Motores Corriente Continua

MOTORES DE CORRIENTE CONTÍNUA

PRÁCTICA 3

EXCITACIÓN DE MOTORES DE CC EN LAZO ABIERTO CON EXCITACIÓN NO LINEAL (PUENTE EN H) CON EL LMD 18200. CONTROL POR TENSIÓN

A partir del driver LMD18200 de National Semiconductors que incluye internamente un puente en H de transistores DMOS, junto con la lógica de excitación necesaria, y con entradas compatibles con niveles TTL, se van a proponer diferentes configuraciones para excitar al motor de CC bajo estudio.

Para entender el funcionamiento del montaje conviene previamente estudiar la estructura interna del driver. Las hojas de características del mencionado circuito se adjuntan en el apéndice II, junto con diferentes notas de aplicación (apéndice III), de entre las cuales destaca la nota de aplicación titulada “Driving DC Motors”, de SGS-THONSON y la de Siemens titulada “Power Semiconductors.DC Motors Drives with Powers Integrated Circuits”.

Cuando se realiza el control de un motor de cc con un driver no lineal, como en este caso un puente en H, lo que se persigue es reducir el consumo del driver que va a atacar al motor. Para ello, los dispositivos que van a excitar al motor (transistores unipolares, bipolares, IGBTs, etc) deben de trabajar en conmutación, es decir en corte y en saturación.

En esta técnica de excitación de motores de cc, como sólo son posibles dos estados de los interruptores de potencia, se podrá realizar el control del driver mediante señales digitales. Partiendo de estas condiciones, el control de tensión o de corriente en los motores se realizará variando el tiempo en que la señal digital esté activa o inactiva.

Este control se realiza fundamentalmente de dos formas:

• Manteniendo el tiempo en alta fijo y variando la frecuencia de la señal. De esta forma se consigue variar el valor medio de la señal (tensión o corriente) y con ello la velocidad del motor. Debido a los problemas que provoca el cambio de frecuencia de conmutación de los dispositivos, este método no suele emplearse. Este tipo de señal se representa en la figura adjunta.

• Manteniendo fija la frecuencia de la señal y modificando el tiempo en alta de ésta (es decir, su ciclo de trabajo). La consecuencia de variar el ciclo de trabajo es, al igual que antes, variar el valor medio de la señal a controlar (tensión o corriente). Este es el método habitual de control. Recibe el nombre de control PWM (Pulse Width Modulation).

CIRCUITO INTEGRADO LMD18200

Su diagrama de bloques circuito se puede analizar en la figura adjunta.

Las características más importantes de este circuito son las siguientes:

• Corriente máxima en continua a través de sus terminales de salida OUTPUT1(pin 2) y OUTPUT2 (pin 10) de 3 A, con tensiones máximas de hasta 55V. Potencia máxima de 25W.

• Corriente de pico de 6 A durante 200mseg.

• La alimentación de la parte de potencia del puente en el rango (pin 6: Vs): +12V hasta +55V

• Transistores DMOS de potencia con una RDSON= 0.3, en total 0.6 por diagonal del puente.

• Protección interna contra conducción de dos transistores de la misma rama del puente.

• Compatibilidad TTL con todas las señales externas de control.

• Protección térmica interna, con flag de temperatura a 145ºC (pin 9: THERMAL FLAG OUTPUT, que es una salida en colector abierto, activa a nivel bajo) y con bloqueo del puente a 175ºC.

• Protección contra cortocircuito en la carga y sobrecorriente (internamente, cuando se ha producido una situación de sobrecarga, se bloquean todos los transistores del puente y automáticamente se testea de nuevo esta condición cada 8 , de forma que el puente se resetea automáticamente).

• Protección ante situaciones de voltaje de alimentación (pin 6: Vs) demasiado bajo (a partir de tensiones menores de 10V, se bloquean automáticamente todos los transistores del puente).

• Frecuencia de funcionamiento de hasta 500KHz.

• Alto rendimiento (típico del 90%).

• Incluye diodos de recuperación rápida (70nseg los de la parte alta del puente y 100nseg los de la parte baja) en paralelo con cada transistor MOS.

• Dispone de transistores MOSFETs en la parte alta de la diagonal del puente para el sensado de la corriente que circula por el motor (pin 8: CURRENT SENSE OUTPUT, con una sensibilidad típica de 377 por amperio que circule por cada transistor de la parte superior del puente, con una linealidad, también típica de ).

El encapsulado del LMD18200, que se utiliza en la práctica es el de 11 pines TO-220, tal y como se indica en la figura adjunta.

TRANSISTORES DMOS Y SU COMPORTAMIENTO EN LOS INTERVALOS DE RECIRCULACIÓN DE CORRIENTE.

Los transistores DMOS permiten que la corriente fluya a su través de forma bidireccional, a la vez que tienen una baja caída de tensión cuando se encuentran en estado de saturación, debido a su baja resistencia RDSON.

Además, dichos transistores llevan asociado un diodo intrínseco en antiparalelo, lo que evita tener que ponerlos externamente para proteger a los transistores en los intervalos en los que existe corriente de recirculación (recuérdese los diodos externos utilizados en el driver de accionamiento de los motores paso a paso implementado con transistores bipolares: L298).

Cuando se utilizan transistores DMOS, la corriente de recirculación se comparte entre el diodo intrínseco y el transistor, debido a que los transistores DMOS son capaces de conducir corriente en ambas direcciones como se indica en la figura anterior. Para corriente inferiores a 2-2.5 A, la caída de tensión en el transistor DMOS ( ) es menor que la caída de tensión en directo del diodo intrínseco que lleva asociado, y toda la corriente circula por el transistor. Para corrientes superiores a los valores indicados anteriormente, el diodo entra en conducción y la corriente total se comparte entre ambos, transistor y diodo. En la figura que se adjunta

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