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DN 직원 | 2016년 10월 31일

몇 년 전 내 친구 Steve Titus는 드론 로터 디자인을 실험하고 싶었습니다. 그는 8V에서 12V까지 작동하고 무선 조종 항공기에 사용되는 DC 모터에 전류를 공급할 수 있는 간단한 모터 컨트롤러가 필요했습니다.그림 1).

저는 클래식 TL494 PWM(펄스 폭 변조) 칩을 기반으로 한 디자인을 만들어냈습니다(그림 2 ). 이 Texas Instruments 칩은 ON Semi 및 기타 업체에서 2차 공급을 받습니다. 유통업체는 칩을 1,000개당 24센트에서 개당 60센트(2016년 기준)의 가격으로 소량 판매합니다. 저는 Teledyne에 상담하면서 이 칩을 좋아하게 되었습니다. 저는 F-16 전투기의 레이더 방해 전파용 전원 공급 장치를 설계했습니다. TL494는 세라믹 DIP 패키지로 제공되므로 군용 사양 프로젝트 또는 매우 안정적인 산업용 애플리케이션에 사용할 수 있습니다. 요즘에는 작은 크기와 진동 저항을 위해 SOIC에서 설계합니다. 부품은 초소형화를 위해 TSSOP로 제공됩니다.

Steve가 요구하는 큰 전류량을 얻기 위해 100V 및 16A를 처리할 수 있는 대형 TO-3 금속 캔 PNP Darlington 트랜지스터를 구동하는 칩을 사용했습니다. 모터의 인덕턴스와 이에 연결된 와이어는 100V보다 훨씬 높은 스위칭 스파이크를 생성할 수 있으므로 모터 전체에 견고한 클램프 다이오드를 배치해야 합니다(그림 3).

그림 4; 회로는 모터(빨간색)에 펄스를 적용합니다. 이는 설정된 임계값(노란색)에 도달하는 제어 전압을 기반으로 합니다. 모터로 유입되는 전류는 최대 4암페어에 도달한 다음 오프 타임(녹색) 동안 떨어집니다. 전류의 작은 진동은 스너빙 다이오드의 정전 용량과 상호 작용하는 모터 및 배선의 인덕턴스로 인해 발생합니다.

DC 입력 전압을 가변 폭 펄스로 절단하여 모터 속도 제어를 수행합니다. 8.7kHz의 작동 주파수를 제공하기 위해 C3과 R5를 선택했습니다. IC가 전혀 절단되지 않으면 모터에 전체 배터리 전압을 적용합니다. 모터에 짧고 좁은 펄스를 적용하면 평균 전압이 낮고 모터가 느리게 작동합니다(그림 4 ). 점점 좁아지는 펄스의 경우 모터에 전압이 가해지지 않고 회전을 멈춥니다. 모터에 부하가 없으면 모터의 역기전력(back-EMF)이 발전기로서 전압을 생성하므로 전압 파형이 엉뚱하게 보일 수 있습니다.

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이러한 펄스를 모터에 적용하는 것이 잔인해 보일 수 있지만 모터는 자력으로 작동하며 자력은 전압이 아닌 전류로 만들어진다는 점을 기억하세요. 따라서 컨트롤러가 전압 펄스를 적용하는 동안 모터 인덕턴스는 이를 전압에 비례하는 전류 램프로 변환합니다.

기계 설계를 위해 TO-3 트랜지스터를 장착하기 위해 이미 뚫린 회수 작업장에서 방열판 몇 개를 구입했습니다. 장착할 때 운모 절연체와 열 그리스를 사용했습니다. 트랜지스터 마운트의 스터드도 간격을 두고 회로 카드를 마운트했습니다. 나는 또한 회수장에서 약 10킬로옴의 슬라이드 포트를 집어들었습니다. ProCAD로 보드를 배치했습니다. 회로 기판을 만들기 위해 레이저 프린터에서 투명 필름을 적용한 사전 코팅된 기판을 사용했습니다. 포토레지스트가 노출되면 가열된 염화제2철 트레이에 올려놓았습니다.

또한 포토 레지스트 PCB 재료와 투명 필름, 염화제2철을 사용하는 것보다 괜찮은 빠른 회전 제조 상점에서 PCB를 주문할 것입니다. 어떤 시점에서는 보드를 만드는 것이 더 쉽습니다. 특히 이제 기본 디자인이 제대로 작동한다는 것을 알게 되었기 때문에 더욱 그렇습니다.

또 다른 후회는 힘들게 배웠습니다. 저는 가능한 한 빨리 고객에게 전달하기 위해 폐차장 부품을 사용하여 프로토타입을 디자인한 적이 있습니다. 그는 그것을 좋아했고 50개를 더 요청했습니다. 내가 폐차장에 다시 갔을 때 그 양만큼의 재고가 없었습니다. 그들은 동일한 부품을 어디서 더 얻을 수 있는지 전혀 몰랐습니다. 이제 나는 Allied와 같은 주요 유통업체를 이용하므로 필요한 만큼 많은 부품을 얻을 수 있고 위조품이 아니며 동료 엔지니어와 해커가 정확히 동일한 부품을 주문할 수 있다는 것을 알고 있습니다. 재현성은 과학적 방법의 필수적인 부분입니다. 아래 BOM(Bill of Material)에는 이 프로토타입의 재활용 야드 방열판과 포트 및 기타 부품이 아닌 사용 가능한 부품이 있습니다.