Diseñe un controlador de motor de CC de 1,5 V / 12 V económico para estudiantes de secundaria

Estoy introduciendo circuitos eléctricos a estudiantes de secundaria de grado 9 como parte de una materia de ingeniería dedicada. Los estudiantes no tienen exposición previa a circuitos eléctricos.

Como parte de este módulo, quiero diseñar un controlador de motor para que lo construyan los estudiantes, ya sea usando una placa de prueba o un soldador. El controlador de motor es necesario para impulsar algunos accesorios mecánicos más adelante en el curso.

Los motores en cuestión son los motores DC para pasatiempos que se muestran a continuación. Mi elección se basa en el precio (estos motores cuestan $ 1 cada uno en liquidación).

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1,5 V CC, 650 mA M-13-2270-1,5 V

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12 V CC, 650 mA MF-26CS-18165-12,0 V

Requisitos

Mi problema es diseñar un controlador de motor de CC con las siguientes especificaciones:

  • Bidireccional (marcha adelante y atrás)
  • Control por pulsadores/interruptores basculantes. Ya sea un par de botones "adelante/atrás", o un botón de dirección "adelante/atrás" y un botón "ir".
  • Impulse cualquiera de los dos tipos de motor: 1,5 V CC, 650 mA M-13-2270-1,5 V o 12 V CC , 650 mA MF-26CS-18165-12,0 V. Estoy planeando usar los motores de 1,5 V para accionar pequeños mecanismos de engranajes y el motor de 12 V como un "cabrestante" para un modelo de ascensor.
  • Barato - menos de $5 en partes. Más barato es mejor. Se puede suponer un tamaño de clase de 30 estudiantes, por lo que puedo pedir piezas a granel en lotes de 50 o 100, lo que debería ayudar con el costo.
  • Preferiblemente apto para placa de prueba para que las partes puedan reutilizarse para los estudiantes del próximo año.

Soluciones posibles

He considerado un SN754410 Quad Half-H Bridge IC que está disponible a bajo precio ($0.80/ea a granel en eBay, es decir, Hong Kong). Sin embargo, tiene un voltaje de salida de 4.5-36 VDC. Creo que esto puede causar que el motor de 1.5V emita humo.

Por otro lado, consideré un puente H construido con transistores discretos baratos como el 2N2222. Sin embargo, no estoy seguro de los límites de potencia de dicho puente H. También involucra al menos una docena de partes, lo que puede ser un poco difícil para los estudiantes que nunca antes se han ocupado de la electrónica.

El problema

¿Qué transistores, circuitos integrados u otros componentes de conmutación puedo usar para construir una unidad de motor de CC que maneje motores de 1,5 y 12 VCC? Si puedo tener una idea de los componentes principales, puedo diseñar todo el material auxiliar (interruptores, resistencias de polarización, lo que sea) yo mismo.

Debe ser barato (necesitamos 30 de ellos) y que los estudiantes de 9° grado y su maestro puedan construir. (Yo no soy el maestro.)

Si el voltaje de salida del SN754410 pudiera reducirse para que sea compatible con un motor de 1,5 VCC, sería una manera muy fácil de resolver mi problema.

Yo mismo tengo muy poca experiencia práctica en electrónica, pero estoy dispuesto a RTFM si se me indica.

La escuela puede fabricar PCB básicos en una fresadora si es necesario.

¿Tiene que ser especialmente un puente H o similar? Un interruptor DPDT puede invertir un motor (simplemente conecte cualquiera de los extremos al motor al revés).
@PeterJ: No es necesario que sea un puente H, no. ¿Le importaría publicar "Usar un interruptor DPDT" como respuesta y recopilar sus votos a favor?
Por lo que vale, todavía estoy interesado en una "respuesta electrónica" por el bien del interés. Principalmente para extensión al caso más avanzado donde se desea control electrónico. Tal vez cuando los estudiantes lleguen al grado 12 y aprendan a programar microcontroladores...
No hay problema, si lo desea, no tiene nada de malo que deje de aceptar mi respuesta por el momento para ver qué otras respuestas obtiene al respecto. A veces, si las preguntas tienen una respuesta aceptada, pueden ignorarse un poco.
@PeterJ Anotado. Lo pondré de nuevo más tarde.
However, I am uncertain as to the power limits of such a H-bridge.El límite de potencia para los puentes H de transistores se basa en las piezas que utiliza. Un 2N2222 (y su complemento PNP) tiene una corriente de colector continua máxima de 600 ~ 800 mA. Pueden manejar la corriente sin carga de sus motores, pero cualquier carga sobre ellos, especialmente la corriente de bloqueo (si se desconoce, 2x Corriente de funcionamiento es una buena medida). Por lo tanto, desea transistores que puedan manejar 1.3A. 1.5A en el lado seguro.

Respuestas (2)

Una forma simple sería usar un interruptor DPDT usando el siguiente arreglo. También puede incluir un botón después de la batería si es necesario para un funcionamiento momentáneo y también hay interruptores disponibles que tienen una posición central que está apagada. Solo asegúrese de usar un interruptor de pausa antes de hacer para que no se quede corto:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

¿Se requiere un diodo o amortiguador para evitar chispas inductivas en el interruptor, o se puede ignorar para motores pequeños de 12 V como este?
@Li-aungYip, probablemente sea técnicamente una buena idea, pero creo que en realidad se puede ignorar debido a los motores relativamente pequeños y, presumiblemente, es algo que no se usará durante un período de tiempo muy prolongado. Sin embargo, podría ser bueno incluir desde un punto de vista educativo, explicando por qué se usan y por qué son importantes con motores más grandes (y cuando están accionados por transistores, etc.).

Estoy buscando algo similar para un robot impulsado por un microcontrolador que necesita impulsar dos pequeños motores de CC que creo que funcionan a alrededor de 1.5v. Hasta hace poco, solo estaba familiarizado con el L293D (puente H dual), que se considera un controlador de motor de bajo voltaje, pero no lo suficientemente bajo para mi aplicación. Me aconsejaron que considerara el uso de un controlador mosfet, ya que pueden manejar voltajes más bajos. Afortunadamente, encontré uno que puede manejar un rango de voltajes de suministro de 0 a 11 voltios. No sé si llegué demasiado tarde con esta pregunta o no, pero es posible que desee consultar Texas Instruments DRV8835. Instrumentos de Texas DRV8835

Hay controladores de motor prefabricados disponibles que usan este circuito integrado y también hay rupturas que puede obtener a las que se puede soldar el IC. Es un paquete relativamente pequeño, por lo que sería mucho más fácil incorporarlo si ya está conectado a una ruptura.

Parece que Ti los vende a 70 centavos por unidad, pero si estoy leyendo bien, suponiendo que compre 1000 de ellos. Es probable que haya otros proveedores que los vendan en menor cantidad. Espero que esta respuesta haya ayudado.

Editar. Para agregar a lo anterior, como estaba buscando una solución similar cuando encontré este hilo, terminé encontrando un paquete 8835 ya montado e incluyendo los otros componentes esenciales completos con instrucciones de uso en Pololu. Cuestan $ 4.49 cada uno y admiten un rango de voltaje de 0 a 11 voltios. Tomé uno y lo implementé con éxito en un pequeño robot que cabe en la palma de mi mano impulsado por dos pequeños motores de corriente continua. esta unidad fue fácil de conectar y funciona muy bien, es posible que desee comprobarlo. DRV8835 Portador de motor dual

También estoy usando un hilo en el foro Arduino.cc como mi informe de progreso, hay una especie de imagen fea de mi robot (Hasta ahora) si tienes curiosidad. Pequeño robot que utiliza el controlador 8835 Tenga cuidado con el uso de bridas y cinta aisladora. Es un prototipo ;)

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