Driver motor DC utilizând Mosfete de putere [controlat PWM, jumătate pod 30A]: 10 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Sursa principală (Descărcați Gerber / Comandați PCB):

Pasul 1:

Motoarele de curent continuu sunt peste tot, de la aplicații hobby la robotică și zone industriale. Prin urmare, există o largă utilizare și solicitare de drivere adecvate și puternice pentru motoare de curent continuu. În acest articol, vom învăța să construim unul. Îl puteți controla folosind un microcontroler, un Arduino, un Raspberry Pi sau chiar un cip generator PWM independent. Prin utilizarea unui radiator adecvat și metode de răcire, acest circuit poate gestiona curenți de până la 30A.

[1]: Analiza circuitului Inima circuitului este un cip driver IR2104 MOSFET [1]. Este un IC de driver MOSFET popular și aplicabil. Diagrama schematică a circuitului demonstrată în figura-1.

Pasul 2: Figura-1, Diagrama schematică a driverului puternic de motor DC

Pasul 3:

Conform fișei tehnice IR2104 [1]:”IR2104 (S) sunt drivere MOSFET de înaltă tensiune, de mare viteză și drivere IGBT cu canale de ieșire cu referință laterale înalte și joase dependente. Tehnologiile HVIC proprietare și CMOS imunitar prin zăvor permit construcția monolitică robustă. Intrarea logică este compatibilă cu ieșirea standard CMOS sau LSTTL, până la logica de 3,3V. Driverele de ieșire prezintă o etapă tampon de curent de impuls ridicat proiectată pentru o conducție încrucișată minimă a driverului. Canalul plutitor poate fi utilizat pentru a conduce un MOSFET sau IGBT de putere cu canal N în configurația laterală înaltă care funcționează de la 10 la 600 volți.” IR2104 conduce MOSFET-urile [2] într-o configurație jumătate de punte. Nu există nicio problemă cu capacitatea mare de intrare a MOSFET-urilor IRFP150. Acesta este motivul pentru care driverele MOSFET precum IR2104 sunt utile. Condensatoarele C1 și C2 sunt utilizate pentru a reduce zgomotul motorului și EMI. Tensiunea maximă tolerabilă a MOSFET-urilor este de 100V. Așa că am folosit cel puțin condensatori de 100V. Dacă sunteți sigur că tensiunea de încărcare nu depășește un prag (de exemplu un motor de 12V DC), atunci puteți reduce tensiunile condensatoarelor la 25V, de exemplu, și le puteți crește valorile de capacitate (de exemplu 1000uF-25V). Pinul SD a fost tras în jos cu un rezistor de 4,7K. Apoi, trebuie să aplicați o tensiune a nivelului logicii stării staționare la acest pin pentru a activa cipul. Trebuie să injectați pulsul PWM și la pinul IN.

[2]: Placă PCB

Structura PCB a schemei demonstrată în figura-2. Este proiectat într-un mod pentru a reduce zgomotul și tranzitorii pentru a ajuta la stabilitatea dispozitivului.

Pasul 4: Figura-2, Layout PCB proiectat pentru schema driverului motorului

Nu am avut amprenta PCB și simboluri schematice ale componentelor IR2104 [1] și IRFP150 [2]. Prin urmare, folosesc simbolurile furnizate de SamacSys [3] [4], în loc să-mi pierd timpul și să proiectez bibliotecile de la zero. Puteți folosi „motorul de căutare pentru componente” sau un plugin CAD. Deoarece am folosit Altium Designer pentru a desena schema și PCB-ul, am folosit direct pluginul SamacSys Altium [5] (figura-3).

Pasul 5: Figura-3, Biblioteci de componente selectate pentru IR2104 și IRFN150N

Figura 4 prezintă o vedere 3D a plăcii PCB. Vizualizarea 3D îmbunătățește procedura de inspecție a plăcii și plasarea componentelor.

Pasul 6: Figura-4, o vedere 3D a plăcii PCB a driverului motorului

[3] Asamblare Deci, să construim și să construim circuitul. Tocmai am folosit o placă PCB semi-făcută pentru a putea asambla rapid placa și a testa circuitul (figura-5).

Pasul 7: Figura-5, primul prototip al designului (pe un PCB semi-făcut în casă), vedere de sus

După ce ați citit acest articol, sunteți 100% sigur de adevărata funcționare a circuitului. Prin urmare, comandați PCB la o companie profesională de fabricare a PCB-ului, cum ar fi PCBWay, și distrați-vă cu placa de lipit și asamblată. Figura 6 prezintă o vedere de jos a plăcii PCB asamblate. După cum puteți vedea, unele piese nu au fost acoperite complet cu masca de lipit. Motivul este că aceste piste ar putea transporta o cantitate semnificativă de curent, deci au nevoie de suport suplimentar de cupru. O pistă normală de PCB nu poate tolera o cantitate mare de curent și, în cele din urmă, se va încălzi și arde. Pentru a depăși această provocare (cu o metodă ieftină), trebuie să lipiți un fir gros de cupru gol (figura-7) pe zonele neacoperite. Această metodă îmbunătățește capacitatea curentă de transmisie a pistei.

Pasul 8: Figura-6, o vedere de jos a prototipului plăcii PCB, piesele descoperite

Pasul 9: Figura-7, un fir gros de cupru gol

[4] Test și măsurare Videoclipul YouTube furnizat demonstrează un test real al plăcii cu motorul DC al ștergătorului de parbriz al unei mașini sub formă de sarcină. Am furnizat impulsul PWM cu un generator de funcții și am examinat impulsurile de pe firele motorului. De asemenea, a demonstrat corelația liniară a consumului curent al sarcinii cu ciclul de funcționare PWM.

[5] Lista materialelor

Tabelul-1 prezintă lista materialelor.

Pasul 10: Tabelul 1, Lista materialelor circuitului

Referințe [1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]:

[6]: Sursă (Gerber Descărcare / Comandarea PCB-ului)