Направи си сам високотоков мотор драйвер (h-мост): 5 стъпки

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

Проектът е за надграждане на двигателите и електрониката в този детски квадроцикъл Power Wheels. планирахме да надстроим до 24v система с 2 нови четени мотора traxxis 775, след като проучихме наличните в търговската мрежа платки за драйвери на двигатели и установихме, че повечето от тях са или доста слаби (вижте включената снимка за сравнение), или по -скоро скъпи, реших да проектирам просто решение на базата на Arduino.

Минимум 24v

двупосочно управление на двигателя

ШИМ контрол

мащабируем висок ток (100AMP)

минимални компоненти

5v стъпка надолу за логика

усещане за напрежение на батерията

adruino nano контролер

достъп до входове за специфични цели (дроселна клапа [включително горната и долната част], посока, разрешаване, 1 допълнително)

достъп до неизползвани щифтове за изходи (изведен)

очевидното решение е да се използва MOSFET базирана H-мостова верига

Ще ви покажа как съм проектирал и изградил моя високотоков драйвер за H-мост

Стъпка 1: Намерете IC на драйвер за H-мост

IC-драйверът на H-моста е чипът между изходите на Arduino и MOSFET. тази IC приема ВИСОКИ/НИСКИ сигнали от Arduino и извежда същия усилващ сигнал за задвижване на MOSFET портите, по -специално най -важната му функция е да повиши напрежението до високите странични стъпки над VCC (батерия + вход), което позволява използването на всички N-MOSFETs някои шофьори също имат специални схеми за предотвратяване на стрелба (когато 2 подвига създават директно късо съединение към земята, унищожавайки подвиговете.) В крайна сметка се спрях на NXP MC33883 Full H-bridge драйвер ICизбран, защото-включва 2 полумоста (така че изисквам само 1 IC)-вградена помпа с висок страничен заряд-изисква само 7 допълнителни компонента (включително защитна верига)-работи с вход 5.5-60V (с блокиране под и над волта) -1 ампер пиков задвижващ ток

негативи за съжаление няма защита от изстрелване (така че трябва да се направи в софтуер и да се тества с текущо ограничено захранване) изисква 5 входни сигнала, по-скъпи по 8,44 долара всеки на Mouser: //nz.mouser.com/datasheet/2/302/MC33883-1126…

имайки предвид този чип, сега можем да проектираме нашата верига около него

Стъпка 2: Дизайн на верига

ще използваме онлайн инструмент EASYEDA (easyeda.com) за проектиране на веригата (не е свързана, но инструментът работи добре и лесно поръчване на печатни платки чрез JLCPCB.com) От листа с данни за драйвера MC33883 можем да намерим схемата на приложението (с външен защитна верига) ще копираме тази верига, тъй като няма нужда да преоткриваме колелото тук, просто използвайте препоръчаното оформление и препоръчителните стойности на кондензатора, ще добавим 18v ценерови диоди и кондензатори, за да ограничим напрежението на източника на порта под типичния MOSFET 20v макс. Vgs

Единствената разлика, която ще добавим към веригата, е незадължителните паралелни MOSFET, за да се увеличат текущите възможности, за да направим това, просто трябва да се уверим, че имаме резистор на портата на всеки FET. с паралелни FETs този резистор помага за балансиране на натоварването и превключващите характеристики на паралелната двойка (проучете повече за високо натоварване, за да избегнете проблеми)

Трябва да се вземат решения..макс напрежение? Работя на 24v, така че мога да свържа VCC и VCC2 на моя чип mc33883 (границата на vcc2 е 28v, но бих могъл да имам отделно захранване и да имам максимално VCC напрежение от 60v) Как да захранвам Arduino? Отидох с малък регулатор за превключване 5v 500mA, който е предварително вграден на печатна платка с 3 пина, който работи между 6.5-36v перфектно!. добавете защитен диод за полярност, входни и изходни кондензатори. Свършен.

Искам да мога да получа напрежението на батерията и да се изключи, когато е ниско, така че разделителят на напрежението да ограничи напрежението до моите щифтове Arduino. 8 резисторни подложки 2 паралелни и 4 серии сериали като този +== | ==- това би трябвало да означава, че лесно мога да го конфигурирам по различен начин, без да има конкретни стойности Разберете какви изходи се нуждаем от Arduino към драйвера, от които се нуждаем 2 PWM за високите странични FETs и 2 цифрови (или pwm) за ниските странични FETs и също така се нуждаем от 1 разрешаваща линия за драйвера, която бихте могли да харесате с някаква логика на NAND порта (и може би със закъснение) за хардуерна защита чрез защита, ако имате нужда от нея.

Входове Избрах да използвам всички аналогови входове за дроселна клапа, активиране, посока и подрязване главно, за да се уверя, че са налични и разбити, всички имат подложки за издърпващи се резистори и наличен 5v щифт и входовете работят като активни, когато са високи. линията беше активна ниска и дроселът беше заседнал, ако 5v проводникът беше прекъснат, двигателите ще работят непрекъснато)

Изходи Включих 5 -пинов +заземен изходен заглавие за LED индикатор на батерията/ достъп до щифтовете (останалите цифрови пинове). Включен е и заглавие за последния оставащ PWM щифт (бележка за PWM избрах да поставя високи странични подложки, ниски странични стъпки и PWM изход всеки на отделни канали на таймера на Arduino, това би трябвало да ми позволи да играя с таймерите по различен начин и т.н. и т.н.)

Стъпка 3: Избор на компонент

за тази платка, реших да отида с компоненти за повърхностно монтиране, запояване smd не е твърде трудно, ако избирате разумно устройствата си. Компонентите с размер 0805 за резистори и кондензатори са доста прости за запояване без помощта на микроскоп и за работа са необходими само пинсети.

някои казват, че 0603 не е чак толкова лошо, но започва да натиска границата.

стъклопакети, които ми се сториха малко трудни за маневриране

Списък на компонентите от захранване до драйвер до цифров (какво използвах)

8x TO220 N-ch MOSFET 60V 80A IPP057N06N3 G4x 1N5401-G захранващ диод с общо предназначение 100v 3A (200A пик) (това е погрешно, трябваше да използвам диодите на Шотки вижте как вървят) 8x 0805 50ohm резистор 2x 0805 10ohm резистор 2x 0805 10nF 50V (защитна верига)

2x 18v ценеров диод 0.5W ZMM5248B (защитна верига) 1x nxp MC33883 драйвер за порта на H-мост 1x 0805 33nF 50V керамичен кондензатор (за драйвер)

2x 0805 470nF 50V керамичен кондензатор (за водача)

1x общ защитен диод за полярност през отвора (вече го има) 1x 3pin dc/dc преобразувател max 36vin 5v out VXO7805-500

3x smd 10uF 50V 5x5.3mm електролитен кондензатор 3x 0805 1uF 50V керамичен кондензатор (5v логически схеми)

9x 0805 10k резистор (издърпвания и разделител на напрежение, конфигурирани да правят 15k) 4x 0803 3k резистор (конфигуриран сериен паралелен, за да остане 3k.. отпадък, който знам) 2x 10k потенциометри за подстригване на отворите 1 x Arduino, наноразмерни хедери, радиатори, други елементи като превключватели, потенциометър и др

Поръчах частите си от mouser.com и поръчах повечето части на партиди от 10 и добавих няколко други части на общо 60 nz $, за да получа безплатна доставка до Нова Зеландия (спестяване от ~ nz $ 30)

Обща цена на компонента за изграждане около 23 щ.д.

Стъпка 4: ДИЗАЙН на печатни платки

Сега сме избрали компонентите и се надяваме да ги имаме по пътя, за да можем да потвърдим пакетите с компоненти в схемата и да започнем да оформяме нашата платка. PCB оформлението е форма на изкуство и няма да се опитвам да го преподавам. Опитайте youtube за това. Това, което мога да направя, е да посоча грешките си на тази дъска

Поставих моите MOSFET хоризонтални, проектирах H-моста си да работи с моето планирано решение за радиатор и в резултат на това имам следи от захранване, които са значително по-тесни, отколкото бих искал да бъдат. Компенсирах, като удвоих следите до долната страна на платката и премахнах маската на спойката, за да мога да добавя спойка, за да увелича захранването на тока. Реших да използвам големи подложки 10x10 mm за насочване на кабели за запояване за +v -v мотор A и motorB връзки, а не винтови клеми и т.н. тези подложки. животът би бил по -лесен, ако бях поставил тези подложки от противоположната страна на дъската спрямо радиаторите

Трябваше да увелича размера на виасите за диодите на свободен ход през отворите. в резултат на това те вече са монтирани на повърхността (обърнете внимание на вашите размери на опаковката

конвертирайте вашия дизайн във файл Gerber и го изпратете на любимия си производител на печатни платки, мога да препоръчам JLCPCB, те ми свършиха добра работа и на разумни цени

Стъпка 5: Сглобяване и тестване на дъската

Сега имате своите части и печатни платки, време е за сглобяване и запояване на може би час или 2

първо проверете дали имате всички части и дали вашата печатна платка е в добро състояние, съберете заедно инструментите си. основи ще ви трябват поялник спойка тенджера спойка фитил и / или спойка смукач нарязани клещи

както казах, частите 0805 не са твърде трудни за стартиране с най -малките компоненти, първо резистори, капачки, диоди, след което IC инсталирате Arduino директно или с заглавки за подвижност, инсталирайте заглавките

ИЗПИТВАЙТЕ ДЪСКАТА ЗА КРАТКИ ЕЛЕМЕНТИ

сега заредете мигаща скица към Arduino и изключете USB и захранвайте платката от батерия или захранване, за да сте сигурни, че секцията на регулатора работи правилно, инсталирайте MOSFET последно

ИЗПИТВАЙТЕ ДЪСКАТА ЗА КРАТКИ ЕЛЕМЕНТИ

качете софтуер за драйвери и захранвайте платката от текущо ограничено захранване, кажете, че 100mA трябва да е достатъчно, ние искаме да осигурим H-моста във всички щати, за да гарантираме, че няма случай на пробив. вероятно ще се изключи поради ниско напрежение

дъската ви вече е готова за управление на мотор или 2