то ключ К3 переключится в противоположное положение и ножка OUTPUT2 через ключи К4 и К3 окажется замкнутой на GND. По схеме нетрудно проследить, что при подаче низкого уровня напряжения на ножку ENABLE1,2 то оба ключа К2 и К4 одновременно перейдут в разомкнутое состояние. При разомкнутых ключах К2 и К4 выходные ножки OUTPUT1 и OUTPUT2 будут отключены от всей схемы, то есть будут "висеть в воздухе" и не зависеть от сигналов на ножках INPUT1 и/или INPUT2.
Аналогично устроены и остальные каналы усилителей тока микросхемы L293. Но нужно помнить, что управление всех четырёх усилителей тока разделено попарно ножками ENABLE1,2 и ENABLE3,4.

Почти так устроены все представители семейства микросхем L293. Отличия могут быть в корпусном исполнении, электрических характеристиках, наличием дополнительных ножек или внутренних элементов (защитных диодов).
Вот краткий перечень типов L293 с указанием основных отличий:

L293B - не имеет встроенных защитных диодов, максимальный ток равен 1000 мА
L293D - имеет встроенные защитные диоды, но максимальный ток равен 600 мА
L293E - не имеет встроенных защитных диодов, но имеются отдельные выводы SENSE
L293DWP - устаревший тип в 28-ми выводном корпусе

Как видите, об отличиях L293 можно судить непосредственно по буквенному индексу в обозначении. А более точно можно прочесть в даташите на конкретную микросхему. И всегда лучше брать даташит именно фирмы-производителя имеющейся L293, для этого можно свериться с логотипом фирмы на корпусе микросхемы (изображения логотипов).

Все представители L293 имеют так называемую "тепловую защиту". Если температура корпуса микросхемы превышает границу около 70°C, то эта защита отключает все выходные ножки OUTPUT1 .. OUTPUT4, тем самым предотвращая дальнейший нагрев в случае перегрузки. Но помните, от короткого замыкания ножек OUTPUT1 - OUTPUT4 на GND или Vs она не спасает!

Кстати, отечественная электропромышленность (например НТЦ СИТ в Брянске) тоже выпускает аналоги микросхем L293, так KP1128KT3 является аналогом L293B, а KP1128KT4 - аналогом L293D. Причём отечественные аналоги могут быть несколько дешевле зарубежных, не уступая им по электрическим параметрам.

Эксперименты с мотором.

Коллекторный моторчик постоянного тока - наиболее увлекательный в экспериментах тип нагрузки, ведь моторчик изменяет направление вращения при изменении полярности проходящего тока! Поэтому и далее мы будем использовать моторчики для объяснений.


Рис. 2. Мотор на GND.

Если моторчик подпаять одним выводом к одному полюсу питания, например к минусу - GND (Рис. 2), то для вращения ему ещё потребуется "плюс" питания. Именно этот второй вывод моторчика мы будем включать и выключать с помощью одного из усилителей тока из микросхемы L293. Тогда что бы вал моторчика начал вращаться, на вход усилителя необходимо подать высокий уровень напряжения, "1". Не забываем при этом подать разрешающий сигнал на соответствующий вход ENABLE (тут не показан).


Рис. 3. Мотор на Vs.

Теперь подключим моторчик одним выводом к плюсу питания, а вторым к выводу OUTPUT (Рис. 3). Теперь для вращения моторчика второй вывод необходимо включать на "минус". Это включение мы будем производить подачей низкого уровня напряжения "0" на вход INPUT. И опять не забываем подать "1" на нужный вход ENABLE.

Внимательно посмотрим на оба рисунка 2 и 3: для вращения моторчика в одном случае нам необходимо подать высокий уровень ("1"), в другом случае - низкий уровень ("0"). То есть независимо от исходного сигнала мы можем решить, в каком случае включать мотор.

В этих двух схемах моторчик будет крутиться только в одну сторону. А как же нам заставить его вращаться то в одну, то в другую сторону, ведь для этого нужно менять его выводы местами?!
В таких случаях применяют мостовую схему включения драйверов:


Рис. 4. Мостовая схема включения.


Почему такая схема называется мостовой - видно из картинки (Рис. 4), моторчик включён между двумя выходами двух драйверов, как между берегами рек. Для такой схемы есть более распространённый термин - "Н-мост".
Включив моторчик по такой схеме, можно управлять направлением его вращения, подавая разные комбинации на входы INPUT1 и INPUT2.
Теперь вспомним, что выходы OUTPUT1 и OUTPUT2 могут быть полностью отключены подачей сигнала "0" на вход ENABLE1,2. Значит ножкой ENABLE1,2, можно просто включать и выключать моторчик, независимо от сигналов на ножках INPUT1 и INPUT2. А если включать и выключать очень быстро, то моторчик будет вращаться с разной скоростью, в зависимости от времени "включено" и "выключено". Так мы получим управление скоростью вращения моторчика: подавая ШИМ-сигнал на ножку ENABLE1,2. А такой ШИМ-сигнал можно формировать, например, с помощью микроконтроллера.

На рис. 5 изображена схема подключения двух моторов к L293D, которая позволяет задавать не только направление вращения моторов (то есть возможность "реверса"), но и управлять их скоростью вращения с помощью ШИМ.


Рис. 5. Полнофункциональное управление двумя моторами (направление и скорость).



Используя схему по рис. 5 можно управлять и шаговым мотором. Для этого на место моторчиков подключаются две обмотки шагового мотора. Подавая соответствующие сигналы на ножки INPUT1, INPUT2, INPUT3, INPUT4 заставляют вращаться ротор шаговика.

L293 = Драйвер. Электрические характеристики L293.

Открыв даташит на микросхему L293 в первых же строках можно встретить название "драйвер" (в даташитах отечественных микросхем применяется слово "коммутатор").

Драйвер (электронное устройство) - электрическая схема, формирующая электрический сигнал с определёнными параметрами (ток, напряжение).
Например: драйвер мотора, светодиодный драйвер, драйвер интерфейса.

Обычно говорят, что L293 - это "драйвер моторов", но это не совсем точно. Микросхема L293 может использоваться и с любым другим потребителями: реле, электромагнитами, мощными светодиодами, лампами, или даже как предусилительное устройство для более мощных транзисторов. То есть L293 - это "универсальный драйвер", а что к ней подключить зависит от фантазии мастера.

Не смотря на то, что все электрические параметры микросхемы L293 описаны в даташитах, приведём основные из них ещё раз и с небольшими пояснениями.

Первым делом опишем напряжения питания, подаваемое на ножки Vs и Vss.
Напряжение на ножке Vss используется для питания внутренней логики микросхемы L293. Этим напряжением питаются все усилители тока, логические элементы и блок термозащиты микросхемы L293. Напряжение Vss может находиться в пределах от 4,5 до 7 Вольт (см. Рис 6). Нужно при этом помнить, что сигналы на всех управляющих ножках (INPUT, ENABLE) не должны превышать напряжения питания логической части Vss!


Рис. 6. Схема подачи питания к L293.


На ножку Vs подаётся питание, которое будет подводиться к подключённой нагрузке, это так называемое "силовое", или "тяговое" питание. Уровень этого напряжения Vs всегда всегда должен быть больше или равен напряжению Vss: Vs >= Vss, то есть нельзя допускать, что бы "силовое" напряжение было меньше чем "логическое"!
Подача питания на выводы Vs и Vss может осуществляться и от одного источника. В этом случае питание будет общее для логической части и силовой.
Ток потребления нагрузки от любого выхода (OUTPUT1 - OUTPUT4) может быть максимум 600 миллиампер. Допускается импульсный ток в 1 Ампер на длительность не более 100 микросекунд и паузой между импульсами 200 мкс.


Рис. 7. PDIP-корпус.

Очень часто забывают учитывать максимальную рассеиваемую мощность микросхем. Напомним, допустимая рассеиваемая мощность L293 в корпусе PDIP-16 (рис. 7) - около 2 Ватт. То есть уже на стадии проектирования конструкции с L293 необходимо следить, что бы общая мощность, потребляемая подключённой нагрузкой, не превышала двух Ватт! Общая потребляемая мощность описывается формулой:

Pобщ. = POUTPUT1+POUTPUT2+POUTPUT3+POUTPUT4.

Подставив в эту формулу напряжение питания силовой части (Vs) и токи подключённых нагрузок к каждому выходу, то получим формулу для вычисления общей мощности:

Pобщ. = UVs*(IOUTPUT1+IOUTPUT2+IOUTPUT3+IOUTPUT4)

Превышение общей мощности даже немного выше 2-ух Ватт ведёт к перегреву L293! Для лучшего охлаждения микросхемы иногда используют небольшой радиатор, прикреплённый к корпусу микросхемы. Так же небольшим радиатором может служить полоска медной фольги печатной платы. Но эти меры позволяют лишь незначительно разгрузить температурный режим микросхемы. Иногда для увеличения мощности включают две L293 параллельно. В любом случае, если расчётная мощность превышает 3 Ватта, то лучше выбрать другую микросхему драйвера, например L298.


Смелых и Удачных Экспериментов!!!


Дополнения и файлы:

Автор: nest

Размещение этой статьи на других сайтах как полностью, так и частично разрешено только после согласования с администрацией myROBOT.RU

Мой робот Wiki

Открытое информационное пространство по робототехнике, электронике, программированию микроконтроллеров, в рамках которого любой участник может добавлять или редактировать материалы сайта.

  1. Проекты
  2. Статьи
  3. Библиотека кодов
  4. Компоненты
  5. Эксперименты
  6. Советы и хитрости