Tasavirtamoottorin ohjain Power Mosfetsin avulla [PWM -ohjattu, 30 A: n puolisilta]: 10 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Päälähde (Lataa Gerber/tilaa PCB):

Vaihe 1:

Tasavirtamoottoreita on kaikkialla harrasovelluksista robotiikkaan ja teollisuusalueisiin. Siksi sopivia ja tehokkaita tasavirtamoottoriajureita käytetään laajasti ja pyydetään. Tässä artikkelissa opimme rakentamaan sellaisen. Voit ohjata sitä mikrokontrollerilla, Arduinolla, Raspberry Pi: llä tai jopa itsenäisellä PWM -generaattorisirulla. Käyttämällä asianmukaisia jäähdytyselementtejä ja jäähdytysmenetelmiä tämä piiri pystyy käsittelemään jopa 30A virrat.

[1]: Piirien analyysi Piirin sydän on IR2104 MOSFET -ohjainsiru [1]. Se on suosittu ja sovellettava MOSFET -ohjaimen IC. Kuviossa 1 esitetyn piirin kaaviokuva.

Vaihe 2: Kuva 1, tehokkaan tasavirtamoottorin ohjaimen kaavio

Vaihe 3:

IR2104-tietolomakkeen [1] mukaan:”IR2104 (S) ovat suurjännite-, nopeatehoisia MOSFET- ja IGBT-ohjaimia, joilla on riippuvaiset korkean ja matalan puolen viitekanavat. Patentoidut HVIC- ja salpaimmuuni -CMOS -tekniikat mahdollistavat kestävän monoliittisen rakenteen. Logiikkatulo on yhteensopiva tavallisen CMOS- tai LSTTL -lähdön kanssa, jopa 3,3 V: n logiikkaan asti. Lähtöohjaimissa on korkea pulssivirtapuskurivaihe, joka on suunniteltu minimoimaan kuljettajan ristijohtuminen. Kelluvaa kanavaa voidaan käyttää N-kanavaisen MOSFET- tai IGBT-virtalähteen ohjaamiseen korkean sivun kokoonpanossa, joka toimii 10–600 voltin jännitteellä.” IR2104 ohjaa MOSFET-laitteita [2] puolisillan kokoonpanossa. IRFP150 MOSFET -laitteiden suuri tulokapasitanssi ei ole ongelma. Siksi MOSFET -ajurit, kuten IR2104, ovat hyödyllisiä. Kondensaattoreita C1 ja C2 käytetään vähentämään moottorin melua ja EMI: tä. Suurin sallittu MOSFET -jännite on 100 V. Joten käytin ainakin 100 V nimelliskondensaattoreita. Jos olet varma, että kuormitusjännite ei ylitä kynnystä (esimerkiksi 12 V: n tasavirtamoottori), voit pienentää kondensaattoreiden jännitteitä esimerkiksi 25 V: iin ja lisätä niiden kapasitanssiarvoja (esimerkiksi 1000uF-25 V). SD -nasta on vedetty alas 4,7K: n vastuksella. Sitten sinun on käytettävä vakaan tilan logiikkatason jännitettä tähän nastaan aktivoidaksesi sirun. Sinun on myös pistettävä PWM -pulssi IN -nastaan.

[2]: PCB -levy

Kuviossa 2 esitetyn kaavion piirilevyasettelu. Se on suunniteltu siten, että se vähentää kohinaa ja ohimenevää, mikä parantaa laitteen vakautta.

Vaihe 4: Kuva 2, suunniteltu piirilevyasettelu moottoriajurin kaavioon

Minulla ei ollut piirilevyn jalanjälkeä ja kaaviomaisia symboleja IR2104 [1] - ja IRFP150 [2] -komponenteista. Siksi käytän SamacSysin toimittamia symboleja [3] [4] sen sijaan, että tuhlaisin aikaani ja suunnittelin kirjastoja tyhjästä. Voit joko käyttää”komponenttihakukonetta” tai CAD -laajennusta. Koska piirsin kaavion ja piirilevyn Altium Designerilla, käytin suoraan SamacSys Altium -laajennusta [5] (kuva 3).

Vaihe 5: Kuva-3, IR2104: n ja IRFN150N: n valitut komponenttikirjastot

Kuva 4 esittää 3D-näkymän piirilevystä. 3D -näkymä parantaa levyn ja komponenttien sijoittelun tarkastusmenettelyä.

Vaihe 6: Kuva-4, 3D-näkymä moottorin ohjaimen piirilevystä

[3] Kokoonpano Joten rakennetaan ja rakennetaan piiri. Käytin juuri puolivalmistettua piirilevyä pystyäkseni nopeasti koota levyn ja testaamaan piirin (kuva-5).

Vaihe 7: Kuva-5, suunnittelun ensimmäinen prototyyppi (puolivalmistetulla piirilevyllä), ylhäältä katsottuna

Tämän artikkelin lukemisen jälkeen olet 100% varma piirin todellisesta toiminnasta. Tilaa siis piirilevy ammattimaiselle piirilevyjen valmistusyritykselle, kuten PCBWaylle, ja pidä hauskaa juotos- ja kootun levyn kanssa. Kuva 6 esittää alhaalta katsottuna koottua piirilevyä. Kuten näette, jotkut kappaleet eivät ole peittäneet kokonaan juotosmaskia. Syynä on, että nämä raidat voivat kuljettaa huomattavan määrän virtaa, joten ne tarvitsevat ylimääräistä kuparitukea. Normaali PCB -raita ei siedä suurta virtaa ja lopulta se lämpenee ja palaa. Voittaaksesi tämän haasteen (halvalla menetelmällä) sinun on juotettava paksu paljas kuparilanka (kuva-7) paljastamattomille alueille. Tämä menetelmä parantaa radan nykyistä lähetyskykyä.

Vaihe 8: Kuva-6, alhaalta näkyvä piirilevyn prototyyppi, paljastamattomat raidat

Vaihe 9: Kuva 7, paksu paljas kuparilanka

[4] Testi ja mittaus Mukana toimitettu YouTube -video osoittaa levyn todellisen testin auton tuulilasinpyyhkimen tasavirtamoottorilla kuormana. Olen toimittanut PWM -pulssille toimintogeneraattorin ja tutkinut moottorin johtojen pulssit. Myös kuorman virrankulutuksen lineaarinen korrelaatio PWM -käyttöjakson kanssa on osoittanut.

[5] Materiaalikirja

Taulukko 1 näyttää materiaaliluettelon.

Vaihe 10: Taulukko-1, Piirimateriaalit

Viitteet [1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]:

[6]: Lähde (Gerberin lataus/piirilevyn tilaaminen)