1
Cácmạchđiềukhiểnđộngcơbướccơbản
Phần3ĐộngcơbướcdịchbởiĐoànHiệp

• Giớithiệu
• Độngcơbiếnthiêntừtrở
• Độngcơhỗnhợpvànamchâmvĩnhcửuđơncực
• Dẫnđộngtừtrởvàđơncựctrongthựctế
• ĐộngcơlưỡngcựcvàcầuH
• Mạchdẫnđộnglưỡngcựctrongthựctế



Giớithiệu
Phầnnàycủagiáotrìnhtrìnhbàyvềmạchdẫnđộngkhâucuốicủađộngcơ
bước.Mạchnàytậptrungvàomộtmạchphátđơn,đóngngắtdòngđiệntrong
cuộndâycủađộngc
ơ,đồngthờiđiềukhiểnchiềudòngđiện.Mạchđiệnđược
nốitrựctiếpvớicuộndâyvàcấpnguồncủađộngcơ,mạchđượcđiềukhiểnbởi
một
hệthốngsốquyếtđịnhkhinàocôngtắcđónghayngắt.
Phầnnàycũngnóiđếncácloạiđộngcơ,từmạchđiệncơbảnđiềukhiểnđộngcơ
biếnthiêntừtrởđếnmạch
cầuHđểđiềukhiểnđộngcơnamchâmvĩnhcửu
lưỡngcực.Mỗiloạimạchdẫnđộngđượcminhhọabằngvídụcụthể,tuynhiên
nhữngvídụnàykhôngphảilà
mộtcatalogđầyđủcácmạchđiềukhiểncósẵn
trênthịtrường,nhữngthôngtinnàycũngkhôngphảiđểthaythếbảngdữliệu
vềchitiếtcủanhàsảnxuất.

Phầnnàychỉđư

làmhưcôngtắctrừkhitabiếtcáchgiảiquyếtthíchhợp.

Cóhaicáchcơbảnđểxửlýsựtăngđiệnápnày,đólàmắcsongsongvớicuộn
dây
mộtdiodhoặcmộttụđiện.Hình3.2minhhọahaicáchnày:

Hình3.2 

Diod trên Hình 3.2 phải có khả năng dẫn toàn bộ dòngđiện qua cuộn dây,
nhưngnóchỉdẫnmỗikhicôngtắcmở,khidòngđiệnkhôngcònquacuộndây.
3
Nếutasửdụngdiodtácdụngtươngđốichậmnhưhọ1N400Xchungvớicác
mạchchuyểntácdụngnhanhthìcầnphảimắcsongsongvớidiodmộttụđiện.
Tụđiệntrên
Hình3.2dẫnđếnvấnđềthiếtkếphứctạphơn.Khicôngtắcđóng,
tụđiệnsẽxảđiệnquacôngtắcxuốngđất,dođócôngtắcphảichịuđượcdòng
điệnxảnày.
Mộtđiệntrởmắcnốitiếpvớitụđiệnhoặcvớinguồnsẽgiớihạn
dòngđiệnnày.Khicôngtắcmở,nănglượngtíchtrữtrongcuộndâysẽnạp
vào
tụđiệnchođếnkhiđiệnápvượtquáápcungcấp,vàcôngtắccũngphảichịu
đượcđiệnápnày.Đểtínhđiệndungtụ,tađồngnhấthaicôngthứctínhnăng
lượ
ngtíchtrữtrongmạchcộnghưởng:
P=CV
2
/2
P=LI
2
/2

momentxoắ
nởđiềukiệnổnđịnhvớiđiệnápvậnhànhdanhnghĩa.Tầnsốcộng
hưởnglà:
f=1/(2
(LC)
0.5
)

Mộtlầnnữatầnsốcộnghưởngđiệncủađộngcơtừtrởbiếnthiênlạiphụthuộc
vàogóccủa trục.Khiđộng cơ này hoạtđộng v ới xung kíchgầnc
ộng hưởng
4
dòngđiệndaođộngtrongcuộndâysẽtạoram ộttừtrườngbằngkhôngtạihai
lầntầnsốcộnghưởng,điềunàycóthểlàmgiảmmomentxoắnđirấtnhiều.
Độngcơhỗnhợpvànamchâmvĩnhcửuđơncực
BộđiềukhiểnđiểnhìnhđộngcơbướcđơncựcthayđổitheosơđồtrênHình3.3:
Hình3.3 

TrênHình3.3,cũngnhưHình3.1,hộpbiểudiễncáccôngtắcvàmộtbộđiều
khiển(khôngthểhiệntrênhình)chịutráchnhiệmcungcấptínhiệuđiềukhiển
đóngmở
côngtắcvàothờiđiểmthíchhợpđểquayđộngcơ.Bộđiềukhiển
thườnglàmáytínhhaymộtmạchđiềukhiểnlậptrìnhđược,vớiphầnmềmtrực
tiếpphátratín
hiệucầnthiếtđểđiềukhiểncôngtắc.

Cũngnhưđốivớimạchdẫnđộngcủađộngcơbiếntừtrở,chúngtaphảigiải
quyếtsự thayđổiđộtựcảm bất ng
ờkhi công tắc hở.Mộtlầnnữa,ta có thể
chuyển sự thayđổinày bằng cách dùng diod, nhưng bây giờ ta phải dùng4


Hình3.6chothấytạitầnsốcộnghưởngđiện,momentxoắnsẽvọtlênvàtạitần
sốcộnghưởngcơ,momentlạisụtnhanh.Nếutầnsốcộnghưởngđi
ệnlớnhơn
vậntốctớihạncủađộngcơsửdụngmạchdẫnđộngdùngdiodởmộtmứcnào
đóthìhiệuứngnàysẽlàmvậntốctớihạngiat
ăngđángkể.

Tầnsốcộnghưởngcơhọcphụthuộcvàomomentxoắn,vìvậynếutầnsốnày
gầnvớitầnsốcộnghưởngđiện,tầnsốcộnghưởng
điệnsẽlàmnóthayđổi.Hơn
nữa,độrộngcủasựcộnghưởngcơhọcphụthuộcvàođộdốccụcbộcủađường
6
cong moment xoắn theo vận tốc. Nếu moment xoắn giảm theo vận tốc, cộng
hưởngsẽrấtdốc,cònnếumomentxoắntăngtheovậntốc,cộnghưởngsẽrộng
ra
thậmchícóthểtáchrathànhnhiềutầngsốcộnghưởngkhácnhau.

Driverđộngcơđơncựcvàbiếntừtrở
Trongcácmạchđiệnởphầntrên,chúngtakhôngquantâmđếncáccôngtắcvà
cáctínhiệuđiềukhiển.BấtkỳkỹthuậtđóngngắtnàotừcầudaođếnMOSFETS
cũngđềudùngđượchết!
Hình3.7làmộtvàicáchmắcchom ỗiloạicôngtắc,bao
gồmcảcuộndâycủađộngcơvàdiodbảovệphụcvụchomụcđíchđóngngắt
kểtrên:
Hình3.7 

MỗicôngtắctrênHình3.7đềutươngthíchvớiđầuvàoTTL.Nguồn5Vsửdụng
chomạchlogic,baogồmopen‐collectordriver7407nhưtrênhình.Nguồnđiện
chođộngcơ,thườngtừ5V–24V,

Đối với nhữngứng dụng mà mỗi cuộn dây củađộng cơ dẫn dòng nhỏ hơn
500mA, mạch darlington họ ULN200x của Allegro Microsystems hoặc họ
DS200xcủaNationalSemiconductorhayMC1413củaMotorolasẽdẫn
độngcho
cuộndâyhoặccáctảicảmứngkháctrựctiếptừtínhiệuvàologic.Hình3.8là
cácngõvàovàngõracủachipULN2003,dãy7transistordarlington:
Hình3.8 

ĐiệntrởnềntrênmỗitransistordarlingtonphảithíchhợpvớitínhiệuraTTL
lưỡngcựcchuẩn.CựcphátcủamỗidarlingtonNPNđượcnốivớichân8,làchân
nốiđất.Mỗ
itransistorđượcbảovệbằnghaidiod,mộtnốigiữacựcphátvàcực
thuđểbảovệtransistorkhỏiđiệnápngược,mộtnốicựcthuvớichân9,nếu
chân9nối
vớinguồncủađộngcơthìdiodnàysẽbảovệtransistorkhỏiđỉnh
nhọncủađộtựcảm.

ChipULN2803cũnggiốngnhưchipULN2003môtảởtrênnhưngnócó18chân
và8darlingtonchophépm
ộtchipcóthểdẫnđộngchomộtcặpđộngcơtừtrở
biếnthiênhoặcnamchâmvĩnhcửuđơncực.

Đốivớiđộngcơmàmỗicuộndâydẫndòng nhỏhơn600mA,mạ
chdẫnđộng
quad UDN2547B của Allegro Microsystems sẽ điều khiển cả 4 cuộn dây của
độngcơbướcđơncựcchung.Nếudẫndòngnhỏhơn300mA,tanênchọnmạch
dẫnđộngképSN7451,
7452và7453củaTexasInstruments,cả3loạinàyđềubao
gồmmộtvàimạchlogiccùngvớimạchdẫnđộng.
8

Hình3.10minhhọamodethuận:

9
Hình3.10 

modesuygiảmnhanhhaymodetrượt:tấtcảcáccôngtắcđềumở

Bấtkỳdòngđiệnnàoquacuộndâysẽchốnglạiđiệnápnguồn,gâysụtáptrên
diodnêndòngđiệnsẽ
bịsuygiảmnhanh.Modenàykhôngtạorahoặctạorarất
íthiệuứnghãmđộnglênrotorcủađộngcơ,dođórotorsẽquaytựdo(trượt)
nếutấtcảcuộndâyđượccấp
nguồntheomodenày.Hình3.11minhhọadòng
điệnngaysaukhichuyểntừmodethuậnsangmodesuygiảmnhanh
Hình3.11 

modesuygiảmchậmhaymodehãmđộnglực:

Trongmodenàydòngđiệncóthểchạyvònglạiquacuộndâycủađộngcơvới
điệntrởnhỏnhất.Nhờđódòngđiệnchạytrongcu
ộndâyởmộttronghaimode
nàysẽsuygiảmchậm,vànếurotorđangquay,nósẽsinhramộtdòngđiệncảm
ứngcóvaitrònhưmộtcáihãmrotor.Hình3.12minhhọamộttrongnhi
ềumode
suygiảmchậmcóích,vớicôngtắcDđóng,nếucuộndâymớivừaởmodethuận
thìcôngtắcBcóthểđónghoặcmở:

Hình3.12 
10


[email protected])đãđềnghịmạchcầuHnhưtrênHình3.14:
11
Hình3.14 

NgõvàoX,Ycủam ạchnàycóthểđượcđiềukhiểnbởingõracủabộgópđiện
mởTTLnhưtrongmạchđiềukhiểnđơncựcdựatrêndarlingtontrênHình3.7.
Cuộndâyc
ủađộngcơsẽđượccungcấpnănglượngnếutronghaitínhiệuvào
X,Ycómộttínhiệuonvàmộttínhiệuoff.Nếucảhaiđềuoff,cảhaitransistor
kéoxuống(pull‐down)
sẽtắt.Nếucảhaiđềucao,cảhaitransistorkéolên(pull‐
up)sẽtắt.Nhưvậy,mạchđiệnđơngiảnnàyđặtđộngcơvàotìnhtrạnghãm
độnglựcởcảtrạngthái11và00,khôngthể
hiệnmodetrượt.

MạchđiệntrênHình3.14baogồmhainửaxácđịnh,mỗinửađượcmôtảchính
xácnhưmộtmạchkéođẩy.ThuậtngữnửacầuHthỉnhthoảngđượcáp
dụng
cho những mạch này! Cần lưu ýrằng m ột nửa cầu H có mạch rất giống với
mạchđiềunghiểnngõradùngtrongmạchlogicTTL.Trongthựctế,
cácmạch
điềukhiểnbatrạngtháiTTLnhư74LS125Avà74LS244cóthểđượcdùngnhư
mộtnửacầuHđốivớicáctảinhỏ,nhưminhhọatrênHình3.15:
Hình3.15 

Mạchđiệnnàycóhiệuquảđốivớiđộngcơcóđiệntrởtốiđa50Ohmtrênmỗi
cuộnvàđiệnáptốiđa4.5Vkhidùngnguồn5V.Mỗimạchđệmbatrạngthái
trong
LS244cóthểdùngnếuđiệntrởnộicủabộđệmđủlớn,vàdòngsẽđược
chiađềutrêncácngõđiềukhiển(mắcsongsong).Điềunàychophépthiếtkế

cơdưới1Anhưngcũngchỉđượcdùngtrongnội
hãngmàthôi.

CầuHđôiL293củaSGS‐Thompson(vàcáchiệukhác)đangcạnhtranhvớicác
chiptrênnhưngnókhôngtíchhợpcácdiodb
ảovệ.ChipL293D,sẽgiớithiệu
sau,cóchântươngthíchvàcócảcácdiodbảovệnày.NếudùngcácL293gần
đây,mỗicuộndâycủađộngcơphảiđặtquamộtcầu
chỉnhlưu(1N4001chẳng
hạn).Việcsửdụngcácdiodbênngoàichophéptađặtmộtdãyđiệntrởtrên
đườngvềcủadòngđểđẩynhanhsựsuygiảmdòngtrongcu ộndâykhinóbị
ngắt,
cóth ểtrongmộtsốứngdụngngườitakhôngmongmuốnđiềunày.Họ
L293cóthểdùngđểđiềukhiểncácđộngcơbướclưỡngcựcnhỏ,tốiđa1A/cuộn
vàđiệnápcấp
lêntới36V.Hình3.16chotasơđồchâncủachipL293BvàL293D:

13
Hình3.16

Chipnàycóthểxemnhư4nửacầuHđộclập,đượckíchhoạt từngcặp,hoặchai
cầuHđầyđủ.ĐâylàdạngđónggóiDIP,vớichân4,5,12,và13đượcthiếtkếđể
truy
ềnnhiệtchobomạchinhoặcđểtảnnhiệtrangoài.

CầuHđôiL298củaSGS‐Thompson(vàcáchiệukhác)cũnggiốngvớiloạitrên
nhưngcóthểchịuđượctốiđa2A/kênh.
NhưvớiLS244,tacóthểnốihaicầuH
trongL298tạothànhmộtcầuchịuđược4A(xemdatasheetđểbiếtcáchnốinày).
MộtđiềucầnlưuýlàchipL298chuyểnmạchr

cơ5pha,10bước/vòng.