DC -motordriver ved hjælp af Power Mosfets [PWM -kontrolleret, 30A halvbro]: 10 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Hovedkilde (Download Gerber/Bestil PCB):

Trin 1:

DC -motorer er overalt, fra hobbyapplikationer til robotteknologi og industriområder. Derfor er der bred brug og anmodning om egnede og kraftfulde DC -motordrivere. I denne artikel lærer vi at bygge en. Du kan styre det ved hjælp af en mikrokontroller, en Arduino, en Raspberry Pi eller endda en selvstændig PWM -generatorchip. Ved at bruge en ordentlig kølelegeme og afkølingsmetoder kan dette kredsløb håndtere strømme op til 30A.

[1]: Kredsløbsanalyse Kredsløbets hjerte er en IR2104 MOSFET -driverchip [1]. Det er en populær og anvendelig MOSFET driver IC. Det skematiske diagram over kredsløbet vist i figur-1.

Trin 2: Figur-1, skematisk diagram over den kraftfulde DC-motordriver

Trin 3:

Ifølge IR2104-databladet [1]:”IR2104 (S) er højspændings-, højhastigheds-strøm MOSFET- og IGBT-drivere med afhængige udgangskanaler med høj og lav side. Proprietære HVIC- og låseimmun CMOS -teknologier muliggør robust monolitisk konstruktion. Logikindgangen er kompatibel med standard CMOS- eller LSTTL -output, ned til 3,3V logik. Outputdriverne har et buffertrin med høj pulsstrøm designet til minimum driverkrydsledning. Den flydende kanal kan bruges til at drive en N-kanal strøm MOSFET eller IGBT i den høje sidekonfiguration, der fungerer fra 10 til 600 volt.” IR2104 driver MOSFET'erne [2] i en halvbroskonfiguration. Der er ikke noget problem med den høje inputkapacitans for IRFP150 MOSFET'erne. Det er grunden til, at MOSFET -drivere som IR2104 er nyttige. Kondensatorerne C1 og C2 bruges til at reducere motorens støj og EMI. Den maksimalt tolerable MOSFET -spænding er 100V. Så jeg brugte mindst 100V nominelle kondensatorer. Hvis du er sikker på, at din belastningsspænding ikke passerer en tærskel (f.eks. En 12V DC-motor), kan du f.eks. Reducere kondensatorernes spændinger til 25V og øge deres kapacitansværdier i stedet (f.eks. 1000uF-25V). SD -stiften er trukket ned med en 4,7K modstand. Derefter skal du anvende en steady state logisk niveauspænding til denne pin for at aktivere chippen. Du skal også injicere din PWM -puls til IN -stiften.

[2]: PCB Board

PCB-layoutet af skematikken vist i figur-2. Det er designet på en måde til at reducere støj og forbigående for at hjælpe enhedens stabilitet.

Trin 4: Figur-2, designet PCB-layout til motordriverens skema

Jeg havde ikke printkortets fodaftryk og skematiske symboler for komponenterne IR2104 [1] og IRFP150 [2]. Derfor bruger jeg de medfølgende SamacSys -symboler [3] [4], i stedet for at spilde min tid og designe bibliotekerne fra bunden. Du kan enten bruge "komponentsøgemaskinen" eller et CAD -plugin. Fordi jeg brugte Altium Designer til at tegne skematisk og PCB, brugte jeg direkte SamacSys Altium-plugin [5] (figur-3).

Trin 5: Figur-3, udvalgte komponentbiblioteker til IR2104 og IRFN150N

Figur-4 viser et 3D-billede af printkortet. 3D -visningen forbedrer inspektionsproceduren for tavlen og komponentplacering.

Trin 6: Figur-4, en 3D-visning af motordriverens printkort

[3] Montering Så lad os konstruere og bygge kredsløbet. Jeg har lige brugt et halvt hjemmelavet printkort for hurtigt at kunne samle brættet og teste kredsløbet (figur-5).

Trin 7: Figur-5, den første prototype af designet (på en semi-hjemmelavet PCB), set ovenfra

Efter at have læst denne artikel er du 100% sikker på kredsløbets sande drift. Bestil derfor printkortet til et professionelt PCB -fabrikationsfirma, f.eks. PCBWay, og hav det sjovt med din lodning og det samlede bord. Figur 6 viser en afbildning set nedefra af det samlede printkort. Som du kan se, har nogle spor ikke dækket helt med loddemasken. Årsagen er, at disse spor kan bære en betydelig mængde strøm, så de har brug for ekstra kobberstøtte. Et normalt printkort kan ikke tåle en høj mængde strøm og til sidst vil det varme op og brænde. For at overvinde denne udfordring (med en billig metode) skal du lodde en tyk bar kobbertråd (figur-7) på de afdækkede områder. Denne metode forbedrer sporets nuværende transmissionskapacitet.

Trin 8: Figur-6, en bundvisning af printkortets prototype, de afdækkede spor

Trin 9: Figur-7, en tyk bar kobbertråd

[4] Test og måling Den medfølgende YouTube -video demonstrerer en faktisk test af brættet med en bils vinduesvisker DC -motor som belastning. Jeg har forsynet PWM -pulsen med en funktionsgenerator og undersøgt impulserne på motorkablerne. Den lineære sammenhæng mellem belastningens nuværende forbrug og PWM -driftscyklussen har også vist.

[5] Materialekartotek

Tabel-1 viser styklisten.

Trin 10: Tabel-1, regning af kredsløbsmaterialer

Referencer [1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]:

[6]: Kilde (Gerber download/bestilling af printkort)