3. Mạch điện điều khiển tốc độ cho các motor (khuấy, đẩy, bắn, xoáy)
Để điều khiển được tốc độ motor có nhiều phương pháp, hiệu quả nhất là băm xung PWM nhưng cái này cần thêm vi điều khiển, mạch driver...
khó quá đối với việc tự chế và chi phí lên cao -> bỏ qua. Tiêu chí vẫn là dễ làm dễ kiếm và rẽ.
Cách thứ 2 đơn giản hơn là thay đổi điện áp DC cấp cho motor, cách này khả thi hơn.
Ví dụ
Motor bắn bóng: 8V - 14V,
Motor chỉnh độ xoáy 6V - 12V
Motor khuấy bóng và đẩy bóng: 12V - 24V
Dòng điện yêu cầu cũng không lớn lắm, chỉ từ 100mA -150mA, lúc khởi động motor cần 400mA-500mA
Qua tham khảo các linh kiện thì có 2 loại dễ làm và thông dụng là IC LM317 (tuyến tính) và LM2576/LM2596 Adj (xung)
Chỉ cần tham khảo Datasheet (tài liệu hướng dẫn) là làm được.
Đối với LM317 thì mạch vô cùng đơn giản, chỉ cần IC LM317 (3 chân) và thêm 1 điện trở + 1 điện trở xoay (volume) là thay đổi được điện áp
Giá thành cho 4 mạch điều khiển DC-DC dùng LM317 < 50K -> quá ổn và dễ thực hiện.
Tuy nhiên LM317 có một nhược điểm rất khó chịu là nhiệt độ tiêu tán, nếu điện áp vào cao hơn điện áp ra, nhiệt sinh ra sẽ rất lớn, sờ vào đảm bảo phỏng tay và dễ cháy IC.
Công thức tính công suất nhiệt gần bằng (Uvào - Ura) x I (tiêu thụ)
Áp dụng cho yêu cầu của máy: Uvào = 30m, Ura = 8, I = 120mA = 0.12A
=> P (W) = (30 - 8) * 0.12 = 2.64W -> cở này thì nóng kinh khủng
Lắp miếng tản nhiệt phải lớn nếu không sẽ cháy IC, ngoài ra phải chú ý đến việc cách ly nếu muốn lắp chung các IC vào 1 miếng tản nhiệt lớn.
Miếng tản nhiệt lớn thì rất khó kiếm, thường lấy từ các bộ nguồn PC cũ.
Đối với mạch LM2576/LM2596 thì mạch "phức tạp" hơn LM317 một chút: thêm 1 diode, 2 tụ và cuộn dây
Về tổng thể vẫn đơn giản và dễ làm. Giá thành làm 4 mạch này trên chung board khoảng 100K
Loại mạch này các tiệm điện tử bán nhiều, giá từ 30k - 90k/mạch tùy chất lượng.
Tuy nhiên yêu cầu của chúng ta phức tạp hơn 1 chút là chỉnh hết cỡ volume min và max thì điện áp phải nằm trong khoảng nói trên (6-12, 8-14, 12-24)
nên không thể mua các mạch thiết kế sẵn.
Nếu tự làm có dễ không? giá bao nhiêu, mất thời gian bao nhiêu?
Câu trả lời là không khó lắm nếu biết cầm mỏ hàn,
giá khoảng 100K cho 4 mạch chung board, riêng thì từ 25-30k một mạch,
thời gian mất một buổi nếu làm theo mẫu và hướng dẫn.
Tính toán, lựa chọn các giá trị điện trở của mạch:
Theo datasheet, điện áp ra của các IC này phụ thuộc vào lựa chọn 2 điện trở R1 và R2
Thay R2 bằng biến trở xoay (volume), ta có thể thay đổi điện áp ra.
Tuy nhiên để giới hạn khoảng điện áp thấp nhất và cao nhất khi vặn min và max cái Volume, ta cần thêm một R2' nối tiếp với Volume để làm điều này.
Gọi Rv là giá trị max của Volume, khi xoay min thì điện trở = 0 và khi xoay max thì giá trị điện trở = Rv
với R2 = R2' + Rv --> Công thức (1)
Phần sau tính toán các giá trị R1, R2' và Rv (điện trở của Volume xoay).
Giá trị đầu vào: Vmin và Vmax
Tính toán: theo công thức tính điện áp ra
Vra = Vref (1 + R2/R1)
Với Vref là điện áp tham chiếu của IC (LM317 Vref = 1.25, LM2576 Vref = 1.23)
Khi vặn Volume max: Vmax = Vref (1 + R2/R1) = Vref (1 + (R2'+Rv)/R1)
Vậy
Vmax = Vref (1 + (R2'+Rv)/R1) --> Công thức (2)
Khi vặn Volume min: Vmin = Vref (1 + R2/R1) = Vref (1 + (R2'+Rv)/R1) = Vref (1 + R2'/R1) --> vì Rv = 0 khi vặn volume nhỏ nhất
Vậy
Vmin = Vref (1 + R2'/R1) --> Công thức (3)
Tính giá trị R1
Vmax - Vmin = Vref (1 + (R2'+Rv)/R1) - Vref (1 + R2'/R1) = Vref [(1 + (R2'+Rv)/R1) - (1 + R2'/R1)]
Vmax - Vmin = Vref [(R2'+Rv)/R1 - R2'/R1] = Vref (Rv/R1)
=>
R1 = Vref.Rv/(Vmax - Vmin) --> công thức (4)
Tính giá trị R2'
Từ công thức (3) ta có Vmin = Vref (1 + R2'/R1) => Vmin/Vref = 1 + R2'/R1 => Vmin/Vref - 1 = R2'/R1 => R2' = R1 (Vmin/Vref - 1) = R1 [(Vmin - Vref)/Vref]
Vậy R2' = R1 [(Vmin - Vref)/Vref]
Từ công thức (4) thế R1 = Vref.Rv/(Vmax - Vmin) => R2' = Vref.Rv/(Vmax - Vmin) . [(Vmin - Vref)/Vref] = (Vmin - Vref)/(Vmax - Vmin)
Vậy
R2' = (Vmin - Vref)/(Vmax - Vmin) --> công thức (5)
Tóm lại ta có 2 công thức tính R1 và R2' theo các giá trị Vmin, Vmax, Vref và Rv
R1 = Vref.Rv/(Vmax - Vmin)
R2' = (Vmin - Vref)/(Vmax - Vmin)
Với Vmin, Vmax, Vref biết trước, chọn một Rv thông dụng (2K, 5K, 10K) ta lập bảng Excel để tính các giá trị R1, R2'
Từ đó lựa được các giá trị gần đúng nhất.
Áp dụng cho mạch của máy tập bóng với các khoảng điện áp (6-12, 8-14, 12-24)
Lựa chọn Rv = 10K, ta thấy R1 thay đổi từ 1025 - 2050 ôm. R2' từ 7k9 đến 9k7
Để áp dụng một loại mạch cho cả 3 trường hợp, mình đã lựa ra các giá trị như sau:
R1 = biến trở 5K (dùng loại vi trở hoặc biến trở tam giác nhỏ)
R2' = 10K
Rv = 10K (volume 10K)
Chỉ cần thay đổi R1 ta có thể áp dụng cho các dãi điện áp nêu trên.
Việc làm các mạch giống nhau sẽ dễ dàng hoán đổi và chọn linh kiện.
Chi tiết các linh kiện và giá tiền cho một mạch (mua từ http://linhkien69.vn/)
1. LM2576 ADJ = 8k
2. 1N5822 40V 3A = 2k
3. CUỘN CẢM 100UH 6A LM2596 = 4k
4. Vi trở 5k = 2k
5. TRIẾT ÁP ĐƠN 10K = 3k
6. TỤ HÓA 50V 1000UF = 2k
7. TỤ HÓA 50V 220UF = 1k
Tổng = 22k
Nếu chọn biến trở tam giác = 1k thay vì vi trở và cuộn cảm loại trụ tròn = 2k thì chỉ còn 19k/mạch.
Phần mua dùng chung
Điện trở R 10k (mua một bịch 100 con) = 5k
Mạch in đục lỗ sẵn = 6k