Gleichstrom-Motoren steuern

Jeder, der im eigenen Bastelkeller gerne vor sich hin schraubt, wird früher oder später den Wunsch verspüren, Motoren zu verbauen und anzusteuern. Sei es in der heimischen Modelleisenbahn, im selbst gebauten Futterautomaten für die Haustiere oder wenn der Rollladen per Fernbedienung auf– und zugehen soll.

Meist verwendet man hierzu Gleichstrom-Motoren, die in einem ungefährlichen Spannungsbereich (oft 12 V) betrieben werden können.

Hat man den mechanischen Aufbau seines Projektes erst einmal erledigt, stellt sich die Frage, wie man den Motor nun am besten ansteuern kann. Wie in der modernen Elektronik üblich, bieten sich hierzu Steuerungen auf Basis von Mikro-Controllern an. Obwohl diese kleinen IC regelrechte Alleskönner sind, haben sie doch eine entscheidende Schwäche: sie können die für einen Motor benötigten hohen Ströme nicht direkt schalten. Es ist also eine Art „Verstärker“ erforderlich. Diese Aufgabe übernehmen meist sog. MOSFETs. Mit ihnen können Motoren aber auch andere Gleichspannungsverbraucher wie z. B. Relais direkt geschaltet werden.

 Motor mit MOSFET

Der  IRLZ34 ist ein sog. Logic-Level MOSFET. Das heißt, er kann direkt mit dem Ausgangs-Pin des Controllers verbunden werden. Da es zudem ein N-Channel-Typ ist, wird er zwischen Last (Motor) und GND gesetzt . Der Widerstand R1 sorgt zum einen für einen Schutz des Controller-Pins und zum anderen für eine Reduktion der EMV-Störungen. R2 dient zum sicheren Sperren des MOSFET, wenn der Controller-Pin auf LOW geht.

Um einen optimalen Schutz der angeschlossenen Steuerung zu gewährleisten, sollten zusätzlich Opto-Koppler  zwischen Mikro-Controller und MOSFET vorgesehen werden, so wie dies bei unserer 4fach MOSFET Erweiterung für 10 A pro Kanal der Fall ist. Dadurch wird der Lastteil galvanisch von der Steuerseite getrennt.

Integrierte H-Brücken-Treiber

Mit dieser einfachen Schaltung lassen sich Motoren ein– und ausschalten sowie in der Geschwindigkeit regeln. Schwieriger wird es, wenn zudem auch die Drehrichtung geändert werden soll. Hierzu verwendet man eine sog. H-Brücken-Schaltung. Diese gibt es bereits fertig aufgebaut in Motor-Treibern wie dem L293 oder dem TB6612FNG wie er in der Motor-Erweiterung für den Digispark bzw. Digispark PRO verbaut wird.. Diese integrierten H-Brücken Schaltungen sind jedoch meist nur für kleine Leistungen ausgelegt. Der TB6612FNG z. B. für bis zu 1,2 A pro Kanal bei max. 15 Volt.

MOSFET + Relais

Sollen höhere Ströme gesteuert werden, kann man entweder eine H-Brücke aus mehreren MOSFETs + Zusatzbeschaltung aufbauen—wobei das sehr aufwändig ist—oder man behilft sich einfach mit einem Relais für die Drehrichtungsumschaltung und einem MOSFET für die Geschwindigkeitsregelung. Da die Spule des Relais meist auch ein Gleichstrom-Verbraucher ist, kann man auch diese mit einem MOSFET schalten.

 

 Motor mit MOSFET und Relais

 

Somit können mit unseren 4fach MOSFET Erweiterungen 2 Motoren mit bis zu 10 A Dauerlast gesteuert werden .