1. Instituto Federal sul-rio-grandense
Curso de Eletrônica
Disciplina: Eletrônica de Potência I
Professor: Carlos Augusto Montelli Neves
CONTROLADOR DE ROTAÇÃO PARA MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA
Turma: TRO_6Ni
Pelotas, 5 de Março de 2012

2. Introdução
Atualmente diversos equipamentos que realizam conversão eletromecânica de
energia utilizam motores de corrente contínua. Este tipo de motor tem a vantagem de
poder ser alimentado por baterias, e com isso não haver a necessidade de estar
continuamente conectado a rede de energia. Esta característica é o que permite o seu
grande uso em equipamentos móveis, tais como veículos elétricos.
A maior parte das aplicações destes motores exige controle de potência, e por
isto são desenvolvidos circuitos eletrônicos capazes de realizar este controle com a
menor perda de energia possível, os drives de potência. Neste trabalho foi desenvolvido
um drive microcontrolado de 5 A para controle de velocidade e sentido de rotação de
um motor de corrente contínua alimentado com, no máximo, 24 V.

3. Objetivos
O projeto implementado teve o objetivo de desenvolver, de forma prática, os
conteúdos estudados na disciplina de Eletrônica de Potência I durante o semestre. Foi
possível também desenvolver conteúdos de outras disciplinas, tais como, Eletrônica
Geral, Eletrônica Digital, Sistemas Microprocessados e Programação.

4. Desenvolvimento
O controlador de rotação para motores de corrente contínua desenvolvido utiliza
uma bateria de 12 V para alimentar o drive de potência e uma fonte de 5 V para
alimentar o circuito do microcontrolador. A fonte desenvolvida teve o propósito de
recordar o conteúdo de fontes estudado no 3º semestre do curso e foi encaixada no
projeto com o papel de fornecer a alimentação do circuito do microcontrolador. A
montagem desses três circuitos foi feita em placas diferentes, sendo que as placas do
drive e do microcontrolador foram desenhadas no software Eagle, da CadSoft e a placa
da fonte, montada em uma placa universal.
•
Fonte de 5V
A fonte desenvolvida tem capacidade de fornecer, no máximo, uma corrente de
800 mA. Entretanto o circuito do micro controlador não consome mais do que 20 mA.
A fonte desenvolvida consiste em uma fonte linear com um transformador com
enrolamento primário adequado para a rede de 220 V e enrolamentos secundários do
tipo 18V + 18V com Center tape. Foi utilizado apenas um dos enrolamentos, colocandose uma ponte de diodo e um capacitor de filtro a fim de retificar a tensão alternada
proveniente do transformador. Logo após usou-se um regulador de tensão de 5 V, o
7805, com seu devido capacitor de filtro, para estabilizar a tensão em 5 V regulados. É
importante salientar que a tensão que cai sobre o regulador utilizado é superior a tensão
recomendada pelo datasheet do componente. O procedimento certo neste caso seria
trocar o transformador ou usar outros reguladores para dividir esta queda de tensão.
Estes procedimentos não foram executados devido ao fato da fonte de alimentação não
ser o foco deste trabalho e sim o desenvolvimento do drive de potência.
•
Drive de Potência
O drive de potência tem a função de controlar a corrente média que circula pelo
motor através de um chaveamento de transistores (drive meia-ponte). Este conversor,
quando acrescentado de mais dois transistores, é capaz de controlar além da velocidade,
o sentido de rotação do motor (drive ponte-completa ou drive ponte H). Este controle é
feito variando-se o tempo em que os transistores conduzem , através de uma modulação
por largura de pulsos (técnica chamada de PWM), além de selecionar quais transistores
irão conduzir para que a polaridade do motor seja invertida no momento em que seja
dado o comando de inversão de sentido.
No circuito desenvolvido foram usados os transistores TIP122 e TIP127 para a
implementação da ponte H. Foram usados 4 transistores BC548 para fazer a interface
entre o circuito digital de controle e as tensões aplicadas às bases de cada transistor.
Além disto, foi utilizado o circuito integrado 74LS09 (quatro portas AND de 2 entradas
com saídas de coletor aberto) para se implementar uma lógica que além de fazer o
controle de 3 estados do motor, girando para a direita, girando para esquerda e em curto,
evita curtos circuitos que podem ocorrer facilmente devido aos atrasos dos transistores e
eventuais erros nos sinais de controle. Neste circuito há também um regulador de tensão
7805 e um capacitor de 4700 uF que tem a finalidade de filtrar as interferências
causadas pelo chaveamento do motor.

5. •
Microcontrolador
O circuito do microcontrolador tem a função de gerar o sinal PWM para controle
de velocidade do motor e os sinais que definem o estado de rotação do motor. Estes
sinais são funções do estado de um potenciômetro e de um push-button.
O microcontrolador utilizado foi o PIC 16F877A, com freqüência de clock de
4MHz, programado em linguagem C.
O potenciômetro está ligado à uma entrada configurada como analógica do
microcontrolador. O periférico conversor A/D converte o valor de tensão que cai sobre
o terminal do meio do potenciômetro, podendo variar de 0 à 5V, em um valor binário
que é usado para controlar a razão cíclica do sinal PWM gerado por um outro periférico,
o módulo CCP (Compare/Capture/PWM).
O push-button serve para fazer um pedido de interrupção para o processador e
analisar condições com a finalidade de tomar decisões diferentes em cada uma delas. Ao
pressionar o push-button por menos de 2 s o processador deve entender que este é um
comando para mudança do sentido de rotação. Ao pressionar o botão por mais de 2 s, o
processador deve entender que este é um comando para parar o motor. Isto equivale a
colocá-lo em curto por 2 s, afim de freá-lo e mantê-lo desligado até a próxima interação
do potenciômetro.

6. Conclusão
Ao desenvolver os conteúdos da disciplina de forma prática com certeza
aprendeu-se muito mais do que se tivesse desenvolvido de forma puramente teórica. Foi
possível além de aprender elementos de eletrônica de potência, esquematizar placas,
programar um microcontrolador, usar um conversor A/D e pensar na interface do
dispositivo com um possível usuário, além de projetar circuitos de proteção anti-curtocircuito para a etapa de potência. Quando se desenvolve um conteúdo específico de
forma prática, ao mesmo tempo desenvolve-se uma série de outros conteúdos e
habilidades, inclusive a própria teoria da matéria de forma muito mais utilizada no
"mundo real".

7. Apêndice A – Drive de Potência

8. Apêndice B – Micro controlador

9. Apêndice C – Fonte

10. Apêndice D – Firmware
//desenvolvido por: Gustavo Fernandes
//Controlador de rotação p/ motores cc
//Eletrônica de Potência I
#include <16f877a.h>
#device adc=8
#use delay(clock = 4000000)
#FUSES NOWDT
//No Watch Dog Timer
#FUSES HS
//High speed Osc (> 4mhz)
#FUSES NOPUT
//No Power Up Timer
int cycler = 0 , cycled = 0;
#int_ext
void trata_ext(){
int x;
for(x=0; !(input(pin_b0)); x++) // tempo em que o botão ficou pressionado
delay_ms(100);
if(x<3){
if(!(input(pin_c6))){output_high(pin_c6);
output_low(pin_c7);
}
else
{ output_high(pin_c7);
output_low(pin_c6);
}
}
else{
set_pwm1_duty(0); //desliga o pwm
output_low(pin_c6); // coloca o motor em curto por 2s
output_low(pin_c7);
delay_ms(2000);
output_high(pin_c6); //seta o sentido anti-horario de rotação
}
}
void main(){
enable_interrupts(GLOBAL|INT_EXT);
ext_int_edge(0, H_TO_L);
setup_ADC_ports(RA0_analog);
setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL);
set_adc_channel(0);
setup_timer_2(T2_DIV_BY_4, 248, 1);
setup_ccp1(ccp_pwm);
set_pwm1_duty(0);

11. output_high(pin_c6);
output_low(pin_c7);
while(1){
cycler = read_adc();
if(cycler!=cycled){
cycled = cycler;
set_pwm1_duty(cycled);
}
}
}