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DOCUMENTACIN GENRICA PLATAFORMA GUADALBOT

I.E.S VIRGEN DE LAS NIEVES

Control de motores de Corriente Continua-Puente en H

Pgina 2. Fundamento Pgina 3. Puentes en H integrados. L293 y L293D Pgina 5. Control PWM con el L293D para el control de la velocidad de giro de motores DC

1 mayo de 2011

Fundamento El esquema que se denomina puente en H es el que vemos en la figura 1, recibiendo el nombre precisamente de la distribucin de los transistores. La configuracin es de las ms usadas en el control de motores de corriente continua.

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Figura 1 El funcionamiento es el siguiente: Si aplicamos una seal positiva (1) en la entrada "Adelante" el transistor Q1 se pone en conduccin saturandose. La corriente de colector de Q1 circula por la base de Q2 y la de emisor por la de Q5, lo que provoca que al terminal positivo del motor llegue VCC, debido a la saturacin de Q2, y que el negativo quede conectado a tierra por la saturacin de Q5. Si, en cambio, aplicamos seal positiva en la entrada "Atras" conducir el transistor Q6, que cierra su corriente por las bases de Q4 y Q3. En este caso se aplica VCC al terminal negativo del motor y es el terminal positivo el queda conectado a tierra, haciendo que el motor gire en sentido contrario al anterior. Pero el puente en H no slo puede controlar el sentido de giro, tambin permite estrategias de frenado diferentes de la pasiva. As, es posible frenar el motor de forma dinmica, que provoca un frenado ms rpido del motor. Esta forma de frenado, en su forma bsica, consiste en forzar un frenado electromagntico mediante la creacin de un cortocircuito de los terminales del motor. La forma de cortocircuitar los terminales es sencilla: Adelante=Atras=0. Otra forma de provocar el frenado rpido del motor (muy rpido en este caso) es mediante la inversin de la tensin en sus extremos durante el tiempo necesario para producir la parada del mismo. Mientras ms potente sea el motor menos aconsejable es este sistema de frenado. La combinacin Adelante=Atras=1 debe evitarse a toda costa, ya que Q2, Q3, Q4 y Q5 cerrarn circuito directamente entre el positivo de la fuente de alimentacin y tierra, sin pasar por el motor, lo que provocar una corriente excesiva entre colector y emisor que los destruir. Incluso si la fuente no posee proteccin, tambin sta podr sufrir importantes daos. Al efecto existen varias formas de evitar esto, utilizando circuitos que impiden esta situacin y que se denominan de forma genrica "de interlock". Generalmente son circuito basados en puertas lgicas como el de la figura 2. 2 mayo de 2011

Figura 2 Puentes en H integrados. L293 y L293D Estos integrados incluyen cuatro circuitos (Figura 3) que permiten manejar cargas de potencia media como pequeos motores y cargas inductivas. En la figura 3 observamos la distribucin o diagrama de pines del integrado, viendo a su derecha la tabla de funcionamiento de cada uno de los circuitos. ENTRADAS A H L X EN H H L SALIDA Y H L Z

H = nivel alto L = nivel bajo X = indiferente Z = alta impedancia EN = habilitacin en modo de parada o corte por proteccin trmica, las salidas se ponen en estado de alta impedancia, sin que afecte al estado de las entradas Figura 3 3 mayo de 2011

La principal diferencia entre ambos radica en que el L293D incorpora internamente los diodos de proteccin frente a corrientes inversas que producen las cargas inductivas y el L293 no los incluye, adems de las diferencias electricas siguientes: L293 Corriente continua de salida Tensin de alimentacin 1 A L293D 600 mA 4.5 a 36 V

Corriente de pico de salida no repetitiva 2 A (t 5 ms) 1.2 A (t 100 s)

Los circuitos individuales se pueden usar de manera independiente para controlar cargas de todo tipo y, en el caso de ser motores, manejar un nico sentido de giro. Pero adems, cualquiera de estos cuatro circuitos sirve para configurar la mitad de un puente H. Entonces el circuito integrado permite formar dos puentes H con los que podemos manejar dos motores de forma bidireccional, con frenado rpido y posibilidad de implementar fcilmente el control de velocidad con PWM o Regulacin por Ancho de Pulso (PWM es acrnimo de Pulse-Width-Modulated). En la figura 4 podemos ver el diagrama lgico simplificado correspondiente a cada puente en H.

Figura 4 Las entradas son compatibles con niveles TTL incluso cuando governamos motores de tensiones no compatibles con niveles TTL. Para lograr esto el integrado dispone de pines de alimentacin separados, uno para la lgica (VCC2, que debe ser de 5V) y otro para la alimentacin de la carga (VCC1, que puede variar entre 4,5V y 36V). Las salidas se pueden habilitar por parejas mediante una seal TTL. Los circuitos de manejo de potencia 1 y 2 se habilitan con la seal 1,2EN y los circuitos 3 y 4 con la seal 3,4EN. Las entradas de habilitacin permiten controlar con facilidad el circuito y facilitan el control de velocidad mediante PWM, como veremos posteriormente. Las salidas actan cuando su correspondiente seal de habilitacin est en alto. En estas condiciones, las salidas estn activas y su nivel vara en relacin con las entradas. Cuando la seal de habilitacin del par de circuitos de manejo est en bajo, las salidas estn desconectadas y en un estado de alta impedancia.

4 mayo de 2011

En la figura 5 vemos el conexionado correspondiente a: Izquierda - motor con giro en ambos sentidos mediante puente en H Derecha - dos motores con giro en sentido nico

Figura 5 La imagen se obtiene del datasheet del dispositivo y corresponde a un L293 que no tiene los diodos de proteccin internos. En la figura 6 vemos el ejemplo de circuito en forma de puente H (obtenido del datasheet) para el control bidireccional de un motor y a su derecha vemos la tabla de funcionamiento.

EN 1A 2A FUNCIONAMIENTO H H H H L L H L H X H L L H X Giro a derechas Giro a izquierdas Parada rpida Parada rpida Parada rpida

H=alto L=bajo X=no importa Figura 6 Control PWM con el L293D para el control de la velocidad de giro de motores DC El control de la velocidad de giro de los motores DC se consigue controlando la tensin de alimentacin del motor. Una forma de conseguir esto es mediante dispositivos trabajando linealmente, por ejemplo como se muestra en la figura 7. Sin embargo, aunque la sencillez de este sistema es obvia, no es la forma ms adecuada de controlar la velocidad del motor. La causa principal es el desperdicio de energa que se produce en el elemento activo, el transistor. Figura 7 5 mayo de 2011

Para evitar el inconveniente anterior se suele recurrir a hacer trabajar los elementos de control en conmutacin, es decir, en lugar de aplicar una corriente continua, aplicar una seal de pulsos (figura 8) a los que les podamos regular su anchura. Este sistema de control se le denomina PWM o Regulacin por Ancho de Pulso (PWM es acrnimo de Pulse-Width-Modulated). En este modo de trabajo estos elementos apenas disiparn potencia.

Figura 8 Veamos cmo se puede usar PWM con los puentes en H integrados, tal como vemos en la figura 9 para el L293D.

Figura 9 La seal PWM no se introduce por donde caba esperar, sino por la entrada de habilitacin. Esto es as para evitar el frenado dinmico que se producira durante los tiempos en bajo de la seal PWM, lo que provocara que el control de la velocidad de giro no fuese eficaz. Cuando el motor se controla con PWM su velocidad de giro vendr dada por la expresin lineal siguiente: T ON N =CT No , siendo CT = T ON +T OFF donde No es la velocidad de giro mxima para la tensin de alimentacin Vs, N es la velocidad de giro para un determinado ciclo de trabajo, CT, TON es el tiempo en nivel alto de los impulsos y TOFF el tiempo en nivel bajo.

6 mayo de 2011