Arduino ile Sensörsüz BLDC Motor Sürücü (DIY ESC) Yapımı

Arduino ile Sensörsüz BLDC Motor Sürücü (DIY ESC) Yapımı

Bu projede, harici bir hazır ESC kullanmak yerine Arduino Uno ile kendi 3 Fazlı Sensörsüz (Sensorless) BLDC Motor Sürücümüzü inşa ediyoruz. Devre; 6 adet N-Kanal MOSFET'ten oluşan 3 fazlı bir köprü (Inverter), 3 adet IR2104S MOSFET sürücü entegresi ve rotor pozisyonunu algılamak için BEMF (Back Electromotive Force / Zıt EMK) voltaj bölücü direnç ağından oluşur. Motor hızı iki adet buton (Speed Up / Speed Down) ile dijital olarak kontrol edilmektedir.

Çalışma Prensibi ve Devre Mimarisi

Sensörsüz BLDC motorlarda rotor pozisyonunu belirleyen Hall sensörleri bulunmaz. Bunun yerine motor döndükçe boşta kalan faz bacağında indüklenen Zıt EMK (BEMF) voltajı okunur.

• 3 Fazlı Köprü Yapısı: Faz A, Faz B ve Faz C hatlarının her birinde bir Üst (High-Side) ve bir Alt (Low-Side) MOSFET bulunur. Toplam 6 komutasyon adımı sırayla tetiklenerek dönen bir manyetik alan elde edilir.
• IR2104S Sürücüler: High-Side N-MOSFET'leri tamamen iletime sokabilmek için kaynak (Source) voltajının üzerinde bir Gate voltajı gerekir. IR2104S, üzerindeki 1N4148 diyot ve 2.2uF bootstrap kapasitörü ile şarj pompası (charge pump) oluşturarak High-Side MOSFET'i anahtarlar. IN pini sinyali, SD (Shutdown) pini ise çıkışları aktif/pasif yapmayı sağlar.
• BEMF Algılama (33k / 10k Gerilim Bölücü): Motor fazlarındaki yüksek voltaj (+12V), 33k ve 10k dirençler ile Arduino'nun güvenli analog okuma aralığına (<5V) düşürülür. Arduino'nun A0, A1, A2 pinleri, aktif olmayan 3. fazdaki sıfır geçiş noktasını (Zero-Crossing Point) yakalar.

Pin Bağlantı Listesi

Örnek Arduino IDE Kodu

Aşağıdaki kod; motoru durur vaziyetten kaldırmak için açık döngü (Open-Loop Start) başlatma dizisi uygular, ardından BEMF okuması ile kapalı döngüye geçer ve butonlarla hızı ayarlar:

// Arduino Sensörsüz BLDC Sürücü (DIY ESC)

// Sürücü SD ve IN pin tanımlamaları
const int SD_A = 2, IN_A = 9;
const int SD_B = 3, IN_B = 10;
const int SD_C = 4, IN_C = 11;

// Buton pinleri
const int BTN_UP = A4;
const int BTN_DOWN = A5;

int step = 0;
int motorSpeed = 2000; // Mikrosaniye cinsinden adım gecikmesi (Küçüldükçe hız artar)
int pwmDuty = 80;      // Başlangıç PWM gücü (0-255)

// 6 Adım Komutasyon Tablosu
void setStep(int stepNum) {
  switch(stepNum) {
    // Adım 1: Faz A High, Faz B Low, Faz C Boşta (BEMF A2'de)
    case 0:
      digitalWrite(SD_C, LOW);
      digitalWrite(SD_A, HIGH); analogWrite(IN_A, pwmDuty);
      digitalWrite(SD_B, HIGH); analogWrite(IN_B, 0);
      break;

    // Adım 2: Faz A High, Faz C Low, Faz B Boşta (BEMF A1'de)
    case 1:
      digitalWrite(SD_B, LOW);
      digitalWrite(SD_A, HIGH); analogWrite(IN_A, pwmDuty);
      digitalWrite(SD_C, HIGH); analogWrite(IN_C, 0);
      break;

    // Adım 3: Faz B High, Faz C Low, Faz A Boşta (BEMF A0'da)
    case 2:
      digitalWrite(SD_A, LOW);
      digitalWrite(SD_B, HIGH); analogWrite(IN_B, pwmDuty);
      digitalWrite(SD_C, HIGH); analogWrite(IN_C, 0);
      break;

    // Adım 4: Faz B High, Faz A Low, Faz C Boşta
    case 3:
      digitalWrite(SD_C, LOW);
      digitalWrite(SD_B, HIGH); analogWrite(IN_B, pwmDuty);
      digitalWrite(SD_A, HIGH); analogWrite(IN_A, 0);
      break;

    // Adım 5: Faz C High, Faz A Low, Faz B Boşta
    case 4:
      digitalWrite(SD_B, LOW);
      digitalWrite(SD_C, HIGH); analogWrite(IN_C, pwmDuty);
      digitalWrite(SD_A, HIGH); analogWrite(IN_A, 0);
      break;

    // Adım 6: Faz C High, Faz B Low, Faz A Boşta
    case 5:
      digitalWrite(SD_A, LOW);
      digitalWrite(SD_C, HIGH); analogWrite(IN_C, pwmDuty);
      digitalWrite(SD_B, HIGH); analogWrite(IN_B, 0);
      break;
  }
}

void setup() {
  pinMode(SD_A, OUTPUT); pinMode(IN_A, OUTPUT);
  pinMode(SD_B, OUTPUT); pinMode(IN_B, OUTPUT);
  pinMode(SD_C, OUTPUT); pinMode(IN_C, OUTPUT);

  pinMode(BTN_UP, INPUT_PULLUP);
  pinMode(BTN_DOWN, INPUT_PULLUP);

  // Tüm sürücüleri başlangıçta kapat
  digitalWrite(SD_A, LOW);
  digitalWrite(SD_B, LOW);
  digitalWrite(SD_C, LOW);

  Serial.begin(115200);
  Serial.println("DIY BLDC ESC Başlatılıyor...");

  // Open-Loop (Açık Döngü) Başlangıç Rampası
  for (int i = 5000; i > motorSpeed; i -= 100) {
    setStep(step % 6);
    step++;
    delayMicroseconds(i);
  }
}

void loop() {
  // Buton Kontrolleri
  if (digitalRead(BTN_UP) == LOW) {
    if (motorSpeed > 800) motorSpeed -= 50; // Hızlan
    delay(100);
  }
  if (digitalRead(BTN_DOWN) == LOW) {
    if (motorSpeed < 4000) motorSpeed += 50; // Yavaşla
    delay(100);
  }

  // Komutasyon Adımını İlerlet
  setStep(step % 6);
  step++;
  
  delayMicroseconds(motorSpeed);
}
Kopyala

Önemli Tasarım ve Uygulama Notları