Драйвер на DC мотор, използващ мощност Mosfets [PWM контролиран, 30A Half Bridge]: 10 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Основен източник (Изтеглете Gerber/Поръчайте печатната платка):

Етап 1:

Двигателите с постоянен ток са навсякъде, от хоби приложения до роботика и индустриални зони. Следователно има широко използване и искане за подходящи и мощни драйвери на DC двигатели. В тази статия ще се научим да изграждаме такава. Можете да го контролирате с помощта на микроконтролер, Arduino, Raspberry Pi или дори самостоятелен PWM генератор. Използвайки подходящ радиатор и методи за охлаждане, тази верига може да обработва токове до 30А.

[1]: Анализ на веригата Сърцето на веригата е IR2104 MOSFET драйвер чип [1]. Това е популярна и приложима интегрална схема на MOSFET драйвер. Схематичната диаграма на веригата, показана на фигура-1.

Стъпка 2: Фигура-1, Схематичната диаграма на мощния DC мотор драйвер

Стъпка 3:

Според листа с данни IR2104 [1]: „IR2104 (S) са високо напрежение, високоскоростни захранващи MOSFET и IGBT драйвери със зависими изходящи канали с висока и ниска страна. Собствените HVIC и имунизиращи CMOS технологии с ключалка позволяват здрава монолитна конструкция. Логическият вход е съвместим със стандартен CMOS или LSTTL изход, до 3.3V логика. Изходните драйвери разполагат с буферен етап с висок импулсен ток, проектиран за минимална напречна проводимост на драйвера. Плаващият канал може да се използва за задвижване на N-канален захранващ MOSFET или IGBT в конфигурация с висока страна, която работи от 10 до 600 волта. IR2104 управлява MOSFET-овете [2] в полумостова конфигурация. Няма проблем с високия входен капацитет на IRFP150 MOSFET. Това е причината MOSFET драйверите като IR2104 да са полезни. Кондензаторите C1 и C2 се използват за намаляване на шума на двигателя и EMI. Максималното допустимо напрежение на MOSFET е 100V. Затова използвах поне 100V номинални кондензатори. Ако сте сигурни, че вашето напрежение на натоварване не преминава праг (например 12V DC мотор), тогава можете да намалите напреженията на кондензаторите например до 25V и вместо това да увеличите техните стойности на капацитет (например 1000uF-25V). SD щифтът се изтегли с 4.7K резистор. След това трябва да приложите стабилно ниво на логическо напрежение към този щифт, за да активирате чипа. Трябва също да инжектирате своя PWM импулс към IN контакта.

[2]: PCB платка

Разположението на печатната платка на схемата, показано на фигура-2. Той е проектиран по начин, който намалява шума и преходността, за да подпомогне стабилността на устройството.

Стъпка 4: Фигура-2, Проектирано оформление на печатни платки за схемата на драйвера на двигателя

Нямах отпечатък на печатни платки и схематични символи на компонентите IR2104 [1] и IRFP150 [2]. Затова използвам предоставените от SamacSys символи [3] [4], вместо да си губя времето и да проектирам библиотеките от нулата. Можете да използвате „компонентна търсачка“или CAD плъгин. Тъй като използвах Altium Designer за рисуване на схеми и печатни платки, директно използвах плъгина SamacSys Altium [5] (фигура-3).

Стъпка 5: Фигура-3, Избрани библиотеки на компоненти за IR2104 и IRFN150N

Фигура-4 показва 3D изглед на печатната платка. 3D изгледът подобрява процедурата за проверка на платката и разположението на компонентите.

Стъпка 6: Фигура-4, 3D изглед на платката на драйвера на двигателя

[3] МонтажТака че нека конструираме и изградим веригата. Току-що използвах полу-домашна печатна платка, за да мога бързо да сглобя платката и да тествам веригата (фигура-5).

Стъпка 7: Фигура-5, първият прототип на дизайна (на полу-домашна печатна платка), изглед отгоре

След като прочетете тази статия, сте 100% сигурни за истинската работа на веригата. Затова поръчайте печатната платка на професионална компания за производство на печатни платки, като например PCBWay, и се забавлявайте с запояването и сглобената платка. Фигура-6 показва изглед отдолу на сглобената PCB платка. Както можете да видите, някои следи не са покрити напълно с маската за запояване. Причината е, че тези писти могат да носят значително количество ток, така че се нуждаят от допълнителна медна опора. Нормалната песенна платка не може да понася голямо количество ток и в крайна сметка ще се затопли и ще изгори. За да преодолеете това предизвикателство (с евтин метод), трябва да запоите дебела гола медна жица (фигура-7) върху непокритите зони. Този метод подобрява текущите възможности за предаване на пистата.

Стъпка 8: Фигура-6, изглед отдолу на прототипа на печатната платка, непокритите следи

Стъпка 9: Фигура-7, дебела гола медна жица

[4] Тест и измерване Предоставеният видеоклип в YouTube демонстрира действителен тест на дъската с DC мотор за чистачките на автомобила като товар. Предоставих PWM импулса с функционален генератор и изследвах импулсите по проводниците на двигателя. Линейната корелация на текущото потребление на товара с работния цикъл на ШИМ е показала.

[5] Сметка за материалите

Таблица 1 показва сметката на материалите.

Стъпка 10: Таблица-1, Сметка

Референции [1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]:

[6]: Източник (Gerber Изтегляне/Поръчване на печатната платка)