Мотор от жесткого диска применение

Рассказать в:

Перечитывая на досуге форум я наткнулся на тему «Помоги с запуском двигателя от жесткого диска!!!» . Тема безусловна интересная особенно для начинающих радио-«мучителей», но на мой взгляд раскрыта далеко не полностью. Нет логического завершения, а именно какую схему использовал много уважаемый, TwIsTeR для своего решения, предложенную ли (моим коллегой по журналистскому труду) Sanyaav на М/С TDA5145, МК или какую то другую. Этой статьёй я хочу дополнить некоторые пробелы форума и расскажу, на мой взгляд, о вполне достойной хоть по современным меркам и старенькой микросхеме LB11880. И так приступим и начнём с общих сведений, что же такое двигатель от HDD, CD-ROM, DVD-ROM

Двигатель, вращающий шпиндель жесткого диска (или CD/DVD-ROM)- это синхронный трёхфазный мотор постоянного тока.

Раскрутить такой двигатель можно подключив его к трём полу мостовым каскадам, которые управляются трёхфазным генератором, частота которого при включении очень мала, а затем плавно повысится до номинальной. Это не лучшее решение задачи, такая схема не имеет обратной связи и следовательно частота генератора будет повышаться в надежде, что двигатель успевает набрать обороты, даже если на самом деле его вал неподвижен. Создание схемы с обратной связью потребовало бы применения датчиков положения ротора и несколько корпусов ИМС не считая выходных транзисторов. CD/DVD-ROM уже содержат датчики холла, по сигналам которых можно определить положение ротора двигателя, но иногда, совсем не важно точное положение и не хочется впустую тянуть «лишние провода».

К счастью, промышленность выпускает готовые однокристальные драйверы управления, которым к тому же им не требуются датчики положения ротора, в роли таких датчиков выступают обмотки двигателя. Микросхемы управления трёхфазными двигателями постоянного тока, которым не требуются дополнительные датчики (датчиками являются сами обмотки двигателя): TDA5140; TDA5141; TDA5142; TDA5144; TDA5145 и конечно же LB11880. (Есть и некоторые другие, но в другой раз.)

Принципиальная схема подключения двигателя к микросхеме LB11880.

Изначально, эта микросхема предназначена для управления двигателем БВГ видеомагнитофонов, в ключевых каскадах у неё биполярные транзисторы а не MOSFET. В своих конструкциях, я использовал именно эту микросхему, она во-первых, оказалась в наличии в ближайшем магазине, во-вторых, её стоимость была ниже (хоть и не на много), чем у прочих микросхем из выше приведенного списка.

Собственно, схема включения двигателя:

Если ваш двигатель вдруг имеет не 3 а 4 вывода, то подключать его следует согласно схеме:

И ещё одна более наглядная схема, адаптированная для использования в автомобиле.

Немного дополнительной информации об LB11880 и не только

Двигатель, подключенный по указанным схемам будет разгоняться до тех пор, пока либо не наступит предел по частоте генерации VCO микросхемы, которая определяется номиналами конденсатора подключенного к выводу 27 (чем его ёмкость меньше, тем выше частота), либо двигатель не будет разрушен механически. Не следует слишком уменьшать ёмкость конденсатора подключенного к выводу 27, так как это может затруднить пуск двигателя.

Как регулировать скорость вращения?

Регулировка скорости вращения производится изменением напряжения на выводе 2 микросхемы, соответственно: Vпит — максимальная скорость; 0 — двигатель остановлен.

Однако, необходимо отметить, что плавно регулировать частоту просто применив переменный резистор не удастся, так как регулировка не линейна и происходит в меньших пределах чем Vпит — 0, по этому лучшим вариантом будет подключение к этому выводу конденсатора на который через резистор, например от микроконтроллера подаётся ШИМ сигнал ну или ШИМ регулятор на всемирно известном таймере NE555(таких схем в инете полно)

Для определения текущей частоты вращения следует использовать вывод 8 микросхемы, на котором при вращении вала двигателя присутствуют импульсы, по 3 импульса на 1 оборот вала.

Как задать максимальный ток в обмотках?

Известно, что трёхфазные двигатели постоянного тока потребляют значительный ток вне своих рабочих режимов (при питании их обмоток импульсами заниженный частоты). Для выставления максимального тока в данной схеме служит резистор R1. Как только падение напряжения на R1 и следовательно на выводе 20 станет более 0.95 вольта, то выходной драйвер микросхемы прерывает импульс. Выбирая значение R1, учитывайте, что для данной микросхемы максимальный ток не более 1.2 ампера, номинальный 0.4 ампера.

Параметры микросхемы LB11880

Напряжение питания выходного каскада (вывод 21): 8 … 13 вольт (максимально 14.5);

Напряжение питания ядра (вывод 3): 4 … 6 вольт (максимально 7);

Максимальная рассеиваемая микросхемой мощность: 2.8 ватта;

Диапазон рабочих температур: -20 … +75 градусов.

Вот этот диск (правда когда на нём ещё не было медных болтов), казалось бы мелкий и чахлый двигатель от старенького винчестера на 40Гб, рассчитанный на 7200 оборотов/мин (RPM) умудрялся разгоняться примерно до 15000 … 17000 оборотов/мин, если не ограничивать его скорость. Так что область применения двигателей от завалящих винчестеров, думаю весьма обширна. Точило/дрель/болгарку конечно не сделать, даже не думайте, но без особой нагрузки, двигатели способны на многое.

Файловый архив для самостоятельной сборка качаем <<�ТУТ>>

УДАЧИ!!

Раздел: [Схемы] Сохрани статью в: Оставь свой комментарий или вопрос:

Запуск трехфазного двигателя от жесткого диска

1 582

Просмотрев видео работы этого двигателя, захотелось эту статью скопировать себе в архивчик. Какие обороты! Сам то я не разбираюсь в программировании, но кому-то и пригодится. Таких оборотов не выдаст ни один двигатель, разве что от формулы-1.

Не зря трехфазные бесколлекторные двигатели нашли широкое применение в авиамоделизме. Стандартный двигатель выглядит примерно так:

Двигатели из CD-ROM/DVD-ROM приводов выглядят так:

Я в эксперименте использовал обычный бесколлекторный двигатель от HDD привода, вид такой:

Сам двигатель, который я использовал имеет четыре вывода, что говорит о том, что схема намотки у него в виде звезды с отводом от центра, то есть что-то примерно такое:

Схема управления простая, и состоит из не большого числа элементов. В виде управляющего устройства использован микроконтроллер ATmega8. Схема устройства показана на рисунке: схема включения трехфазного бексоллекторного двигателя:

В схеме использованы драйверы полевых транзисторов IR4427 и сами полевые транзисторы IRFZ44. Управляющая программа была написана не мною, автор Дмитрий(Maktep) за что ему отдельное спасибо. Как исключение программа написана на Си для CV-AVR. Программа транслирована под компилятор WIN GCC. Частота кварца 8МГц, для устройств с связью по UART рекомендую использовать внешний кварц, так как при тактировании от внутреннего генератора могут появляться ошибки в виду его нестабильной работы при изменении температуры окружающей среды.

  1. #include
  2. #include
  3. #include
  4. void USART_Init( unsigned int ubrr);
  5. void USART_Transmit( unsigned char data );
  6. char status,data;
  7. char state;
  8. unsigned int lvl=65530/4;
  9. // USART Receiver interrupt service routine
  10. ISR(USART_RXC_vect)
  11. {
  12. status=UCSRA;
  13. data=UDR;
  14. if (lvl<3000)
  15. { if (data==‘+’)
  16. lvl—;
  17. else
  18. if (data==‘-‘)
  19. lvl++;}
  20. else
  21. {if (data==‘+’)
  22. lvl-=lvl/500;
  23. else
  24. if(data==‘-‘)
  25. //if (lvl,/)
  26. lvl+=lvl/500;
  27. }
  28. }
  29. // Timer1 output compare A interrupt service routine
  30. ISR(TIMER1_COMPA_vect)
  31. {
  32. switch (state)
  33. {
  34. case 0: PORTC=1; break;
  35. case 1: PORTC=3; break;
  36. case 2: PORTC=2; break;
  37. case 3: PORTC=6; break;
  38. case 4: PORTC=4; break;
  39. case 5: PORTC=5; break;
  40. }
  41. if (state<5)
  42. state++;
  43. else
  44. state=0;
  45. }
  46. void USART_Init( unsigned int ubrr)
  47. {
  48. /* Set baud rate */
  49. UBRRH = (unsigned char)(ubrr>>8);
  50. UBRRL = (unsigned char)ubrr;
  51. /* Enable receiver and transmitter */
  52. UCSRB=(1<<RXEN)|(1<<TXEN);
  53. UCSRB |= (1<< RXCIE);
  54. /* Set frame format: 8data, 2stop bit */
  55. UCSRC=0x86;//
  56. UCSRC = (1<<URSEL)|(1<<USBS)|(3<<UCSZ0);
  57. }
  58. void USART_Transmit( unsigned char data ) //
  59. {
  60. while ( !(UCSRA & (1<<UDRE)) ); //
  61. UDR = data; //
  62. }
  63. int main(void)
  64. {
  65. PORTC=0x00;
  66. DDRC=0x07;
  67. // Timer/Counter 1 initialization
  68. // Clock source: System Clock
  69. // Clock value: 8000,000 kHz
  70. // Mode: CTC top=OCR1A
  71. // OC1A output: Discon.
  72. // OC1B output: Discon.
  73. // Noise Canceler: Off
  74. // Input Capture on Falling Edge
  75. // Timer1 Overflow Interrupt: Off
  76. // Input Capture Interrupt: Off
  77. // Compare A Match Interrupt: On
  78. // Compare B Match Interrupt: Off
  79. TCCR1A=0x00;
  80. TCCR1B=0x09;
  81. TCNT1H=0x00;
  82. TCNT1L=0x00;
  83. ICR1H=0x00;
  84. ICR1L=0x00;
  85. OCR1AH=0xFF;
  86. OCR1AL=0xFF;
  87. OCR1BH=0x00;
  88. OCR1BL=0x00;
  89. // Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization
  90. TIMSK=0x10;
  91. USART_Init (8);//28800 4MHz
  92. USART_Transmit(‘O’);
  93. USART_Transmit(‘k’);
  94. USART_Transmit(‘!’);
  95. USART_Transmit(0x0d);
  96. USART_Transmit(0x0a);
  97. // Global enable interrupts
  98. sei();
  99. while (1)
  100. {
  101. OCR1A=lvl;
  102. };
  103. }

Алгоритм работы построен так, что при нажатии на клавиатуре кнопки «+» передается по UART в микроконтроллер, который увеличивает скорость коммутации обмоток. И при нажатии на кнопку «-» все выполняется наоборот, то есть обороты двигателя уменьшаются. Для работы устройства дополнительно понадобится UART-RS232 конвертер.

Эксперимент показал что при данной программе и данной схеме включения можно разогнать двигатель до приличных оборотов, точное число не известно, думаю в пределах 30 000 оборотов в минуту. Но к сожалению сила двигателя недостаточная для раскручивания пластикового пропеллера, верней с пропеллером двигатель набирает обороты, но при нагрузке происходит сбой и остановка двигателя.

Для избежания данного недостатка применяются датчики Холла, устройства контролирующие положение ротора бесколлекторного двигателя. Это сделано для того, чтобы импульс на обмотку двигателя подавать именно в тот момент когда ротор проходит конец обмотки, то есть для смещения момента силы ближе к концу прохождения сектора обмотки. Это даст прирост мощности двигателя и он не будет глохнуть при нагрузках.

Видео работы устройства.

В видеоролике показано как я закрепил два кусочка пластика вырезанных из телефонной карточки в виде лепестка и прикрученных к ротору двигателя.

В планах попробовать применить ШИМ для коммутации обмоток. Рассчитываю на повышение мощности, улучшение характеристик разгона двигателя (в частности скорости разгона), повышение КПД.

Оригинал здесь.

1+

Нравится схема? Поделитесь с другом.

Мотор от жесткого диска применение

При использовании старых HDD приводов в прикладных целях иногда возникает проблема с тем, что шпиндельный двигатель останавливается через некоторое время после запуска. Есть у них такая «фишка» – если с блока головок не поступают сигналы на микросхему-контроллер, то она запрещает микросхеме-драйверу вращать двигатель. На примере несколько моделей приводов попробуем разобраться, как это исправить.

Всё началось с того, что привезли несколько старых винчестеров (рис.1) и сказали, что здесь рабочие вперемешку с «убитыми», хочешь – выбирай, не хочешь – делай что хочешь. Но если разберёшься, как их использовать в качестве небольшого наждака для правки инструмента, расскажи. Ну, вот – рассказываю…

Первый HDD – «Quantum» семейства «Fireball TM» с микросхемой привода TDA5147AK (рис.2). Посмотрим, что он из себя представляет.

Верхняя крышка крепится 4-мя винтами по углам и одним винтом и гайкой, находящимися сверху, под наклейками. После снятия крышки видны сам жёсткий диск, считывающие головки и магнитная система управления положением головок (рис.3). Шлейф отсоединяем, магнитную систему откручиваем (здесь понадобиться специально заточенный шестигранный ключ «звёздочка»). При желании диск тоже можно снять, если открутить три винта на шпинделе двигателя (также нужен шестигранник).

Теперь ставим крышку на место для того, чтобы можно было перевернуть HDD для экспериментов с электроникой и подаём в разъём питания напряжения +5 В и +12В. Двигатель разгоняется, работает примерно 30 секунд, а затем останавливается (на печатной плате есть зелёный светодиод – он горит при вращении двигателя и мигает при его остановке).

В сети легко находится даташит на микросхему TDA5147K, но по нему не удалось разобраться с сигналом разрешения/запрета вращения. При «подтягивании» сигналов POR к шинам питания добиться нужной реакции не удалось, но при просмотре сигналов осциллографом выяснилось, что при касании щупом 7-го вывода микросхемы TDA5147АK происходит её сброс и перезапуск двигателя. Таким образом, собрав простейший генератор коротких импульсов (рис.4, нижнее фото) с периодом в несколько секунд (или десятков секунд), можно заставить двигатель вращаться более-менее постоянно. Возникающие паузы в подаче питания длятся около 0,5 секунды и это не критично, если двигатель используется с небольшой нагрузкой на валу, но в других случаях это может быть неприемлемо. Поэтому, способ хоть и действенный, но не совсем правильный. А «правильно» запустить его так и не удалось.

Следующий HDD – «Quantum» семейства «Trailblazer» (рис.5).

При подаче напряжений питания привод никаких признаков жизни не подаёт и на плате электроники начинает сильно греться микросхема 14-107540-03. В середине корпуса микросхемы заметна выпуклость (рис.6), что говорит о её явной неработоспособности. Обидно, но не страшно.

Смотрим микросхему управления вращением двигателя (рис.7) – HA13555. Она при подаче питания не греется и видимых повреждений на ней нет. Прозвонка тестером элементов «обвязки» ничего особенного не выявила – остаётся только разобраться со схемой «включения».

Поисковики даташит на неё не находят, но есть описание на HA13561F. Она выполнена в таком же корпусе, совпадает по ножкам питания и по «выходным» выводам с HA13555 (у последней к проводникам питания двигателя подпаяны диоды – защита от противо-ЭДС). Попробуем определиться с необходимыми выводами управления. Из даташита на HA13561F (рис.8) следует, что на вывод 42 (CLOCK) должна подаваться тактовая частота 5 МГц с уровнем TTL-логики и что сигналом, разрешающим запуск двигателя, является высокий уровень на выводе 44 (SPNENAB).

Так как микросхема 14-107540-03 нерабочая, то отрезаем питание +5 В от неё и от всех остальных микросхем, кроме HA13555 (рис.9). Тестером проверяем правильность «порезов» по отсутствию соединений.

На нижнем фото рисунка 9 красными точками показаны места подпайки напряжения +5 В для HA13555 и резистора «подтяжки к плюсу» её 44 вывода. Если же резистор от вывода 45 снять с родного места (это R105 по рисунку 8) и поставить его вертикально с некоторым наклоном к микросхеме, то дополнительный резистор для подтяжки к «плюсу» вывода 44 можно припаять к переходному отверстию и к висящему выводу первого резистора (рис.10) и тогда питание +5 В можно подавать в место их соединения.

На обратной стороне платы следует перерезать дорожки, как показано на рисунке 11. Это «бывшие» сигналы, приходящие от сгоревшей микросхемы 14-107540-03 и старая «подтяжка» резистора R105.

Организовать подачу «новых» тактовых сигналов на вывод 42 (CLOCK) можно с помощью дополнительного внешнего генератора, собранного на любой подходящей микросхеме. В данном случае была использована К555ЛН1 и получившаяся схема показана на рисунке 12.

После «прокидывания» проводом МГТФ напряжения питания +5 В прямо от разъёма к выводу 36 (Vss) и других требуемых соединений (рис.13), привод запускается и работает безостановочно. Естественно, если бы микросхема 14-107540-03 была исправна, вся доработка заключалась бы только в «перетяжке» 44-го вывода к шине +5 В.

На этом «винте» была проверена его работоспособность при других тактовых частотах. Сигнал подавался с внешнего генератора прямоугольных импульсов и минимальная частота, с которой привод работал устойчиво – 2,4 МГц. На более низких частотах циклично происходил разгон и остановка. Максимальная частота – около 7,6 МГц, при дальнейшем её увеличении количество оборотов оставалось прежним.

Количество оборотов также зависит и от уровня напряжения на выводе 41 (CNTSEL). В даташите на микросхему HA13561F есть таблица и она соответствует значениям, получаемым у HA13555. В результате всех манипуляций удалось получить минимальную скорость вращения двигателя около 1800 об/мин, максимальную – 6864 об/мин. Контроль проводился с помощью программы SpectraPLUS, оптопары с усилителем и кусочка изоленты, приклеенного к диску так, чтобы он при вращении диска перекрывал окно оптопары (в окне анализатора спектра определялась частота следования импульсов и затем умножалась на 60).

Третий привод – «SAMSUNG WN310820A».

При подаче питания микросхема-драйвер – HA13561 начинает сильно греться, двигатель не вращается. На корпусе микросхемы заметна выпуклость (рис.14), как и в предыдущем случае. Проводить какие-либо эксперименты не получится, но можно попробовать запитать двигатель от платы с микросхемой HA13555. Длинные тонкие проводники были подпаяны к шлейфу двигателя и к выходным контактам разъёма платы электроники – всё запустилось и работало без проблем. Если бы HA13561 была целой, доработка для запуска была бы такой же, как и для «Quantum Trailblazer» (44-й вывод к шине +5 В).

Четвёртый привод – «Quantum» семейства «Fireball SE» с микросхемой привода AN8426FBP (рис.15).

Если отключить шлейф блока головок и подать питание на HDD, то двигатель набирает обороты и, естественно, через некоторое время останавливается. Даташит на микросхему AN8426FBP есть в сети и по нему можно разобраться, что за запуск отвечает вывод 44 (SIPWM) (рис.16). И если теперь перерезать дорожку, идущую от микросхемы 14-108417-02 и «подтянуть» вывод 44 через резистор 4,7 кОм к шине +5 В, то двигатель не будет останавливается.

И напоследок, вернувшись немного назад, были сняты формы сигналов на выводах W и V микросхемы HA13555 относительно общего провода (рис. 17).

Самое простое прикладное применение старого HDD – небольшой наждак для правки свёрл, ножей, отвёрток (рис.18). Для этого достаточно наклеить на магнитный диск наждачную бумагу. Если «винт» был с несколькими «блинами», то можно сделать сменные диски разной зернистости. И здесь хорошо бы иметь возможность переключения скорости вращения шпиндельного двигателя, так как при большом количестве оборотов очень легко перегреть затачиваемую поверхность.

Наждак, конечно, не единственное применение для старого HDD. В сети легко находятся конструкции пылесосов и даже аппарата для приготовления сладкой ваты…

В дополнении к тексту находятся упомянутые даташиты и файлы печатных плат внешних генераторов импульсов в формате программы Sprint-Layout 5-ой версии (вид со стороны печати, микросхемы устанавливаются как smd, т.е. без сверловки отверстий).

Андрей Гольцов, r9o-11, г. Искитим, апрель 2020.

При использовании старых HDD приводов в прикладных целях иногда возникает проблема с тем, что шпиндельный двигатель останавливается через некоторое время после запуска. Есть у них такая «фишка» – если с блока головок не поступают сигналы на микросхему-контроллер, то она запрещает микросхеме-драйверу вращать двигатель. На примере несколько моделей приводов попробуем разобраться, как это исправить.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: