Contrôle de vitesse de moteur CC simple via PWM

Par Jeremy Cook

En électronique, l'une des opérations les plus cruciales est le contrôle de vitesse de moteur CC. Nous allons étudier les bases à ce sujet : envoyer un signal PWM à un MOSFET ou un pilote dédié. Ce signal contrôle directement la vitesse du moteur CC, en utilisant des courants (et souvent des tensions) plus élevés que ceux pouvant être produits par le contrôleur.

Contrôle de LED simple par PWM

0323-External-LED-with-pulses-indicated-by-oscilloscope-image-2

Jeremy Cook | LED externe avec impulsions indiquées par un oscilloscope

La PWM (modulation de largeur d'impulsion) simule une sortie de tension analogique en répétant les impulsions sur diverses durées. Dans cette configuration, la période est définie comme la durée nécessaire à la finalisation d'un cycle sous tension/hors tension. Le cycle de service, souvent exprimé en pourcentage, et le ratio de temps sous tension/hors tension.

Un signal de 5 volts avec un cycle de service de 50 % résulterait en un signal analogique simulé de 2,5 V. Une période de 1 ms produirait ce changement d'état sous tension/hors tension 1 000 fois par seconde (ou 1 000 Hz), défini comme la fréquence du signal PWM. Le contrôle par PWM fonctionne bien avec les moteurs CC et autres charges évoluant lentement. Une véritable sortie analogique est préférable dans d'autres situations, telles qu'une reproduction audio.

Nous utiliserons le Raspberry Pi Pico exécutant CircuitPython pour explorer ce principe afin de générer des signaux PWM. En guise de courte introduction, chargez le code se trouvant ici. Ce code fera alterner la LED intégrée de pleine puissance, ou 65 535 (2^16 – 1), à 4 095 (2^12 -1), moins de 1/10e de la valeur d'origine. Il est possible de voir la lumière changer, même s'il peut s'avérer difficile de faire le lien entre la sortie de lumière observée et la valeur numérique.

Circuit de contrôle de moteur MOSFET

0323-visual-of-MOSFET-DC-motor-control-circuit-image-3

Jeremy Cook | Circuit de contrôle de moteur CC MOSFET

La méthodologie de contrôle mettant à profit un MOSFET (FQP30N06L) est essentiellement la même que pour une LED. Le code de notre prochaine expérience se trouve ici. Branchez la sortie de contrôle à la broche de gain du MOSFET via une petite résistance (~100 Ω). Ajoutez une résistance de 10 kΩ à la terre pour remettre à zéro quand aucune entrée n'est présente. Le fil positif du moteur va jusqu'au drain du MOSFET, tandis que la source du MOSFET est reliée à la terre.

La broche VBUS fournissait initialement la tension positive. Cependant, il faudrait généralement mieux utiliser une source de tension externe reliée à la même terre que le Pico. Mettre en place une diode Flyback est également conseillé afin de s'occuper des charges inductives parasites.

Pilote de moteur L293D : pour concevoir plus facilement un circuit de contrôle de moteur CC

0323-L293D-Motor-Driver-image-4

Jeremy Cook | Légende : pilote de moteur L293D

Les MOSFET sont d'excellents appareils d'ordre général. Toutefois, si vous souhaitez contrôler la vitesse et la direction ou si vous devez vous occuper de plus d'un seul moteur, les choses se compliquent rapidement. Heureusement, les circuits intégrés de contrôleur de moteur prêts à l'emploi peuvent relever ce défi, notamment l'éminent pilote L293D utilisé ici. Les exigences de câblage peuvent être déterminées via la fiche technique. La méthode utilisée pour brancher mon Raspberry Pi Pico est présentée dans le schéma ci-dessous :

0323-U4-GND-pins-connected-internally-image-5

Jeremy Cook | Broches GND U4 connectées en interne

Le code de rotation (sous tension/hors tension) numérique de cette configuration se trouve ici, il permet au moteur d'avancer et reculer à pleine puissance, avec des pauses entre deux. Ce code PWM initialise le moteur à un cycle de service spécifique, l'augmente de manière incrémentale, puis arrête. Il l'augmente ensuite dans l'autre direction et stoppe de nouveau avant de répéter la séquence.

Appel à la prudence concernant le pilote L293D

En utilisant ce dernier bout de code (avec une entrée VCC2 de 12 V et aucun condensateur), j'ai fini par abîmer une carte Raspberry Pi Pico. Il aurait été mieux d'utiliser des condensateurs pour égaliser la puissance et les entrées logiques. Le L293D offre des fonctionnalités de blocage interne pour s'occuper des charges inductives, afin qu'aucune diode Flyback externe ne soit nécessaire. Il existe plusieurs coupables potentiels, mais servons-nous de cela pour nous rappeler de veiller à ce que le matériel soit spécifié et implémenté afin de respecter les exigences du monde réel une fois qu'il quitte le banc d'essai.

Plug-and-play ou personnalisation complète ?

Vos conceptions de circuits de contrôle de moteur CC ne vont probablement pas rester éternellement sur une plaquette d'expérimentation. Il y a alors deux voies opposées :

Pour un prototypage plus avancé ou des conceptions uniques, des shields moteurs et des cartes de développement permettent d'ajouter des pilotes tels que le L293D en tant que solution plug-and-play pour les moteurs CC, les moteurs pas-à-pas, les servomoteurs et plus encore. L'Arduino Motor Shield est probablement le plus connu et est compatible avec le facteur forme de l'Arduino Uno. Si vous souhaitez conserver la plateforme RP2040, le Maker Pi RP2040 est une excellente solution plug-and-play pour contrôler les moteurs et autres appareils.

À l'autre extrémité du spectre, il est possible d'intégrer des conceptions de contrôleur de moteur directement dans votre propre carte à circuit imprimé. Cette intégration vous offre une liberté de conception quasi illimitée, vous permettant par exemple d'implémenter certaines fonctionnalités du Maker Pi RP2040 tout en laissant de côté celles dont vous n'avez pas besoin. Vous pouvez également disposer votre carte dans le facteur forme physique idéal pour votre application.

Moteur PWM et contrôle de charge

0323-MOSFET-for-electrical-motor-and-other-load-control-image-6

Jeremy Cook | MOSFET pour moteur électrique et autre contrôle de charge. Même si le solénoïde fait office d'inducteur, une diode Flyback resterait une bonne idée.

Les principes généraux de contrôle par PWM présentés ici sont fiables et peuvent être utilisés pour diverses charges. Toutefois, le matériel présenté a été assemblé rapidement à des fins de démonstration pour cet article. Pour des conceptions finales, prenez en considération chaque situation spécifique ainsi que les spécifications et fiches techniques disponibles sur Arrow. Votre appareil peut fonctionner sans problème pendant des années avec la configuration de contrôleur de moteur CC par PWM adaptée.

Quel que soit le développement de vos conceptions, Arrow est là pour vous fournir des microcontrôleurs, des MOSFET, des pilotes de moteur et d'autres appareils nécessaires pour faire de votre contrôleur de vitesse de moteur CC par PWM une réalité !

Voir les produits connexes

Arduino Motor Shield Rev3 | A000079

Arduino Corporation Cartes et kits de développement de gestion de la puissance Afficher

Voir les produits connexes

L293D

STMicroelectronics Contrôle de mouvement du moteur Afficher

Voir les produits connexes

FQP30N06L

onsemi MOSFET Afficher

Voir les produits connexes

DFR0817

DFRobot Kits et outils de développement Afficher

Voir les produits connexes

5129

Adafruit Industries Cartes et kits de développement de capteur Afficher

ArrowPerks-Loyalty-Program-Signup-banner-FR


Articles de presse apparentés

Actualité

Sorry, your filter selection returned no results.

Nous avons mis à jour notre politique de confidentialité. Prenez un moment pour lire les changements. En cliquant sur "J'accepte", vous acceptez la clause de confidentialité d'Arrow Electronics ainsi que les conditions d'utilisation.

Notre site Internet place des cookies sur votre appareil pour améliorer votre expérience et pour améliorer notre site. Pour en savoir plus sur les cookies que nous utilisons et la façon de les désactiver, cliquez ici. Des cookies et des technologies de suivi peuvent être utilisés à des fins de marketing. En cliquant sur « Accepter », vous consentez au placement de cookies sur votre appareil et à notre utilisation de technologies de suivi. Cliquez sur « En savoir plus » pour de plus amples informations et instructions sur la façon de désactiver les cookies et les technologies de suivi. Même si l'acceptation des cookies et technologies de suivi est volontaire, leur désactivation peut entraîner un mauvais fonctionnement du site Internet et certaines publicités peuvent être moins pertinentes pour vous. Nous respectons votre confidentialité. Lisez notre politique de confidentialité ici.