Gira, gira, gira...
Autor: Jorge d'Avila | Publicado: 2012-10-24T05:03:00-07:00



Calma, calma... esse "gira, gira" não é aquela brincadeira que fazíamos quando crianças! Estamos falando de motores, e como controla-los. 

Controlar motores elétricos a partir de circuitos digitais e microcontroladores (MCUs)&nbsp;é uma necessidade bastante comum&nbsp;nas máquinas modernas. E nesse controle um dos problemas encontrados é o estágio de potência, ou seja, o circuito que vai receber os comandos digitais e energizar o motor. 

Quando existe a necessidade de o motor girar para os dois lados (o que é bastante comum) é necessário implementarmos um circuito tipo "Ponte H", capaz de inverter a tensão sobre o motor. 

Alguns anos atrás era comum utilizarmos relés nesse estágio final de potência. Esse tipo de solução é ainda hoje muito encontrado em máquinas de projeto mais antigo, e mesmo em máquinas novas projetadas por engenheiros antigos...&nbsp;É uma solução simples e fácil de implementar, porém apresenta várias desvantagens: 

A corrente na bobina de um relé é, normalmente, maior do que a disponível nas saídas de um MCU. Isto significa estágios intermediários, geralmente com transístores;
Um relé é um dispositivo eletromecânico, e como tal sujeito a desgastes e falhas mecânicas;
A atuação de um relé é bastante lenta - da ordem de vários ms (mili segundos) para atracar ou desatracar - o que inviabiliza completamente um controle de potência chaveado, tipo PWM;
O relé provoca ruídos eletromagnéticos capazes de afetar o funcionamento dos MCU, obrigando a cuidados especiais com filtros.

Por todas essas razões, somadas à queda de preço dos transístores MOSFET modernos, passou a ser vantajoso substituir esse estágio de potência por circuitos baseados em MOSFET. 

O esquema acima mostra um exemplo desse tipo de controle. Nesse exemplo, o motor é um DC de 24V, consumindo correntes menores que 8A na partida e 2A em giro normal. 

São utilizados quatro MOSFET para implementar a Ponte H. Dois do tipo "N-Channel", para chavear o lado baixo, e dois "P-Channel" para o lado alto. Em nosso exemplo foram utilizados os N-Channel IRLZ44N, e os P-Channel IRF5305, ambos os tipos fabricados pela International Rectifier. 

Note-se que o lado baixo é controlado diretamente pela saída digital do MCU (0-5V). Já para o lado alto é necessária uma conversão de tensão, implementada por dois simples transístores bipolares NPN - eu utilizei os velhos e comuns BC547 para isso. 

O controle desse estágio de potência é muito simples. Basta aplicar nivel alto, simultaneamente, às entradas "Direita Hi" e "Direita Lo", e o motor irá girar para a direita. O mesmo se aplica à Esquerda. 

Mas por que duas entradas separadas? Bom... na verdade isso é opcional. Pode-se interligar as entradas "Hi" e "Lo" de um lado, e um nivel alto nessa entrada combinada fará o motor girar. Essa configuração com entradas separadas tem apenas uma vantagem: um nivel alto nas duas entradas "Lo", simultaneamente, irá colocar o motor em curto, atuando como freio. Esta é mais uma vantagem dessa implementação com MOSFET, já que com relés é preciso decidir de antemão se a parada do motor será com ou sem freio, e aqui isso pode ser decidido pelo software da MCU, atuando ou não o freio. 

Para as tensões que utilizei - 24V para o motor e 5V para a lógica - os resistores são todos de 1k, exceto os de base dos BC547 (R1 e R5) que são de 3k3. Para tensões ou correntes muito mais altas será preciso apenas dimensionar os transístores adequadamente. A topologia do circuito não será alterada. 

Ah, sim... um testemunho da eficiência do controle com MOSFETs é o fato de não ser necessária nenhuma dissipação de calor. Os MOSFETs utilizados são encapsulados em TO220, e foram montados direto com parafusos na PCB, sem qualquer dissipador. 

Espero que estas considerações sejam úteis aos colegas implementando esse tipo de controle de motores.