- ▶ 회로설명 (circuit description) : 저속에서 힘(토크)이 좋은 직류모터의 속도를 변화시키는 회로는 모터제어의 핵심입니다. 서보모터 속도/위치 제어는 로봇관절과 같은 정밀 응용분야에서 사용되지만, 비교적 간단히 구현할 수 있는 일반 직류모터의 속도제어는 실 생활의 여러 분야에서 사용되고 있습니다.
이번에는 (상업적으로 사용되고 있는) PWM 방식을 선택하여... 소형 직류모터의 속도를 변화시킬 수 있는 회로를 시험해 보겠습니다. 이와같이 모터회전을 조종할 수 있는 회로에, 회전속도를 검출하여 피드백(Feedback)하는 부분과 연산부를 더하면... 모터의 회전속도를 "제어"할 수 있는 구성으로 발전하게 됩니다. (회로자체는 새로 설계해야 함. -_-)
※ 속도변경과 속도제어는 다릅니다. 속도변경은 말 그대로 모터 축의 회전속도를 변화시킬 수 있다는 뜻이지만, 속도제어는 (모터에 가해지는 외력에 의해) 모터 축의 속도가 지시한 속도와 (순간적으로) 달라졌을 때... 이 변화를 자동적으로 보정하여, 지정되어 있는 속도까지 복귀시키는 기능을 의미합니다. ^^
▶ 회로도 (The circuit diagram) : PWM 방식을 사용한 직류모터 속도가변 회로
- ▶ 회로동작 설명 (circuit operation) : 먼저 PWM 펄스열을 만드는 부분을 생각해 보겠습니다. PWM이란 Pulse Width Modulation의 약자로, 펄스의 듀티비를 0~100% 까지 변화시키는 것입니다. (회로에서 양 끝의 0%와 100% 듀티비는 나오지 않을 수도 있으나 모터의 속도변화 실험에는 문제가 없습니다)
그림의 555 회로에서 전하가 C1에 충전되는 경로는 R1 → VR1의 1-2 단자 → D1 → C1 이며, 방전되는 경로는 C1 → D2 → VR1의 3-2 단자 → 555 7 번핀 → GND 입니다. 555의 두 번째 응용회로에서 설명드린 대로, 555 출력 구형파의 ON 시간은 C1에 전하가 충전되는 시간에 비례하며, (구형파의) OFF 시간은 C1에서 전하가 빠져나가는(방전되는) 시간에 따라 정해집니다. 회로에서 전하의 경로를 짚어보면... C1에 전하가 충전되고 방전되는 시간은, VR1 노브의 회전각에 (서로) 반비례하는 것을 알 수 있습니다. 즉 C1에 충전되는 시간을 길게 VR1을 세팅하면, C1에서 방전되는 시간은 짧아지게 되며... 반대의 경우도 마찬가지로 됩니다.
VR1에 의해서 정해진 듀티비의 555 출력 구형파는 (베이스 전류제한 저항) R3를 거쳐 Tr1을 ON/OFF 합니다. 정확히 표현하면 구형파가 ON인 시간구간에는 베이스 전류가 흘러 Tr1도 ON 되며, (구형파가) OFF인 동안에는 (베이스 전류가 없으므로) Tr1이 OFF 됩니다. 트랜지스터의 ON/OFF 응답은 아주 빠르기 때문에... 555 출력 파형의 ON/OFF 짧은 구간이 충실히 재현되어, 모터의 응답으로 변환됩니다. ^^
Tr1이 ON 되어있는 동안에 전원(6V) → R4 (10Ω) → 직류 모터의 a-b 단자 → 콜렉터(C) → 에미터(E) → GND로 전류가 흐릅니다. 이 동안 모터는 (전원에서) 회전력을 얻게 됩니다. 반대로 Tr1이 OFF 되어있는 동안에는, 전원에서 흐르는 전류는 (Tr1에서) 차단되고... 모터의 a 단자 → 모터 내부 → 모터의 b 단자 → D3 → 모터의 a 단자로 (뱅글뱅글) 순환하는 전류가 흐르게 됩니다. (물론 회전력은 얻지 못합니다...) 이 현상은... 모터의 회전자 코일(coil)에 흐르는 전류는 갑자기 (크기와 방향이) 변할 수 없다는, 전류의 관성효과 때문으로... D3가 생략되면 (경로가 막힌 전류의 몸부림으로...) TR1의 콜렉터 에미터 사이가 (야금야금) 파괴되어 버립니다. (이와같이 트랜지스터 보호 목적으로... 모터 전류의 퇴로 확보를 위해 사용되는 다이오드를 플라이휠 다이오드라고 부릅니다)
직감적으로 판단할 수 있는 것처럼, 555 출력 구형파의 듀티비 변화에 따라... Tr1의 ON 비율이 변화하므로... 모터에 전류가 흐를 수 있는 (전체적인) 통전시간이 달라지고, 결과적으로 모터의 회전수가 변화한다는 사실을 이해할 수 있습니다. ^^
▶ 동작시험/조정 (testing and tuning) : 소형모터의 (매끄럽게 돌아가는) 미세한 회전변화을 확인하기에는 어려움이 따르므로... 회전축에 사각형 종이 조각을 끼워두면 (속도변화를 판별하기) 편리합니다. ^^
From http://www.devicemart.co.kr/mart7/circuitry/bbs.php?table=beginner&query=view&uid=37&p=1
