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

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

Projektet er at opgradere motorerne og elektronikken i denne Power Wheels-firhjuling til børn. Overvældet med ydeevnen for denne 12V mini-quad. Vi planlagde at opgradere til et 24v system med 2 nye traxxis 775 børstede motorer efter at have undersøgt kommercielt tilgængelige motor driver boards og fundet ud af, at de fleste enten var lidt wimpy (se inkluderet sammenligningsfoto) eller ret dyrt, jeg besluttede at designe en simpel Arduino baseret løsning Design kort

24v minimum

tovejs motorstyring

PWM kontrol

skalerbar høj strøm i stand (100AMP)

minimale komponenter

5v stepdown til logik

følelse af batterispænding

adruino nano kontrol

adgang til input til specifikke anvendelser (gashåndtag [inklusive top- og bundbeklædning], retning, aktivering, 1extra)

adgang til ubrugte ben til udgange (led ud)

den oplagte løsning er at bruge det mosfetbaserede H-brokredsløb

Jeg vil vise dig, hvordan jeg designede og byggede min højaktuelle H-bridge driver

Trin 1: Find en H-bridge Driver IC

H-bridge driver IC er chippen mellem Arduino og MOSFET udgange. denne IC tager HIGH/LOW signaler fra Arduino og udsender det samme boostede signal for at drive MOSFET -portene, især er dens vigtigste funktion at øge spændingen til de høje sidefets over VCC (batteri + input), der giver mulighed for brug af alle N-MOSFET'er nogle chauffører har også specielle kredsløb for at forhindre gennemskydning (når 2 fets skaber en direkte kortslutning til jorden, der ødelægger feterne.) Jeg bosatte mig til sidst på NXP MC33883 Fuld H-bro driver ICchosen fordi-det inkluderer 2 halvbroer (så jeg kræver kun 1 IC)-indbygget høj sideladningspumpe-kræver kun 7 ekstra komponenter (inklusive beskyttelseskredsløb)-fungerer med 5,5-60V indgang (med under og over volt lockout) -1amp peak drive current

negativ desværre ikke har gennemskydningsbeskyttelse (det skal gøres i software og testes med nuværende begrænset strømforsyning) kræver 5 indgangssignaler ret dyrt til $ 8,44 hver på mouserhttps://nz.mouser.com/ProductDetail/NXP-Freescale/…datablad

med denne chip i tankerne kan vi nu designe vores kredsløb omkring det

Trin 2: Kredsløbsdesign

vi vil bruge onlineværktøj EASYEDA (easyeda.com) til at designe kredsløbet (ikke tilknyttet, men værktøjet fungerer fint og let at bestille PCB via JLCPCB.com) Fra databladet til MC33883 -driveren kan vi finde applikationsskematisk (med ekstern beskyttelseskredsløb) vi vil kopiere dette kredsløb, da vi ikke behøver at genopfinde hjulet her, bare brug det anbefalede layout og anbefalede kondensatorværdier, vi tilføjer 18v zenerdioder og kondensatorer til at dække portkildespændingen under den typiske MOSFET 20v maks Vgs

Den eneste forskel, vi vil tilføje til kredsløbet, er de valgfrie parallelle MOSFET'er for at øge strømkapaciteten for at gøre dette, vi skal bare sikre, at vi har en modstand på porten til hvert FET. med parallelle FET'er hjælper denne modstand med at afbalancere belastning og koblingskarakteristika for parallelparret (undersøg mere for høj belastning for at undgå problemer)

Beslutninger der skal træffes..max spænding? Jeg kører 24v, så jeg kan binde VCC og VCC2 på min mc33883 -chip sammen (grænsen for vcc2 er 28v, men jeg kunne have separat forsyning og have en maks. VCC -spænding på 60v) Hvordan får jeg strøm til Arduino? Jeg gik med en lille 5v 500mA omskifteregulator, der kommer forudindbygget på en pcb med 3 ben, som fungerer mellem 6,5-36v perfekt!. Https: //nz.mouser.com/ProductDetail/490-VXO7805-50… alt hvad jeg skal gøre er tilføj en polaritetsbeskyttelsesdiode, input og output kondensatorer. Færdig.

Jeg vil gerne kunne få batterispændingen og lukke ned, når den er lav, så en spændingsdeler for at begrænse spændingen til mine Arduino -ben. 8 modstandsplader 2paralleller og 4 serieloser som denne +== | ==- dette burde betyde, at jeg let kan konfigurere det anderledes uden at have specifikke værdier Find ud af, hvilke output vi har brug for fra Arduino til driveren, vi har brug for 2 PWM til høje side FET'er og 2 digitale (eller pwm) til FET'er på den lave side, og vi har også brug for 1 aktiveringslinje til chaufføren, du kunne få lyst til med en form for NAND gate -logik (og måske ved forsinkelse) til hardwareskydning gennem beskyttelse, hvis du har brug for det.

Indgange Jeg valgte at bruge alle de analoge indgange til gasspjæld, aktivering, retning og trimning hovedsageligt for at sikre, at de var tilgængelige og udbrudte, alle har puder til pulldown -modstande og en 5v -pin til rådighed, og input fungerer som aktive, når de er høje. (Hvis aktiveret linjen var aktiv lav, og gashåndtaget sad fast, hvis 5v -ledningen blev brudt, motorerne kørte kontinuerligt)

udgange Jeg inkluderede en 5pin +jordudgangssidehoved til LED -batteriindikator/ adgang til stifterne (resterende digitale ben) også inkluderet er en overskrift til den sidste resterende PWM -pin (en bemærkning om PWM jeg valgte at sætte høje sidefødder, lave sidefødder og PWM -output hver på separate timerkanaler i Arduino, dette burde give mig mulighed for at lege med timerne forskelligt osv. Osv.)

Trin 3: Valg af komponenter

til dette bord, besluttede jeg at gå med hovedsageligt overflademonterede komponenter lodning smd er ikke for svært, hvis du vælger dine enheder klogt. 805 størrelse komponenter til modstande og kondensatorer er ret enkle til lodning uden hjælp af et mikroskop, og kun pincet er nødvendig til håndtering.

nogle mennesker siger, at 0603 ikke er så slemt, men det begynder at skubbe grænsen.

glas Zenere fandt jeg lidt vanskelig at manøvrere

Komponentliste fra strøm til driver til digital (hvad jeg brugte)

8x TO220 N-ch mosfets 60V 80A IPP057N06N3 G4x 1N5401-G almindelig strømdiode 100v 3A (200A peak) (disse er forkerte, jeg skulle have brugt Schottky-dioder, se hvordan de går) 8x 0805 50ohm modstand2x 0805 10ohm modstand2x 0805 10nF 50V (beskyttelseskredsløb)

2x 18v zenerdiode 0,5W ZMM5248B (beskyttelseskredsløb) 1x nxp MC33883 H-bridge gate driver1x 0805 33nF 50V keramisk kondensator (til driver)

2x 0805 470nF 50V keramisk kondensator (til driver)

1x generisk gennemgående hul polaritetsbeskyttelsesdiode (havde den allerede) 1x 3pin dc/dc converter max 36vin 5v out VXO7805-500

3x smd 10uF 50V 5x5.3mm elektrolytisk kondensator 3x 0805 1uF 50V keramisk kondensator (5v logiske kredsløb)

9x 0805 10k modstand (pulldowns og spændingsdeler konfigureret til at lave 15k) 4x 0803 3k modstand (konfigureret serie parallelt med at forblive 3k.. et spild ved jeg) 2x 10k gennemgående hultrimmer potentiometre1x Arduino nanovarious headers, heatsinks, andre ting som switches, potentiometer osv

Jeg bestilte mine dele fra mouser.com og bestilte de fleste dele i masser af 10 og tilføjede flere andre dele til i alt $ 60 for at få gratis forsendelse til New Zealand (en besparelse på ~ nz $ 30)

Samlede komponentomkostninger ved at bygge omkring US $ 23 +(uanset hvad du køber ekstra for at få en bedre handel KØB BULK) +pcb

Trin 4: PCB DESIGN

Nu har vi valgt komponenterne og forhåbentlig har dem på den måde, vi kan bekræfte komponentpakkerne i skematikken og begynde at layoute vores boardPCB -layout er en kunstform, og jeg vil ikke prøve at lære det. Prøv youtube for det. Hvad jeg kan gøre er at påpege mine fejl på dette bord

Jeg satte mine mosfets vandret, jeg designede min H-bro til at arbejde med min planlagte kølelegeme løsning, og som følge heraf har jeg strømspor, der er betydeligt smallere, end jeg gerne ville have, at de skulle være. Jeg kompenserede ved at fordoble sporene til undersiden af brættet og fjerne loddemasken til, at jeg kunne tilføje loddemateriale for at øge strømhåndteringen Strømforbindelser. Jeg besluttede at bruge store 10x10mm puder til at dirigere loddekabler til +v -v motorA- og motorB -forbindelser frem for skrueterminaler osv. (Jeg indser, at jeg får brug for mekanisk trækaflastning), men på grund af mine store køleplader vil det være svært at lodde kablerne til disse puder. livet ville være lettere, hvis jeg havde placeret disse puder på den modsatte side af brættet til kølepladerne

Jeg burde have øget størrelsen på vias til frihulsdioderne gennem hullet. som følge heraf er disse nu overflademonteret (vær opmærksom på dine pakkestørrelser

konverter dit design til en Gerber -fil og send det til din foretrukne printkortfabrikant, jeg kan anbefale JLCPCB, de gjorde et godt stykke arbejde for mig og til en rimelig pris

Trin 5: Saml og test tavlen

Nu har du dine dele og printkort det er tid til at samle og sælge tager måske en time eller 2

Kontroller først, at du har alle delene, og at dit printkort er i god stand, saml dine værktøjer. grundlæggende skal du bruge loddejern, svejsetænder, lodde, eller eller lodde, sugende, skære tang

som jeg sagde 0805 dele er ikke for hårde start med de mindste komponenter først modstande, hætter, diodesthen IC installere Arduino enten direkte eller med headere til aftagelighed installere headers

TEST Tavlen FOR KORTE KREDSER

indlæs nu blinkskitse til Arduino, og tag USB -stikket ud, og tænd for kortet fra et batteri eller en strømforsyning for at sikre, at regulatorsektionen fungerer korrekt, installer mosfets sidst

TEST Tavlen FOR KORTE KREDSER

uploade driver-software og strømkortet fra en nuværende begrænset forsyning sige, at 100mA burde være rigeligt, vi vil gerne sikre H-broen i alle stater for at sikre, at der ikke sker en gennemskydning. hvis der er forsyning vil straks strømgrænse og tavlen vil sandsynligvis slukke på grund af lav spænding

dit bræt er nu klar til at køre en motor eller 2