DIY High Current Motor Driver (h-bridge): 5 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Το έργο είναι να αναβαθμίσει τους κινητήρες και τα ηλεκτρονικά σε αυτό το τετράτροχο ποδήλατο Power Wheels για παιδιά. Ενθουσιασμένος με την απόδοση αυτού του μίνι τετραπλού 12V. σχεδιάζαμε να αναβαθμίσουμε σε σύστημα 24v με 2 νέους κινητήρες βουρτσισμένου traxxis 775 αφού ερευνήσαμε τις εμπορικά διαθέσιμες πλακέτες οδηγών και διαπιστώσαμε ότι οι περισσότεροι ήταν είτε κάπως wimpy (δείτε τη φωτογραφία σύγκρισης που περιλαμβάνεται) είτε μάλλον ακριβά αποφάσισα να σχεδιάσω μια απλή λύση βασισμένη σε Arduino

24v ελάχιστο

αμφίδρομος έλεγχος κινητήρα

Έλεγχος PWM

κλιμακούμενη ικανότητα υψηλού ρεύματος (100AMP)

ελάχιστα συστατικά

5V stepdown για τη λογική

αίσθηση τάσης μπαταρίας

adruino nano controller

πρόσβαση σε εισόδους για συγκεκριμένες χρήσεις (γκάζι [συμπεριλαμβανομένης της επάνω και κάτω επένδυσης], κατεύθυνση, ενεργοποίηση, 1 επιπλέον)

πρόσβαση σε ακέραιες καρφίτσες για έξοδο (led out)

η προφανής λύση είναι να χρησιμοποιήσετε το κύκλωμα γέφυρας Η με βάση mosfet

θα σας δείξω πώς σχεδίασα και κατασκεύασα το πρόγραμμα οδήγησης υψηλής ταχύτητας H-Bridge

Βήμα 1: Βρείτε ένα IC-πρόγραμμα οδήγησης H-bridge

το IC οδηγού γέφυρας H είναι το τσιπ μεταξύ των εξόδων Arduino και MOSFET. αυτό το IC λαμβάνει σήματα HIGH/LOW από το Arduino και εξάγει το ίδιο ενισχυμένο σήμα για να οδηγήσει τις πύλες MOSFET, συγκεκριμένα η πιο σημαντική λειτουργία του είναι να αυξήσει την τάση στα ψηλά πλευρικά fets πάνω από το VCC (μπαταρία + είσοδος) επιτρέποντας τη χρήση όλων N-MOSFET ορισμένοι οδηγοί διαθέτουν επίσης ειδικά κυκλώματα για την αποφυγή πυροβολισμού (όταν 2 fets δημιουργούν άμεσο βραχυκύκλωμα στο έδαφος καταστρέφοντας τα fets.) Τελικά εγκαταστάθηκα στο NXP MC33883 Full H-bridge οδηγό ICchosen επειδή-περιλαμβάνει 2 μισές γέφυρες (έτσι απαιτώ μόνο 1 IC)-ενσωματωμένη αντλία υψηλής φόρτισης-απαιτεί μόνο 7 επιπλέον εξαρτήματα (συμπεριλαμβανομένου του κυκλώματος προστασίας)-λειτουργεί με είσοδο 5,5-60V (με κλείδωμα κάτω και πάνω) -1 ρεύμα αιχμής

αρνητικάδυστυχώς δεν έχει λήψη μέσω προστασίας (έτσι πρέπει να γίνει στο λογισμικό και να δοκιμαστεί με τρέχουσα περιορισμένη τροφοδοσία ρεύματος) απαιτεί 5 σήματα εισόδου πολύ ακριβότερα στα 8,44 $ το καθένα στο ποντίκι: //nz.mouser.com/datasheet/2/302/MC33883-1126…

έχοντας αυτό το τσιπ στο μυαλό μας, μπορούμε τώρα να σχεδιάσουμε το κύκλωμά μας γύρω από αυτό

Βήμα 2: Σχεδιασμός κυκλωμάτων

θα χρησιμοποιήσουμε το διαδικτυακό εργαλείο EASYEDA (easyeda.com) για να σχεδιάσουμε το κύκλωμα (δεν είναι συνδεδεμένο αλλά το εργαλείο λειτουργεί κανονικά και εύκολη παραγγελία PCB μέσω JLCPCB.com) Από το φύλλο δεδομένων για το πρόγραμμα οδήγησης MC33883, μπορούμε να βρούμε τη σχηματική εφαρμογή (με εξωτερικό κύκλωμα προστασίας) θα αντιγράψουμε αυτό το κύκλωμα καθώς δεν χρειάζεται να επανεφεύρουμε τον τροχό εδώ απλά χρησιμοποιήστε τη συνιστώμενη διάταξη και τις προτεινόμενες τιμές πυκνωτή, θα προσθέσουμε τις διόδους zener 18v και τους πυκνωτές για να καλύψουμε την τάση πηγής πύλης κάτω από το τυπικό MOSFET 20v μέγ. Vgs

Η μία διαφορά που θα προσθέσουμε στο κύκλωμα είναι τα προαιρετικά παράλληλα παράλληλα MOSFET για να αυξήσουμε την τρέχουσα ικανότητα με παράλληλους FET, αυτή η αντίσταση βοηθά στην εξισορρόπηση του φορτίου και των χαρακτηριστικών μεταγωγής του παράλληλου ζεύγους (ερευνήστε περισσότερο για υψηλή φόρτωση για να αποφύγετε προβλήματα)

Αποφάσεις που πρέπει να ληφθούν..μέγιστη τάση; Τρέχω 24v, ώστε να μπορώ να συνδέσω VCC και VCC2 του τσιπ mc33883 μαζί (το όριο στο vcc2 είναι 28v αλλά θα μπορούσα να έχω ξεχωριστή τροφοδοσία και να έχω μέγιστη τάση VCC 60v) Πώς να τροφοδοτήσω το Arduino; Πήγα με έναν μικρό ρυθμιστή μεταγωγής 5v 500mA που έρχεται προ-χτισμένος σε ένα pcb με 3 ακίδες που λειτουργεί μεταξύ 6,5-36v τέλεια!. προσθέστε μια δίοδο προστασίας πολικότητας, πυκνωτές εισόδου και εξόδου. Έγινε.

Θέλω να μπορώ να πάρω την τάση της μπαταρίας και να κλείσω όταν είναι χαμηλή, οπότε ένα διαχωριστή τάσης για να περιορίσει την τάση στις ακίδες Arduino μου. 8 μαξιλαράκια αντίστασης 2 με επένδυση και 4 σειρές loos όπως αυτό +== | ==- αυτό θα σημαίνει ότι μπορώ εύκολα να το διαμορφώσω διαφορετικά χωρίς να έχω συγκεκριμένες τιμές Προσδιορίστε τις εξόδους που χρειαζόμαστε από το Arduino στον οδηγό που χρειαζόμαστε 2 PWM για FET υψηλών πλευρών και 2 ψηφιακά (ή pwm) για FET χαμηλής όψης και χρειαζόμαστε επίσης 1 γραμμή ενεργοποίησης για τον οδηγό που θα μπορούσατε να φανταστείτε με κάποιο είδος λογικής πύλης NAND (και ίσως με καθυστέρηση) για λήψη υλικού μέσω προστασίας εάν το χρειάζεστε.

Είσοδοι που επέλεξα να χρησιμοποιήσω όλες τις αναλογικές εισόδους για γκάζι, ενεργοποίηση, κατεύθυνση και περικοπή κυρίως για να διασφαλίσω ότι ήταν διαθέσιμα και σπασμένα, όλα έχουν μαξιλάρια για αντιστάσεις ανύψωσης και διαθέσιμο πείρο 5v και οι είσοδοι λειτουργούν ως ενεργές όταν είναι υψηλές. (Αν είναι ενεργοποιημένη η γραμμή ήταν ενεργή χαμηλά και το γκάζι είχε κολλήσει εάν το καλώδιο 5v ήταν σπασμένο οι κινητήρες θα λειτουργούσαν συνεχώς)

Έχω συμπεριλάβει μια κεφαλίδα εξόδου 5pin +για ένδειξη μπαταρίας LED/ πρόσβαση στις καρφίτσες (οι υπόλοιπες ψηφιακές ακίδες) περιλαμβάνεται επίσης μια κεφαλίδα για τον τελευταίο εναπομείναντα ακροδέκτη PWM (μια σημείωση για το PWM επέλεξα να βάλω ψηλά πλαϊνά fets, χαμηλά πλευρικά fets και Έξοδος PWM το καθένα σε ξεχωριστά κανάλια χρονοδιακόπτη του Arduino αυτό θα μου επιτρέψει να παίξω με τα χρονόμετρα διαφορετικά κλπ. Κλπ.)

Βήμα 3: Επιλογή εξαρτήματος

για αυτόν τον πίνακα, αποφάσισα να πάω με εξαρτήματα συγκόλλησης κυρίως smd δεν είναι πολύ δύσκολο αν επιλέξετε σωστά τις συσκευές σας. Τα εξαρτήματα μεγέθους 8080 για αντιστάσεις και πυκνωτές είναι αρκετά απλά για συγκόλληση χωρίς τη βοήθεια μικροσκοπίου και χρειάζονται μόνο τσιμπιδάκια για το χειρισμό Το

Μερικοί άνθρωποι λένε ότι το 0603 δεν είναι πολύ κακό, αλλά αρχίζει να υπερβαίνει το όριο.

γυάλινα zeners βρήκα λίγο δύσκολο να ελιχθώ

Λίστα εξαρτημάτων από ισχύ σε πρόγραμμα οδήγησης σε ψηφιακό (αυτό που χρησιμοποίησα)

8x TO220 N-ch mosfets 60V 80A IPP057N06N3 G4x 1N5401-G δίοδος ισχύος γενικής χρήσης 100v 3A (αιχμή 200Α) (αυτά είναι λάθος θα έπρεπε να είχα χρησιμοποιήσει διόδους Schottky δείτε πώς πηγαίνουν) 8x 0805 50ohm αντίσταση2x 0805 10ohm αντίσταση2x 0805 10nF 50V (κύκλωμα προστασίας)

2x 18v zener δίοδος 0.5W ZMM5248B (κύκλωμα προστασίας) 1x nxp MC33883 H-bridge gate driver 1x 0805 33nF 50V κεραμικός πυκνωτής (για οδηγό)

2x 0805 470nF 50V κεραμικός πυκνωτής (για οδηγό)

1x γενική δίοδος προστασίας πολικότητας μέσω οπών (την είχα ήδη) 1x 3pin DC/DC converter max 36vin 5v out VXO7805-500

3x smd 10uF 50V 5x5.3mm ηλεκτρολυτικός πυκνωτής 3x 0805 1uF 50V κεραμικός πυκνωτής (λογικά κυκλώματα 5v)

9x 0805 10k αντίσταση (πτυσσόμενα και διαχωριστής τάσης διαμορφωμένο για να κάνει 15k) 4x 0803 3k αντίσταση (διαμορφωμένη σειρά παράλληλη για να παραμείνει 3k.. ένα απόβλητο που γνωρίζω) 2x 10k πορτενσιόμετρα τριμερών διατρητών 1x Arduino nanovarious headers, heatsinks, other items like switches, ποτενσιόμετρο κλπ

Παρήγγειλα τα εξαρτήματά μου από το mouser.com και παρήγγειλα τα περισσότερα μέρη σε πολλά 10 και πρόσθεσα πολλά άλλα μέρη σε συνολικά 60 nz $ για να λάβω δωρεάν μεταφορικά στη Νέα Ζηλανδία (εξοικονόμηση 30 z nz $)

Συνολικό κόστος κατασκευής περίπου 23 $ ΗΠΑ +(ό, τι αγοράζετε επιπλέον για να έχετε καλύτερη προσφορά ΑΓΟΡΑ ΜΠΟΥΛ) +pcb

Βήμα 4: ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ PCB

Τώρα έχουμε επιλέξει τα εξαρτήματα και ελπίζουμε να τα έχουμε στο δρόμο, μπορούμε να επιβεβαιώσουμε τα πακέτα συστατικών στο σχηματικό σχήμα και να αρχίσουμε να σχεδιάζουμε τον πίνακα μας Η διάταξη PCB είναι μια μορφή τέχνης και δεν πρόκειται να προσπαθήσω να το διδάξω. Δοκιμάστε το youtube γι 'αυτό. Αυτό που μπορώ να κάνω είναι να επισημάνω τα λάθη μου σε αυτόν τον πίνακα

Έβαλα τα mosfets μου οριζόντια, σχεδίασα τη γέφυρά μου H για να λειτουργεί με την προγραμματισμένη μου λύση ψύκτρας και ως αποτέλεσμα, έχω ίχνη ισχύος που είναι σημαντικά πιο στενά από ό, τι θα ήθελα να είναι. Αντιστάθμισα διπλασιάζοντας τα ίχνη στην κάτω πλευρά του πίνακα και αφαιρώντας τη μάσκα συγκόλλησης, για να προσθέσω κόλληση για να αυξήσω τις τρέχουσες συνδέσεις ισχύος. Αποφάσισα να χρησιμοποιήσω μεγάλα μαξιλάρια 10x10mm για να κατευθύνω καλώδια για συνδέσεις +v -v motorA και motorB αντί για ακροδέκτες βίδας κ.λπ. αυτά τα μαξιλάρια. η ζωή θα ήταν ευκολότερη αν είχα τοποθετήσει αυτά τα μαξιλάρια της απέναντι πλευράς της σανίδας στις ψύκτρες

Θα έπρεπε να είχα αυξήσει το μέγεθος της vias για τις διόδους ελεύθερου τροχού. Ως αποτέλεσμα, αυτά είναι τώρα τοποθετημένα στην επιφάνεια (δώστε προσοχή στα μεγέθη της συσκευασίας σας

μετατρέψτε το σχέδιό σας σε αρχείο Gerber και στείλτε το στον αγαπημένο σας κατασκευαστή PCB, μπορώ να συστήσω το JLCPCB ότι έκανε καλή δουλειά για μένα και σε λογικές τιμές

Βήμα 5: Συναρμολόγηση και ΔΟΚΙΜΗΣΗ ΤΟΥ ΣΥΜΒΟΥΛΙΟΥ

Τώρα έχετε τα ανταλλακτικά και τα PCB σας καιρός να συναρμολογηθούν και κοστίζει ίσως μία ώρα ή 2

πρώτα, ελέγξτε ότι έχετε όλα τα εξαρτήματα και ότι το PCB σας είναι σε καλή κατάσταση συγκεντρώστε τα εργαλεία σας.

όπως είπα 0805 μέρη δεν είναι πολύ δύσκολο να ξεκινήσετε με τα μικρότερα εξαρτήματα πρώτες αντιστάσεις, καπάκια, διόρισαντοτε το IC εγκαταστήστε το Arduino είτε απευθείας είτε με κεφαλίδες για αφαιρέσιμη εγκατάσταση των κεφαλίδων

ΔΟΚΙΜΑΣΤΕ ΤΟ ΣΥΜΒΟΥΛΙΟ ΓΙΑ ΣΥΝΤΟΜΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ

τώρα φορτώστε το σκίτσο αναλαμπής στο Arduino και αποσυνδέστε το USB και τροφοδοτήστε την πλακέτα από μπαταρία ή τροφοδοτικό για να διασφαλίσετε ότι το τμήμα ρυθμιστή λειτουργεί σωστά

ΔΟΚΙΜΑΣΤΕ ΤΟ ΣΥΜΒΟΥΛΙΟ ΓΙΑ ΣΥΝΤΟΜΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ

ανεβάστε λογισμικό προγράμματος οδήγησης και τροφοδοτήστε τον πίνακα από μια τρέχουσα περιορισμένη παροχή, πείτε ότι τα 100mA θα πρέπει να είναι πολλά πιθανότατα θα απενεργοποιηθεί λόγω χαμηλής τάσης

ο πίνακας σας είναι τώρα έτοιμος να οδηγήσει έναν κινητήρα ή 2