DC Motor Driver Using Power Mosfets [PWM Controlled, 30A Half Bridge]: 10 Βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:35

Κύρια πηγή (Λήψη Gerber/Παραγγελία PCB):

Βήμα 1:

Οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος βρίσκονται παντού, από εφαρμογές χόμπι μέχρι ρομποτική και βιομηχανικές περιοχές. Ως εκ τούτου, υπάρχει μεγάλη χρήση και αίτημα για κατάλληλους και ισχυρούς οδηγούς κινητήρων DC. Σε αυτό το άρθρο, θα μάθουμε να φτιάχνουμε ένα. Μπορείτε να το ελέγξετε χρησιμοποιώντας ένα μικροελεγκτή, ένα Arduino, ένα Raspberry Pi ή ακόμα και ένα αυτόνομο τσιπ γεννήτρια PWM. Χρησιμοποιώντας μια κατάλληλη μέθοδο ψύξης και ψύξης, αυτό το κύκλωμα μπορεί να χειριστεί ρεύματα έως 30Α.

[1]: Ανάλυση κυκλώματος Η καρδιά του κυκλώματος είναι ένα τσιπ προγράμματος οδήγησης IR2104 MOSFET [1]. Είναι ένα δημοφιλές και εφαρμόσιμο IC προγράμματος οδήγησης MOSFET. Το σχηματικό διάγραμμα του κυκλώματος που παρουσιάζεται στο σχήμα-1.

Βήμα 2: Εικόνα-1, το σχηματικό διάγραμμα του ισχυρού προγράμματος οδήγησης κινητήρα DC

Βήμα 3:

Σύμφωνα με το φύλλο δεδομένων IR2104 [1]: "Τα IR2104 (S) είναι προγράμματα οδήγησης υψηλής τάσης, υψηλής ταχύτητας MOSFET και IGBT με εξαρτημένα κανάλια εξόδου υψηλής και χαμηλής αναφοράς. Οι ιδιόκτητες τεχνολογίες HVIC και μανδάλωσης ανοσοποιητικής CMOS επιτρέπουν την ανθεκτική μονολιθική κατασκευή. Η λογική είσοδος είναι συμβατή με την τυπική έξοδο CMOS ή LSTTL, έως και 3.3V λογική. Τα προγράμματα οδήγησης εξόδου διαθέτουν υψηλό ρυθμιστικό ρεύματος παλμού σχεδιασμένο για ελάχιστη διασταύρωση οδηγού. Το πλωτό κανάλι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την οδήγηση ενός καναλιού N MOSFET ή IGBT σε διαμόρφωση υψηλής πλευράς που λειτουργεί από 10 έως 600 βολτ. " Το IR2104 οδηγεί τα MOSFET [2] σε διαμόρφωση μισής γέφυρας. Δεν υπάρχει πρόβλημα με την υψηλή χωρητικότητα εισόδου των MOSFET IRFP150. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα προγράμματα οδήγησης MOSFET όπως το IR2104 είναι χρήσιμα. Οι πυκνωτές C1 και C2 χρησιμοποιούνται για τη μείωση του θορύβου και του EMI του κινητήρα. Η μέγιστη ανεκτή τάση MOSFET είναι 100V. Ετσι χρησιμοποίησα πυκνωτές τουλάχιστον 100V. Εάν είστε βέβαιοι ότι η τάση φόρτωσης δεν ξεπερνά ένα όριο (για παράδειγμα κινητήρα DC 12V), τότε μπορείτε να μειώσετε τις τάσεις των πυκνωτών στα 25V για παράδειγμα και να αυξήσετε τις τιμές χωρητικότητάς τους (για παράδειγμα 1000uF-25V). Ο πείρος SD έχει τραβηχτεί με αντίσταση 4,7K. Στη συνέχεια, πρέπει να εφαρμόσετε μια τάση στάθμης λογικής στάθμης σε αυτόν τον πείρο για να ενεργοποιήσετε το τσιπ. Πρέπει επίσης να εγχύσετε τον παλμό σας PWM στον πείρο IN.

[2]: Πίνακας PCB

Η διάταξη PCB του σχηματικού παρουσιάζεται στο σχήμα-2. Έχει σχεδιαστεί με τρόπο ώστε να μειώνει τον θόρυβο και παροδικό για να βοηθήσει τη σταθερότητα της συσκευής.

Βήμα 4: Εικόνα-2, Σχεδιασμένη διάταξη PCB για το σχηματικό πρόγραμμα οδήγησης κινητήρα

Δεν είχα το αποτύπωμα PCB και τα σχηματικά σύμβολα των στοιχείων IR2104 [1] και IRFP150 [2]. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιώ τα σύμβολα που παρέχονται από το SamacSys [3] [4], αντί να σπαταλάω το χρόνο μου και να σχεδιάζω τις βιβλιοθήκες από την αρχή. Μπορείτε είτε να χρησιμοποιήσετε τη «μηχανή αναζήτησης στοιχείων» είτε μια προσθήκη CAD. Επειδή χρησιμοποίησα το Altium Designer για να σχεδιάσω το σχηματικό και το PCB, χρησιμοποίησα απευθείας το πρόσθετο SamacSys Altium [5] (σχήμα-3).

Βήμα 5: Εικόνα-3, Επιλεγμένες βιβλιοθήκες συστατικών για τα IR2104 και IRFN150N

Το σχήμα-4 δείχνει μια τρισδιάστατη προβολή της πλακέτας PCB. Η τρισδιάστατη προβολή βελτιώνει τη διαδικασία επιθεώρησης της πλακέτας και της τοποθέτησης εξαρτημάτων.

Βήμα 6: Εικόνα-4, μια τρισδιάστατη προβολή της πλακέτας PCB του οδηγού κινητήρα

[3] ΣυναρμολόγησηΈτσι ας κατασκευάσουμε και χτίζουμε το κύκλωμα. Μόλις χρησιμοποίησα μια ημι-σπιτική πλακέτα PCB για να μπορέσω να συναρμολογήσω γρήγορα τον πίνακα και να δοκιμάσω το κύκλωμα (εικόνα-5).

Βήμα 7: Εικόνα-5, το πρώτο πρωτότυπο του σχεδίου (σε ημι-σπιτικό PCB), κάτοψη

Αφού διαβάσετε αυτό το άρθρο, είστε 100% σίγουροι για την πραγματική λειτουργία του κυκλώματος. Επομένως, παραγγείλετε το PCB σε μια επαγγελματική εταιρεία κατασκευής PCB, όπως η PCBWay, και διασκεδάστε με την κολλητική και συναρμολογημένη σανίδα σας. Το σχήμα-6 δείχνει μια κάτω όψη της συναρμολογημένης πλακέτας PCB. Όπως μπορείτε να δείτε, ορισμένα κομμάτια δεν έχουν καλυφθεί πλήρως με τη μάσκα συγκόλλησης. Ο λόγος είναι ότι αυτά τα κομμάτια μπορεί να μεταφέρουν σημαντική ποσότητα ρεύματος, επομένως χρειάζονται επιπλέον υποστήριξη χαλκού. Ένα κανονικό κομμάτι PCB δεν μπορεί να ανεχθεί υψηλή ποσότητα ρεύματος και τελικά, θα ζεσταθεί και θα καεί. Για να ξεπεράσετε αυτήν την πρόκληση (με μια φθηνή μέθοδο), πρέπει να κολλήσετε ένα παχύ γυμνό σύρμα χαλκού (σχήμα-7) στις ακάλυπτες περιοχές. Αυτή η μέθοδος ενισχύει την τρέχουσα ικανότητα μετάδοσης της τροχιάς.

Βήμα 8: Εικόνα-6, Κάτω όψη του Πρωτότυπου της πλακέτας PCB, τα ακάλυπτα κομμάτια

Βήμα 9: Εικόνα-7, ένα παχύ γυμνό χάλκινο σύρμα

[4] Δοκιμή και μέτρησηΤο βίντεο που παρέχεται στο YouTube δείχνει μια πραγματική δοκιμή της πλακέτας με τον κινητήρα DC υαλοκαθαριστήρα παρμπρίζ ενός αυτοκινήτου ως φορτίο. Έχω δώσει στον παλμό PWM μια γεννήτρια λειτουργιών και εξέτασα τους παλμούς στα καλώδια του κινητήρα. Επίσης, έχει αποδειχθεί η γραμμική συσχέτιση της τρέχουσας κατανάλωσης φορτίου με τον κύκλο λειτουργίας PWM.

[5] Bill of Materials

Ο Πίνακας-1 δείχνει τον λογαριασμό υλικών.

Βήμα 10: Πίνακας-1, Υλικά Κυκλώματος

Παραπομπές [1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]:

[6]: Πηγή (Gerber Λήψη/Παραγγελία του PCB)