Prototype for High Current DC Motor Speed Control with TL494

บอร์ดต้นแบบโครงงานควบคุมความเร็วมอเตอร์กระแสตรง (DC Motor Speed control) โดยใช้ไอซีสำเร็จเบอร์ TL494 ซึ่งภานในตัวไอซีจะมีออปแอมป์สำหรับใช้งานต่างๆ ได้สะดวก เช่น การจำกัดกระแสสำหรับขับตัวมอเตอร์ (Current limit) หรือการป้องกันแรงดันอินพุตสูงหรือต่ำกว่าค่าที่กำหนด (Over or Under voltage protection) เป็นต้น ทั้งนี้แอดมินเคยนำเสนอเนื้อหาเกี่ยวกับการควบคุมความเร็วมอเตอร์กระแสตรงด้วยไอซี TL494 มาบ้างแล้ว แต่ในโครงงานนี้จะเน้นออกแบบสำหรับนำไปใช้งานที่ไฟเลี้ยงแรงดันไม่สูงมากนักคือ ในช่วง 12V-20V และสามารถขับกระแสได้ประมาณ 10A ต่อเนื่อง

ในรูปที่ 1 ถึงรูปที่ 3 เป็นลักษณะของบอร์ดต้นแบบสำหรับขับมอเตอร์กระแสตรง โดยใช้ไอซีควบคุมสวิตชิ่ง ซึ่งช่วยให้ออกแบบวงจรควบคุมได้ง่าย ในส่วนของอุปกรณ์ขับกำลังใช้เพาเวอร์มอสเฟตจำนวน 3 ตัวขนานกัน เพื่อให้สามารถรองรับการทำงานที่กระแสสูงขึ้น ในส่วนของการตรวจจับกระแสที่ไหลผ่านตัวมอเตอร์จะใช้ฮอร์เอฟเฟก (Hall effect sensor) ในการตรวจจับและสามารถปรับค่าการจำกัดกระแสตามที่กำหนด มีในส่วนของการปรับค่าดิวตี้ไซเกิลสำหรับปรับความเร็วรอบมอเตอร์ รวมถึงการปรับความถี่ของสัญญาณขับให้กับตัวมอเตอร์ก็ได้เช่นกัน

รูปที่ 4 แสดงลักษณะของการต่ออุปกรณ์ต่างๆ ในการทดลอง โดยแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงในการทดลองจะใช้มีขนาด 20V/2A และวัดสัญญาณที่ขาเกต (VGS) ของเพาเวอร์มอสเฟต เพื่อสังเกตการทำงานที่สัมพันธ์กับความเร็วรอบของตัวมอเตอร์ที่เกิดขึ้น

ในรูปที่ 5 เป็นป้ายแสดงสเปกของตัวมอเตอร์กระแสตรง ขนาด 300 วัตต์ ที่แรงดันอินพุต 24V กระแสสูงสุดที่ 16.4A โดยในการทดลองยังคงเป็นการให้มอเตอร์หมุนแบบไม่มีโหลดซึ่งจะเป็นการทดลองบอร์ดในเบื้องต้น

ในรูปที่ 6 และรูปที่ 7 เป็นการทดลองที่ 1 ด้วยการปรับค่าแรงดันไฟเลี้ยงในการทดลองที่ 20V กำหนดความถี่ของสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลตชั่นที่ 15kHz และค่าดิวตี้ไซเกิลประมาณ 30% (ปรับที่ตัวต้านทาน RP2 ในรูปที่ 12) ซึ่งลักษณะสัญญาณแสดงในรูปที่ 6 และปริมาณกระแสที่ใช้งานจะมีค่าประมาณ 300mA ดังแสดงในรูปที่ 7

ในรูปที่ 8 และรูปที่ 9 เป็นการทดลองที่ 2 ด้วยการปรับขนาดสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลตชั่น ที่ค่าดิวตี้ไซเกิลประมาณ 60% และลักษณะของสัญญาณที่วัดได้แสดงในรูปที่ 8 ปริมาณกระแสสำหรับมอเตอร์จะมีค่าประมาณ 500mA แสดงในรูปที่ 9

การทดลองสุดท้ายรูปที่ 10 และรูปที่ 11 เป็นการทดลองที่ 3 ปรับขนาดค่าดิวตี้ไซเกิลประมาณ 95% และลักษณะของสัญญาณที่วัดได้แสดงในรูปที่ 10 ปริมาณกระแสสำหรับมอเตอร์เพิ่มขึ้นมาที่ประมาณ 900mA ตามในรูปที่ 11

สำหรับโครงงานควบคุมความเร็วมอเตอร์กระแสตรง (DC Motor Speed control) โดยใช้ไอซีสำเร็จเบอร์ TL494 นี้เป็นโครงงานเล็กๆ อีกแบบหนึ่งที่ผู้อ่านสามารถนำไปประยุกต์ใช้งานต่างๆ ได้บ้าง เช่น การนำไปขับโซลินอยล์ การขับหลอดไฟที่ใช้แรงดัน 12V/100W หรือการขับฮีตเตอร์ที่แรงดันต่ำ เป็นต้น หรือผู้อ่านสามารถปรับแต่งวงจรนี้เพื่อนำไปใช้ในงานต่างๆ ตามต้องการที่ค่าแรงดันไฟเลี้ยงสูงขึ้นก็ได้เช่นกันครับ.

Reference

1. https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl494.pdf?ts=1611890654288&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Fproduct%252FTL494
2. https://www.onsemi.com/pub/Collateral/TL494-D.PDF
3. http://www.dzkfw.com.cn/Article/UploadFiles/201806/2018060710515222.gif
4. https://www.electronics-lab.com/community/index.php?/topic/42361-750w-dc-motor-speed-controler-0-100-with-schematic-and-pcb-layout/
5. https://www.electronicspoint.com/forums/threads/speed-controller-circuit-change-please-help.218267/
6. https://neelpmehta.wordpress.com/analog-pid-control-using-op-amps/
7. http://ethesis.nitrkl.ac.in/8015/1/2016_BT_Soumya_112EE0232.pdf
8. https://ncastroie.files.wordpress.com/2015/10/pid-motor-control.pdf
9. http://bhagatnikunj.weebly.com/uploads/1/0/4/6/10469153/esd_report.pdf
10. https://www.physicsforums.com/threads/analog-pid-loop.991890/page-2
11. https://www.nutsvolts.com/magazine/article/the_pid_controller_part_1
12. https://www.precisionmicrodrives.com/content/ab-026-sensorless-speed-stabiliser-for-a-dc-motor/