Hall effect sensor tester for BLDC Motor
![](https://www.electronicsdna.com/wp-content/uploads/2020/06/101178-769x433.jpg)
มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบไม่ใช้แปรงถ่าน (Brushless DC Motor : BLDC Motor) ในปัจจุบันมีนักทดลอง นักออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ และสินค้าในด้านนี้มีเพิ่มมากขึ้นและเป็นที่สนใจกันทั่วไป ทั้งนี้เนื่องมอเตอร์ชนิดนี้ให้จะให้ประสิทธิภาพการทำงานที่ค่อนข้างสูง (High efficiency) หรืออาจจะเรียกให้ง่ายๆ คือ เป็นมอเตอร์ที่ให้กำลังสูง (แรงม้า) ในปริมาณของพลังงานไฟฟ้าที่เท่ากัน (หรือเรียกว่าใช้พลังงานไฟฟ้าได้คุ้มค่า) และเป็นผลเกี่ยวเนื่องให้มีค่าความสูญเสียภายในตัวมอเตอร์ต่ำ ซึ่งเป็นจุดเด่นสำคัญของมอเตอร์ชนิดนี้ นอกจากจุดเด่นแล้วมอเตอร์แบบนี้ก็มีจุดด้อยด้วยเช่นกัน เรื่องของการขับมอเตอร์จะมีความซับซ้อนเพิ่มขึ้น และค่าความเข็มของตัวแม่เหล็กถาวรที่อยู่ภายในตัวมอเตอร์ จะเป็นค่าคงที่ไม่สามารถปรับเปลี่ยนให้เพิ่มขึ้นหรือลดลงได้เพื่อให้เกิดความยืดหยุ่นต่อการขับตัวมอเตอร์ตามที่ต้องการ
สำหรับมอเตอร์แบบไม่ใช้แปรงถ่านนี้ โดยทั่วไปจะมีลักษณะการควบคุมด้วยกัน 2 แบบคือ แบบใช้เซนเซอร์ตำแหน่งการหมุน (Sensor BLDC motor) และแบบไม่ใช้เซนเซอร์ตรวจจับตำแหน่งการหมุน (BLDC motor sensorless) ทั้งนี้มอเตอร์แบบไม่ใช้แปรงถ่านนี้ จำเป็นสัญญาณที่จะใช้บอกตำแหน่งการหมุนของตัวแม่เหล็กที่เกิดขึ้น ทั้งนี้เพื่อต้องการให้ตัวประมวลผลรับสัญญาณ (BLDC motor position sensor) และสร้างสร้างสัญญาณกำลัง (Motor driving signals) ได้ถูกต้องในช่วงเวลานั้นๆ
สำหรับโครงงานที่นำเสนอนี้จะเป็นการออกแบบวงจรเล็กๆ ที่จะใช้ในการทดสอบอุปกรณ์เซนเซอร์ตำแหน่งในตัวมอเตอร์ชนิดนี้ ซึ่งจะเรียกกันว่า Hall effect sensor ซึ่งจะมีอยู่ด้วยกัน 3 ตัว สำหรับ 3 เฟส ทั้งนี้เพื่อให้เราใช้ตรวจสอบว่าสามารถใช้งานได้เป็นปกติ หรือมีส่วนใดที่อาจจะเสียหายบ้างหรือไม่ และวงจรตัววงจรสามารถใส่ในกล่องสำหรับทดสอบขนาดเล็กที่จะสามารถใช้นอกสถานที่ได้ง่ายและสะดวก
![Hall effect sensor tester for BLDC Motor](https://www.electronicsdna.com/wp-content/uploads/2020/06/101192-1024x576.jpg)
ในรูปที่ 1 ข้างบนจะเป็นอุปกรณ์ต่างๆ ที่ใช้ในการสร้างวงจรสำหรับทดสอบ Hall effect sensor ซึ่งจะใช้อุปกรณ์ทั่วไปที่หาซื้อได้ง่าย ลดการไม่ใช้อุปกรณ์ที่มีความเฉพาะสำหรับวงจรนี้
![Hall effect sensor tester for BLDC Motor](https://www.electronicsdna.com/wp-content/uploads/2020/06/101187-1024x576.jpg)
รูปที่ 2 เริ่มต้นประกอบอุปกรณ์ต่างๆ บนแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) โดยเน้นจะให้เราสามารถมองเห็นแอลอีดีทั้ง 3 ดวงได้ง่าย ซึ่งจะเป็นสัญลักษณ์ของการตรวจสอบ Hall effect sensor ภายในตัวมอเตอร์นั้นเอง
![Hall effect sensor tester for BLDC Motor](https://www.electronicsdna.com/wp-content/uploads/2020/06/101178-1-1024x576.jpg)
เมื่อประกอบอุปกรณ์ต่างๆ เข้าด้วยกันเป็นส่วนใหญ่แล้วซึ่งแสดงในรูปที่ 3 จะเริ่มต้นทดสอบการทำงานเบื้องต้นของวงจรแหล่งจ่ายไฟว่าทำงานได้ถูกต้อง ซึ่งในการทดลองนี้จะใช้แหล่งจ่ายไฟเลี้ยง ขนาด 12V (DC Power Supply) แทนแบตเตอรรี่ที่จะนำมาใช้งานจริงก่อน
![Hall effect sensor tester for BLDC Motor](https://www.electronicsdna.com/wp-content/uploads/2020/06/101173-1024x576.jpg)
ในรูปที่ 4 เมื่อทดลองเบื้องต้นเป็นไปอย่างถูกต้องแล้ว จากนั้นเราจะเชื่อมต่อสายไฟต่างๆ เพื่อให้สามารถใช้งานได้เหมือนจริงเพิ่มขึ้นคือ สายไฟสำหรับต่อไฟเลี้ยงจากแบตเตอรี่ สายไฟสำหรับใช้เชื่อมต่อเข้ากับ Hall effect sensor ภายในตัวมอเตอร์
![Hall effect sensor tester for BLDC Motor](https://www.electronicsdna.com/wp-content/uploads/2020/06/20200603_093654-1024x576.jpg)
รูปที่ 5 แสดงลักษณะการต่อใช้งานของวงจรตรวจสอบ Hall effect sensor สำหรับตัวมอเตอร์และการต่อใช้งานจริง โดยใช้แหล่งจ่ายไฟเลี้ยงจากแบตเตอรี่ขนาด 9V
![Hall effect sensor tester for BLDC Motor](https://www.electronicsdna.com/wp-content/uploads/2020/06/20200603_093628-1024x576.jpg)
สำหรับรูปข้างบนที่ 6 แสดงตำแหน่งการต่อไฟเลี้ยงของวงจรต้นแบบและการต่อสายไฟสำหรับใช้ในการทดลองเบื้องต้น
![Hall effect sensor tester for BLDC Motor](https://www.electronicsdna.com/wp-content/uploads/2020/06/55-1024x652.jpg)
ในรูปที่ 7 จะแสดงตำแหน่งการเชื่อมต่อสายไฟระหว่างตัวมอเตอร์ และวงจร Hall effect sensor ซึ่งโดยทั่วไปสายไฟจากตัวมอเตอร์จะเป็นสีที่จะบอกกลุ่มการใช้งานให้เราทราบเบื้องต้นคือ
- สายสีแดง = +5V
- สายสีดำ = กราวด์
- สายสีน้ำเงิน = Hall effect 1
- สายสีเหลือง = Hall effect 2
- สายสีเขียว = Hall effect 3
![Hall effect sensor tester for BLDC Motor](https://www.electronicsdna.com/wp-content/uploads/2020/06/99-1024x523.jpg)
![Hall effect sensor tester for BLDC Motor](https://www.electronicsdna.com/wp-content/uploads/2020/06/20200531_220229-1024x576.jpg)
เมื่อเราต่อวงจรเข้ากับ Hall effect sensor ของตัวมอเตอร์แล้ว ให้เราทดลองใช้มือหมุนที่แกนของตัวมอเตอร์ (โรเตอร์) โดยในขณะที่หมุนนี้จะสังเกตเห็นแอลอีดีทั้ง 3 ตัวจะกระพริบสลับกันไปมาทั้ง 3 ดวง ซึ่งถ้ากระพริบก็หมายความว่า Hall effect sensor สามารถใช้งานได้เป้นปกติ แต่ในกรณีที่แอลอีดี ดวงใดดวงหนึ่งติดค้าง หรือไม่กระพริบเลยให้เราตรวจสอบ Hall effect sensor นั้นๆ ก่อนนำมอเตอร์ไปใช้งาน
![Hall effect sensor tester for BLDC Motor](https://www.electronicsdna.com/wp-content/uploads/2020/06/88-1024x592.jpg)
ในรูปข้างบนที่ 10 จะเป็นวงจรที่ออกแบบสำหรับวงจรตรวจ Hall effect sensor ซึ่งจะเข้าใจการทำงานได้ง่ายไม่ซับซ้อนมากนัก โดยพอจะอธิบายคร่าวๆ คือจากไฟเลี้ยงจากแบตเตอรี่ขนาด 9V จะถูกนำมาลดทอนลงให้เหลือ 5V ด้วยไอซีเรกูเลต KIA78L05 และเมื่อได้ไฟเลี้ยงนี้แล้ว จะจ่ายไฟเลี้ยงไปยังตัวต้านทาน 1k และแอลอีดีทั้ง 3 ชุด และจะรอการสั่งงานจาก Hall effect sensor ภายในตัวมอเตอร์นั้นเอง
Referance
- https://www.motioncontroltips.com/faq-what-are-hall-effect-sensors-and-what-is-their-role-in-dc-motors/
- https://www.researchgate.net/publication/224162469_Position_estimation_and_control_of_compact_BLDC_motors_based_on_analog_linear_Hall_effect_sensors
- https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN4058.pdf
- https://www.powersystemsdesign.com/articles/hall-effect-sensors-deliver-higher-efficiency-in-brushless-dc-motors/22/5515
- https://www.electronics-tutorials.ws/electromagnetism/hall-effect.html
- https://www.melexis.com/en/articles/hall-effect
- https://electronics.stackexchange.com/questions/109686/hall-effect-sensor-as-toggle-switch