MCU Arayüzleri

L293D Çift H-Köprüsü DC Motor Sürücüsü

Dörtlü yarım H sürücü entegresi TI L293D ile bağımsız PWM hız ve yön kontrolüne sahip eksiksiz çift yönlü DC motor sürücü şeması.

Mantık besleme gerilimi (VCC1)
4.5V ila 7.0V DC (Nominal 5.0V TTL/CMOS Uyumlu)
Bileşenler
8
Formüller
4
Tuzaklar
4
Web CAD'de Aç
Doğrulanmış Kaynak

Şema çalışma alanı

L293D Dual H-Bridge DC Motor DriverExported from CircuitBase1,2EN11A22A73,4EN93A104A151Y32Y63Y114Y14VCC116VCC28GND4GND5GND12GND13U1L293DMM112V DC MotorMM212V DC MotorC1100nF+C2100µFC3100nFC4100nFC5100nFEN1IN1IN2EN2IN3IN4+5V+12VGNDGNDGNDGND

Devreye genel bakış

Mantık besleme gerilimi (VCC1)
4.5V ila 7.0V DC (Nominal 5.0V TTL/CMOS Uyumlu)
Bileşenler
8
Formüller
4
Tuzaklar
4

Elektriksel değerlerini ve bağlantılarını görmek için yukarıdaki şemadan herhangi bir bileşene tıklayın.

Devreye genel bakış

L293D çift H-köprüsü DC motor sürücü şeması, iki fırçalı DC motor veya 4 telli tek bir bipolar adım motoru için bağımsız çift yönlü hız ve yön kontrolü sağlar. Çift besleme hattıyla çalışan devre, mikrokontrolcünün 5V düşük gürültülü dijital mantığını (VCC1), motorların 4.5V ila 36V yüksek gerilimli endüktif beslemesinden (VCC2) izole eder. Her tam H-köprüsü, PWM anahtarlama ve ani yön değişimlerindeki endüktif gerilim sıçramalarını bastırmak için çip üzerinde entegre hızlı kenetleme diyotlarına (flyback) sahip iki adet push-pull çıkış kanalından oluşur. Entegre devre dahili termal kapanma ve çapraz iletim korumasına sahipken, motor terminallerine doğrudan bağlanan harici seramik bastırıcılar (C4, C5) fırça komütasyon arkını ve elektromanyetik paraziti sönümler.

Temel Teknik Özellikler

Mantık besleme gerilimi (VCC1)4.5V ila 7.0V DC (Nominal 5.0V TTL/CMOS Uyumlu)
Motor besleme gerilimi (VCC2)4.5V ila 36.0V DC (Bağımsız Yüksek Akım Hattı)
Sürekli çıkış akımı (kanal başına)600 mA sürekli / 1.2 A tekrarsız tepe akımı (<100 µs)
Dahili kenetleme flyback diyotlarıÇip üzerinde entegre (600 mA sürekli, 1.2 A tepe darbe kapasitesi)
Toplam doyma gerilimi düşüşüTipik 2.6V (Üst Darlington 1.4V + Alt NPN 1.2V @ 600mA)
Termal direnç jonksiyon-ortam (RθJA)67 °C/W (DIP-16 gövde; 4, 5, 12, 13 toprak pinleri PCB bakırına lehimlendiğinde)
Maksimum çalışma jonksiyon sıcaklığı+150 °C (Dahili termal koruma tipik olarak +165 °C seviyesinde tetiklenir)
Önerilen PWM modülasyon frekansı1 kHz ila 10 kHz (Akustik gürültü ve anahtarlama verimliliği optimize edilmiş)

Çalışma Prensibi ve Teorik Analiz

01

Çift H-Köprüsü Çıkış Katı Topolojisi ve Bipolar Darlington İletimi

U1 içerisindeki her yarım H sürücü kanalı, üst kolda bir NPN Darlington çifti ve alt kolda ortak emiterli bir NPN çekme transistörü kullanır. Motor terminali YÜKSEK (HIGH) seviyeye sürüldüğünde, akım motor beslemesi VCC2 üzerinden üst Darlington çifti aracılığıyla yüke akar. Darlington yapısındaki iki seri bağlı baz-emiter ve kolektör-emiter eklemi nedeniyle, üst kol doyma gerilim düşüşü 1.2V ile 1.8V arasında değişir. Aynı anda karşı kolun alt NPN transistörü motor akımını toprağa aktarırken 1.0V ile 1.5V arasında bir doyma düşüşü oluşturur. Sonuç olarak, motor terminallerine ulaşan efektif gerilim iki doymuş transistörün toplam kaybı kadar azalır:

FORMULA & CALCULATION
VM = VCC2 - VCE(sat,high) - VCE(sat,low) ≈ VCC2 - 2.6V
02

Yön Mantık Matrisi ve Çift Yönlü Komütasyon

Motor 1, 1Y (Pin 3) ve 2Y (Pin 6) çıkış pinleri arasına diferansiyel olarak bağlanır. Dönüş yönü, 1,2EN (Pin 1) yetkilendirme pini YÜKSEK seviyedeyken 1A (Pin 2) ve 2A (Pin 7) girişlerindeki tamamlayıcı TTL mantık seviyeleri ile kontrol edilir: - İleri Dönüş: 1A = HIGH ve 2A = LOW kombinasyonu 1Y çıkışını YÜKSEK (~VCC2 - 1.4V) ve 2Y çıkışını DÜŞÜK (~1.2V) seviyeye çekerek Pin 3'ten Motor 1 üzerinden Pin 6'ya doğru akım akışı sağlar. - Geri Dönüş: 1A = LOW ve 2A = HIGH kombinasyonu terminal polaritesini tersine çevirerek motorun ters yönde dönmesini sağlar. - Aktif Dinamik Frenleme: Her iki girişe de aynı mantık seviyesinin verilmesi (1A = HIGH, 2A = HIGH veya 1A = LOW, 2A = LOW) motorun her iki ucunu aynı potansiyele bağlayarak ters elektromotor kuvveti (ters EKM) düşük empedans üzerinden sönümler ve rotoru hızla frenler.

03

Darbe Genişlik Modülasyonu (PWM) ile Hız Kontrolü ve Serbest Duruş

FORMULA & CALCULATION
Vavg = D × (VCC2 - 2.6V) = (ton) / (T) × (VCC2 - 2.6V)
04

Dahili Kenetleme Diyotları ve Endüktif Geri Tepme Bastırma

Kalıcı mıknatıslı DC motorlar sargı endüktansı L içerir. Sürücü transistörleri aniden kapandığında, sönen manyetik alan yüksek gerilimli bir endüktif ters gerilim darbesi ($V = -L · (di) / (dt)) üretir. L293D entegresinde her çıkış kanalında VCC2 ve GND hatlarına bağlı dahili hızlı kenetleme diyotları bulunur: - Gerilim VCC2 üzerine çıktığında üst diyot iletime geçerek piniVCC2 + VF(~VCC2 + 1.2V) seviyesine kenetler. - Gerilim toprak altına indiğinde alt diyot iletime geçerek seviyeyi-VF$ (~ -1.2V) değerinde sınırlar. Bu sayede transistörlerin çığ delinmesi önlenir. Motor terminallerine paralel bağlanan C4 ve C5 seramik kondansatörleri (100nF) fırça arkı parazitlerini süzer.

05

Bağımsız Besleme Hatları, Çapraz İletim Koruması ve Dekuplaj

Mikrokontrolcüyü motor anahtarlama gürültüsünden korumak için U1 ayrı besleme girişlerine sahiptir: VCC1 (Pin 16) dahili mantık devrelerini besler ve C1 (100nF seramik) ile dekuple edilir. VCC2 (Pin 8) yalnızca yüksek akımlı çıkış katlarını besler; C2 (100µF elektrolitik, akım dalgalanmalarını emer) ve C3 (100nF seramik) ile filtre edilir. Dahili geçiş gecikmesi mantığı, aynı koldaki üst ve alt transistörlerin aynı anda açılmasını önleyerek yıkıcı çapraz iletim (shoot-through) akımlarını engeller.

Tasarım Denklemleri ve Hesaplama Formülleri

Efektif motor terminal gerilimi

VM = VCC2 − (VCE(sat,H) + VCE(sat,L)) = VCC2 − Vdrop

Üst kol Darlington ve alt kol NPN transistörlerinin doyma gerilim düşüşleri düşüldükten sonra motor uçlarına ulaşan net diferansiyel gerilimi hesaplar.

SembolParametreTipik değer
VMEfektif motor diferansiyel terminal gerilimi9.4V
VCC2Motor güç kaynağı gerilimi12.0V
VdropSürücünün toplam doyma gerilimi düşüşü2.6V

Sürücü toplam güç kaybı ve ısı yayılımı

Ptotal = (Vdrop · Iload1 + Vdrop · Iload2) + (VCC1 · ICC1) + (VCC2 · ICC2)

Yük iletim kayıpları ve sükunet akımları nedeniyle L293D paketi içinde ısıya dönüşen toplam elektriksel gücü hesaplar.

SembolParametreTipik değer
PtotalPaketin yaydığı toplam termal güç2.85W
VdropKöprünün toplam doyma gerilimi düşüşü2.6V
Iload1Motor 1 sürekli çalışma akımı0.5A
Iload2Motor 2 sürekli çalışma akımı0.5A
VCC1Mantık besleme hattı gerilimi5.0V
ICC1Mantık devresi sükunet akımı0.040A
VCC2Motor besleme hattı gerilimi12.0V
ICC2Çıkış katı sükunet akımı0.004A

Jonksiyon sıcaklık artışı hesabı

TJ = TA + (Ptotal · Rθ JA)

Toplam güç kaybı, ortam sıcaklığı ve PCB bakır alanının termal direncine bağlı olarak silikon çipin çalışma sıcaklığını tahmin eder.

SembolParametreTipik değer
TJHesaplanan silikon jonksiyon sıcaklığı115.0°C
TAÇalışma ortam sıcaklığı25.0°C
PtotalToplam güç kaybı1.35W
Rθ JABakır düzlemli jonksiyon-ortam termal direnci67.0°C/W

PWM kontrollü ortalama motor gerilimi

Vavg = D · VM = tonT · (VCC2 − Vdrop)

Yetkilendirme pinine uygulanan PWM görev periyoduna (D) bağlı olarak motor sargısına ulaşan ortalama DC gerilimi belirler.

SembolParametreTipik değer
VavgEfektif ortalama DC motor gerilimi4.7V
DPWM görev periyodu oranı (0.0 ila 1.0)0.50ratio
VMTam iletimdeki motor terminal gerilimi9.4V
VCC2Motor besleme gerilimi12.0V
VdropH-köprüsündeki toplam doyma gerilimi düşüşü2.6V

Malzeme Listesi (BOM)

Bu devreyi kurmak için gereken tüm parçalar. Şemada incelemek için bir referans tanımlayıcı seçin.

Ref.BileşenDeğerKılıfDevredeki rolüKaynak
Dahili kenetleme diyotlu dörtlü yarım H sürücü entegresi

Texas Instruments L293DNE; kanal başına 600 mA sürekli, 1.2 A tepe akımı, dahili diyotlu 4.5V-36V motor beslemesi.

L293DPDIP-16Endüktif yükler için çift H-köprüsü güç sürücüsüDahili kenetleme diyotlu dörtlü yarım H sürücü entegresi: pin yapısı ve veri sayfası
Fırçalı DC motor 1

Standart 12V kalıcı mıknatıslı fırçalı DC motor, nominal çalışma akımı <= 500 mA.

12V DC MotorCustomKanal 1 ve 2 yük motoru—
Fırçalı DC motor 2

Standart 12V kalıcı mıknatıslı fırçalı DC motor, nominal çalışma akımı <= 500 mA.

12V DC MotorCustomKanal 3 ve 4 yük motoru—
Seramik dekuplaj kondansatörü

Murata GRM21BR71E104KA01L; 100nF 25V X7R seramik, U1 Pin 16 yanına yerleştirilmiş.

100nF0805VCC1 mantık besleme filtresi—
Alüminyum elektrolitik kondansatör

Nichicon UVR1E101MDD; 100µF 25V radyal elektrolitik, motor kalkış akımlarını ve dalgalanmayı sönümler.

100µFRadialVCC2 motor beslemesi rezervuarı—
Seramik baypas kondansatörü

Murata GRM21BR71H104KA01L; 100nF 50V X7R seramik, U1 Pin 8 yanındaki hızlı anahtarlama darbelerini süzmektedir.

100nF0805VCC2 yüksek frekans filtresi—
Motor 1 bastırıcı snubber kondansatörü

Murata GRM21BR71H104KA01L; 100nF 50V X7R seramik, doğrudan Motor 1 terminallerine lehimlenmiş.

100nF0805Ark bastırma ve EMI filtresi—
Motor 2 bastırıcı snubber kondansatörü

Murata GRM21BR71H104KA01L; 100nF 50V X7R seramik, doğrudan Motor 2 terminallerine lehimlenmiş.

100nF0805Ark bastırma ve EMI filtresi—

Pratik Uygulama Alanları ve Kullanım Senaryoları

Diferansiyel iki tekerlekli robotlar ve otonom mobil platformlar
Çift yönlü DC motor aktüatörleri, lineer kızaklar ve servo mekanizmaları
3D yazıcılar ve CNC eksenlerinde 4 telli bipolar adım motoru faz sürüşü
12V fanlar, mikro pompalar ve solenoid valfler için PWM hız kontrolü

Kritik Tasarım Tuzakları ve Mühendislik İpuçları

Gerçek montajlarda karşılaşılan tuzaklar ve her birinin çözümü.

Uyarı

Belirgin dahili Darlington doyma gerilimi kaybı

12V motor beslemesi (VCC2) uygulandığında 600mA yük altında motor uçlarında yalnızca yaklaşık 9.4V görülür. Yeni başlayanlar bu 2.6V Darlington kaybını yetersiz güç kaynağı veya arızalı motor sanabilir.

Önlem

VCC2 gerilimini motor anma geriliminin 2.5V ila 3.0V üzerinde seçerek kaybı telafi edin (örneğin 12V motor için 14.5V-15V uygulayın) veya ultra düşük gerilim kaybı için modern bir DMOS/CMOS sürücüye (DRV8833 veya TB6612FNG) geçin.

Kritik

Aşırı güç kaybı ve PCB toprak düzlemiyle soğutma gereksinimi

İki DC motoru 12V hattından 500mA akımla sürekli çalıştırmak U1 içinde 2.6W üzerinde ısı açığa çıkarır. Yeterli bakır soğutma alanı yoksa termal koruma saniyeler içinde devreye girerek motoru durdurur.

Önlem

4, 5, 12 ve 13 numaralı toprak pinlerini doğrudan geniş bir bakır toprak düzlemine lehimleyin (1 oz bakırda en az 10 cm²) veya harici DIP-16 soğutucu takın. 25 °C ortam sıcaklığında soğutucusuz toplam gücü 1.5W altında tutun.

Kritik

Motor kilitlenme akımının 600mA sürekli sınırını aşması

Boşta 200mA çeken küçük DC motorlar mekanik sıkışmada veya anlık ters yön komutunda 1.5A ila 3.0A çekebilir. 1.2A mutlak sınırın aşılması dahili bağlantı tellerini veya transistörleri yakar.

Önlem

Tasarım öncesi motor kilitlenme akımını (V_motor / R_sargı) ölçün. Kilitlenme akımı 1.0A üzerindeyse yazılımsal PWM yumuşak kalkış (soft-start) uygulayın veya 650mA PTC sigorta ekleyin.

Uyarı

Mantık (VCC1) ve motor (VCC2) beslemeleri için bağımsız dekuplaj

Mantık VCC1 ve motor VCC2 hatlarını yeterli filtreleme olmadan aynı regülesiz kaynaktan beslemek, endüktif anahtarlama darbelerinin mikrokontrolcüyü sıfırlamasına yol açar.

Önlem

VCC1 hattını Pin 16 yanındaki 100nF seramik kondansatör ile regüle 5V kaynağından besleyin. VCC2 hattını ise Pin 8 yanında en az 100µF elektrolitik ve 100nF seramik kondansatör ile desteklenen hattan besleyin.

Birincil kaynaklar

Bu sayfanın doğru kalmasına yardım edin

Bu devreyi kurdunuz, simüle ettiniz veya incelediniz mi? Onaylayın ya da yanlış bir parça, değer veya bağlantıyı bildirin.

Şemadaki hatayı bildirBu şemayı onayla

GitHub'da bu sayfanın önceden doldurulduğu herkese açık bir form açar; ücretsiz bir GitHub hesabı gerekir. Bildirimler ve onaylar nasıl işler

Şemayı dışa aktar

Şemayı dokümantasyon, sunum veya CAD'de düzenlemek için indirin.

Siteye Göm (Embed)

Bu etkileşimli şemayı sitenize, blogunuza veya laboratuvar kılavuzunuza ekleyin.

HTML kodu

<iframe src="https://circuitbase.tech/embed/schematic/l293d-dual-h-bridge-dc-motor-driver?theme=paper" width="100%" height="500" frameborder="0" loading="lazy" style="border: 1px solid #e5e7eb; border-radius: 6px; max-width: 100%;" title="L293D Çift H-Köprüsü DC Motor Sürücüsü — CircuitBase Interactive Schematic"></iframe>