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안녕하세요, 다산에듀 전병칠원장입니다.
이번시간에는 전동기 정역운전회로의 원리인 H-브리지(Bridge)회로에 대한
기본이해를 돕는 시간을 마련하였습니다.
여러분들에게 도움이 되는 소중한 시간이 되기를 바랍니다.
다산에듀(www.e-dasan.net)
h bridge 모터 제어 주제에 대한 자세한 내용은 여기를 참조하세요.
NI myDAQ Lab 3: H-bridge DC모터 제어
H – Brge 회로는 DC 모터의 양 끝단에 각각 2 개의 스위치를 연결해 흐르는 전류의. 방향을 변경하여 DC 모터의 회전 방향을 제어하는 방법이다(Figure 1 참조).
Source: www.hanbat.ac.kr
Date Published: 12/12/2021
View: 4198
DC모터 H-Bridge로 양방향 제어하기 – 네이버 블로그
직류 모터의 양방향으로 제어하기 위해 H-Brge를 사용한다. H-brge의 원리에 대한 설명은 일단 패스 하는 걸로 하자.
Source: m.blog.naver.com
Date Published: 12/18/2022
View: 7394
아두이노 모터 드라이버 (H-bridge 회로 구성 및 모터 드리이버 …
모터의 회전 방향은 모터 드라이버의 극성을 바꾸어 제어하고, 회전력은 PWM 신호로 모터에 유입되는 전력으로 제어합니다. 모터 드라이버와 주변 구성.
Source: 3dplife.tistory.com
Date Published: 4/18/2021
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아두이노 DC 모터 2 – 3DEMP
이번에는 H-Brge회로를 이용해서 DC모터의 방향과 회전 속도를 제어 해 보도록 하겠습니다. H-Brge 회로란 하나의 전원으로 모터에 가하는 전압의 …
Source: www.3demp.com
Date Published: 4/28/2021
View: 5761
H-Bridge 회로 – 단일 칩 사용 (모터 제어) – 훅크선장의 전함
DC 모터 제어를 위해 사용하는 H-Brge 회로는 TR 이나 FET 으로 직접 구성할 수도 있지만,. DC 모터를 양방향으로 제어하기 위해서 필요한 TR 이나 …
Source: hook.tistory.com
Date Published: 11/28/2021
View: 7967
[MAKER-DRIVE] Simplifying H-Bridge Motor Driver for Beginner
모터제어 > 스텝모터제어모듈 [MAKER-DRIVE] Simplifying H-Brge Motor Driver for Beginner 초보자,라이트유저에 맞게 설계된 소형 DC모터 드라이버.
Source: m.eleparts.co.kr
Date Published: 4/8/2021
View: 3938
DC 모터 제어 – 한철수
DC 모터의 양방향 제어 회로. 9. • H 브리지(H brge) 회로를 이용해 DC 모터를 양방향으로 제. 어할 수 있음. ‒ DC 모터는 전류 방향에 따라서 회전 방향이 …
Source: cis.cju.ac.kr
Date Published: 11/16/2022
View: 2623
[임베디드 설계] PWM 제어 (DC 모터 제어) – 프로그래밍 끄적끄적
모터 드라이버에는 다양한 종류의 회로를 내장하고 있는데, 이번 시간에 다뤄볼 회로는 H-Brge라는 회로입니다. 가장 많이 쓰이기도 하고 간단하니 …
Source: l0ve11.tistory.com
Date Published: 1/12/2022
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주제에 대한 기사 평가 h bridge 모터 제어
- Author: 전병칠
- Views: 조회수 12,671회
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- Date Published: 2019. 10. 2.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=fK27WUeQTMI
DC모터 H-Bridge로 양방향 제어하기
한쪽을 키고(High) 다른 한쪽을 끄면(Low) 그 방향으로 돌아간다. 둘다 끄면 멈추고, 둘다 켜도 멈춘다. 그런데 둘다 키는 것은 사용하지 말라고 한다. 왜냐하면 둘 다 킬때 전류가 둘다흐르는 상태로 위험할 수 있기 때문이다. 그런데 어떤 자료 보면 둘 다 키는 경우 Break로 활용한다는 것도 봤다. 어느 것이 맞는지는 확실치 않다. 사견으로 둘 다 킬 때(High)인 경우 양쪽 다 전류를 최대로 흘르게 되는 상태로 전압이 걸리고 있으니 안 쓰는게 맞는 것 같다.
아두이노 모터 드라이버 (H-bridge 회로 구성 및 모터 드리이버와 주변 구성)
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안녕하세요. 메카럽입니다.
주말이 끝나고 월요일이 시작되었습니다. 이번 주는 대명절인 추석이 있는 주인만큼 한 주가 부담스럽지 않으실거라 생각합니다. 코로나19로 인해 고향 방문도 못하는 상황이 되어버려 아쉽겠지만 빨리 이겨내서 고향에 계신 부모님을 뵐 수 있는 날이 오길 간절히 기원합니다. 이번 포스팅에서는 아두이노 모터의 드라이버에 대해 알아보고자 합니다.
모터 드라이버는 그 명칭에서 알 수 있듯이 고용량 DC 모터를 원활히 운전시키기 위한 부가장치입니다. 특히 아두이노와 같은 마이크로컨트롤러로 제어하기 쉽게 구성되어 있어 회로를 구성하는 수고를 덜어줍니다. 모터 드라이버는 아두이노로부터 HIGH 또는 LOW 신호를 인가받아 DC 모터의 회전 방향을 결정하고, PWM 신호를 수신하여 모터의 회전력을 제어합니다. 모터의 회전 방향은 모터 드라이버의 극성을 바꾸어 제어하고, 회전력은 PWM 신호로 모터에 유입되는 전력으로 제어합니다.
모터 드라이버와 주변 구성
위 그림은 모터 드라이버가 적용된 회로의 블록 다이어그램을 나타내었습니다. 배터리 전원은 레귤레이터와 모터 드라이버의 전원 입력부러 인가됩니다. 레귤레이터는 아두이노를 작동시키기 위한 전압으로 낮추어주며, 모터 드라이버는 아두이노로부터 신호를 받아 DC 모터를 제어합니다.
즉, 모터 드라이버는 아두이노로부터 크게 두 갖 신호를 인가받습니다. 첫 번째는 정방향으로 회전할지 역방향으로 회전할지를 디지털 신호로 인가받고, 두 번째는 아날로그 단자의 PWM 신호를 통해 모터의 회전력을 인가받습니다.
모터 드라이버는 그럼 어떻게 구성되어 있을까요? 보통 모터 드라이버는 여섯 개 이상의 트랜지스터로 구성된 H-bridge 회로로 구성되어 있습니다.
일반적인 H-bridge 회로 모델
위 그림은 통상적인 H-bridge 회로 모델을 나타내고 있습니다. 네 개의 스위치로(트랜지스터) H자 형상의 회로를 구성했기에 그런 이름이 붙었습니다. 모터 드리이버에는 이런 회로가 들어가 있어 아두이노를 사용해 손쉽게 DC 모터의 방향 전환과 속도 제어가 가능합니다.
H-bridge 회로는 두 개의 BJT와 네 개의 FET(N-채널 FET 2개, P-채널 FET 2개)로 구성되는데, 그림과 함께 살펴보면 A단자에 HIGH 신호가 인가되면, 1번과 4번 스위치(FET)가 턴 온 되어 모터의 A 극에 +입력이, B 극에 -입력이 인가됩니다.
만약 A 단자가 LOW 상태가 되면, 2번과 4번 스위치가 턴 온 되고 1번, 3번은 턴 오프 되며 모터의 A극에 -입력, B 극에 +입력이 인가됩니다. 즉 아두이노의 HIGH/LOW 출력을 제어하여 모터의 극성을 제엏는 것이 H-bridge 회로입니다.
모터 드라이버(Cytron사의 MD10C)
이제 실제 모터 드라이버 예시를 살펴보겠습니다. 위 그림은 Cytron사의 MD10C라는 모터 드라이버이며, 제조사나 모델이 달라도 모터 드라이버의 구성은 거의 유사합니다. 이 모델은 5V에서 30V 사이의 외부전원을 DC 모터로 전달할 수 있으며 허용전류는 10A 수준입니다. 모터 드라이버 내부에는 H-bridge 회로가 들어가 있어 아두이노의 제어 신호를 모터로 전달합니다.
모터 드라이버의 왼쪽 전원부는 POWER와 MOTOR 두 가지 단자가, 오른쪽 신호부는 DIR, PWM, GND 세가지로 구성되어 있습니다.
단자 역할 비고 신호부 DIR 모터 방향 제어용 단자 디지털 포트와 연결 PWM 모터 회전력 제어용 단자 PWM 포트와 연결 GND 접지 전원부 POWER 배터리 전원 단자 MOTOR DC 모터 전원 단자
DIR은 방향(DIRection)의 약자로 모터의 방향 제어용 단자입니다. 아두이노의 디지털 포트와 연결하고 HIGH 또는 LOW 신호로 제어합니다. PWM 단자는 아두이노의 PWM 단자를 통해 analogWrite( ) 함수로 제어되며, 이 신호를 통해 고용량 베터리 전원을 모터에 전달됩니다. 이러한 구성은 이 모델뿐만 아니라 통상적인 모터 드라이버가 택하고 있는 방식입니다. 단지 DIR이나 PWM이란 글자의 형식이 조금씩 다를 뿐입니다.
모터 드라이버에 대해 알아보았습니다. 다음 포스팅에서는 “analogWrite( )함수와 PWM제어”에 대해 알아보도록 하겠습니다. 오늘 하루도 힘차게 즐겁게 보내시기 바랍니다.
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훅크선장의 전함 :: H-Bridge 회로
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[임베디드 설계] PWM 제어 (DC 모터 제어)
지난 시간 PWM 제어를 통해서 LED 밝기를 조절하는 것에 대해 다뤄보았습니다. 오늘은 동일한 이론을 가지고 DC 모터의 속도를 조절하는 법에 대해 이야기 해볼까 합니다.
먼저 이론에 앞서 모터 제어에 필요한 준비물을 알아봅시다. 가장 먼저 모터는 부하가 크기 때문에 이전 수업 내용들과는 다르게 외부 전원이 필요합니다. 여기서 외부 전원은 일상에서 쉽게 접할 수 있는 건전지부터 해서 보조배터리와 같은 충전지를 말합니다. 외부 전원을 준비했다면, DC 모터 제어의 핵심인 모터 드라이버가 필요합니다. 그럼 핵심인만큼 모터 드라이버에대해 먼저 알아보도록 하죠.
* 모터 드라이버란?
왼쪽의 사진을 모터 드라이버라 부릅니다. 해당 모듈은 모터를 정방향 또는 역방향으로 회전하게하거나 회전 속도를 조절할 수 있도록 도와줍니다. 사실 회로 자체의 역할은 스위칭을 통하여 회전 방향을 바꿔주는데 의의가 있습니다. 모터 드라이버에는 다양한 종류의 회로를 내장하고 있는데, 이번 시간에 다뤄볼 회로는 H-Bridge라는 회로입니다. 가장 많이 쓰이기도 하고 간단하니 너무 겁먹지 않아도 됩니다. 회로부분에 있어서는 공학적인 내용보다 흐름정도만 설명하고 넘어가도록 하겠습니다.
H-Bridge 회로는 회로의 모양이 H 모양 다리처럼 생겨서 붙은 이름인데 아래 그림을 보면 이해가 될 겁니다.
H-Bridge 회로
회로는 간단하게 스위치 4개와 모터 1개 그리고 외부전원으로 구성되어 있습니다. 하나씩 뜯어보면 먼저 스위치 역할을 해주는 4개의 반도체 소자가 보입니다. Q1~Q4가 반도체 소자인데, 보통 MOSFET이나 BJT라는 반도체 소자를 이용하여 스위치처럼 사용합니다. 밑에 적힌 PNP와 NPN은 반도체 극성을 의미하며 극성에 따라 특성이 달라지는데, 이건 중요한게 아니니 넘어가도록 하겠습니다. 이 4개의 스위치만 잘 조작하면, 모터의 방향을 조절할 수 있습니다. 이전 LED와 같은 극성 소자에서는 +와 -에 유의하면서 연결해줬었잖아요? 모터는 극성이 없습니다. 정확히 말해서 전류의 흐름에 따라 모터가 회전하는 방향이 달라진다는 이야기 입니다.
예를 들어, 오른쪽 사진과 같이 Q1과 Q4 소자에 신호(5V)를 주게 되면 다음과 같이 전류가 흐르게 될 것입니다. 여기서 조건은 Q2와 Q3가 Off 상태야 합니다. Q1과 Q4 스위치를 눌러주면서 전류가 흐를 수 있는 길을 터준것이고 전류는 빨간색 선과 같이 모터에 흘러들어가게 됩니다. 그렇게 되면 모터는 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 즉, 특정 방향으로 회전하게 됩니다. 여기서 특정 방향으로 회전한다 언급한 것은 모터마다 코일이 감겨있는 방향이나 여러가지를 고려했을 때, 어느 방향으로 회전한다를 단정지을 수 없기 때문에 ‘특정 방향으로 회전한다’라고 한겁니다. 여기서 반대로 Q1 스위치와 Q4 스위치를 Off하고 나서 Q2와 Q3 스위치를 On하게 된다면 어떤 동작을 보일까요?
왼쪽의 그림이 Q2, Q3 스위치를 On 시켰을 때, 전류의 흐름을 나타내보았습니다. 딱 봐도 위의 그림과 다르게 모터에 전류가 반대로 흘러 들어가는 것을 볼 수 있죠. 이런 회로에서는 그럼 모터는 어떤 동작 특성을 보일까요? 예상했던 대로, 위의 회로와는 반대로 모터가 회전하는 것을 볼 수 있습니다. 처음 도입부에서 말씀 드렸다 싶이 모터는 +단자와 -단자 구분이 없습니다. 그렇단 이야기는 전류가 들어오는 방향에 따라서 동작 특성이 결정된다는 이야기에요. 그럼 우리가 도출할 수 있는 결과는 모터에 전류를 흘려주는 방향 조절만 해준다면 회전 방향을 정할 수 있단 이야기죠. 여기서 문제가 하나 발생합니다. 우리는 보통 전압원(Vcc)에 직류전원(건전지, 충전지..)을 사용하기 때문에 전류 방향을 바꿔줄 수가 없어요! 그렇기 때문에 이러한 회로구성이 필요합니다. 단 스위치 4개만으로 전류의 흐름을 바꿔줄 수가 있죠.
하드웨어적인 개념은 여기까지 하고 이제 이 회로를 어떻게 제어할 것이냐를 고민해봅시다.
이번 강의의 포인트는 2가지입니다. 모터의 회전 방향을 제어하는것, 모터의 회전 속도를 제어하는 것 입니다. 모터의 회전 방향은 위의 하드웨어를 제어함으로써 해결되지만 여기서 모터의 속도 제어는 또 다른 문제입니다.
속도 제어를 위해서는 마이컴의 기능을 활용해야합니다. 바로 이전 LED 밝기 제어 강의때 다뤘던 PWM입니다. 동일한 이론을 바탕으로 모터에 출력의 변화를 줄 수 있습니다. 근데 여기서 추가 회로의 도움 없이 컨트롤러에 모터를 꽂을 경우 과전류로 인해 보드가 망가질 수 있으니 조심해야합니다. 마이크로 컨트롤러의 경우 각 보드가 허용하는 출력 전류가 정해져있어 그 이상 뽑아내려하면 죽어버립니다. 이러한 이유로도 H-Bridge와 같은 회로가 필요한 것이죠.
다시 본론으로 들어가서 우리는 위의 회로에서 1가지만 추가하여 모터의 속도를 제어할 것입니다. 바로 스위치를 켜는 부분에 PWM 신호를 인가해 볼 겁니다. PWM 신호에 따라 스위치가 깜빡깜박하게 된다면 모터는 스위치가 켜지는 시간만큼 빨라질겁다. 머릿속으로 한번 상상해보면서 따라와보세요! 10초의 주기를 가지고 실험을 한다고 했을때, 1초 눌렀다가 9초 떼고있을때와 5초 누르고있다가 5초 떼는것 중 어느게 더 빨리 돌까요?? 물론 초단위라 사실 속도는 비슷할지 모릅니다. 하지만 이게 ms, us단위로 껐다 켰다하게 되면 확실하게 모터가 회전하는 속도 차이가 보일겁니다. 즉, 제가 말씀드리고 싶은 말은 PWM의 Duration을 조절하면 모터의 속도를 제어할 수 있단말을 하고싶었던 겁니다. Duration이 30%일때보다 70%일때 더 빠르게 되겠죠.
이 두 이론을 합쳐서 코드를 짜보고 직접 눈으로 확인해봅시다.
우선 회로도는 아래와 같이 구성하면 됩니다.
(준비물: 아두이노, DC 모터, 모터드라이버 L298N, 외부 전원)
IN1 & IN2 는 왼쪽 출력에 관여, IN3 & IN4 는 오른쪽 출력에 관여
IN3와 IN4는 모터의 출력 방향을 결정하는 Switch 역할
ENA와 ENB는 모터의 출력 속도를 결정하는 PWM 신호 핀
외부 전원은 VCC와 GND에 연결하며 GND의 경우 Arduino와 같이 물려주어야함
#define IN3 5 #define IN4 4 #define Motor2_PWM 3 int value = 0; void setup() { // put your setup code here, to run once: pinMode(IN3, OUTPUT); // H-Bridge Switch 1 pinMode(IN4, OUTPUT); // H-Bridge Switch 2 } void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: digitalWrite(IN3, HIGH); // H-Bridge Switch ON digitalWrite(IN4, LOW); // H-Bridge Switch LOW for (int i = 0; i < 255; i += 50) { analogWrite(Motor2_PWM, value); // PWM 신호를 value만큼 인가 delay(1000); // 1초 delay } for (int i = 255; i > 0; i -= 50) { analogWrite(Motor2_PWM, value); // PWM 신호를 value만큼 인가 delay(1000); // 1초 delay } digitalWrite(IN3, LOW); // H-Bridge Switch LOW digitalWrite(IN4, HIGH); // H-Bridge Switch ON for (int i = 0; i < 255; i += 50) { analogWrite(Motor2_PWM, value); // PWM 신호를 value만큼 인가 delay(1000); // 1초 delay } for (int i = 255; i > 0; i -= 50) { analogWrite(Motor2_PWM, value); // PWM 신호를 value만큼 인가 delay(1000); // 1초 delay } }
스위치 핀으로 이용할 핀번호를 출력으로 설정해준다. (PWM 핀은 이전 시간에 확인했든 함수 내부에서 출력 설정을 해주고 있음. 모터가 회전할 방향을 설정. (IN3와 IN4는 늘 반대 출력을 가져야 한다) PWM의 Duty 값을 조절하면서 속도 변화를 확인. 이전 설정했던 것과 반대로 IN3와 IN4를 변화를 주고 방향이 바뀌는 것을 확인.
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