Controlador de motor de corrent continu que utilitza Mosfets de potència [controlat PWM, mig pont 30A]: 10 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Font principal (descarregueu Gerber / demaneu el PCB):

Pas 1:

Els motors de corrent continu són a tot arreu, des d’aplicacions de passatemps fins a robòtica i àrees industrials. Per tant, hi ha un ampli ús i sol·licitud de controladors de motor de corrent continu adequats i potents. En aquest article, aprendrem a construir-ne un. Podeu controlar-lo mitjançant un microcontrolador, un Arduino, un Raspberry Pi o fins i tot un xip generador PWM autònom. Utilitzant un dissipador de calor i mètodes de refrigeració adequats, aquest circuit pot gestionar corrents de fins a 30A.

[1]: Anàlisi de circuits El cor del circuit és un xip de controlador MOSFET IR2104 [1]. És un IC de controlador MOSFET popular i aplicable. El diagrama esquemàtic del circuit demostrat a la figura-1.

Pas 2: Figura 1, el diagrama esquemàtic del potent controlador de motor de CC

Pas 3:

Segons el full de dades IR2104 [1]: "Els IR2104 (S) són controladors MOSFET d'alta potència i alta velocitat MOSFET i IGBT amb canals de sortida dependents de banda alta i baixa. Les tecnologies HVIC propietàries i CMOS immunitzades per pestells permeten una construcció monolítica robust. L'entrada lògica és compatible amb la sortida estàndard CMOS o LSTTL, fins a una lògica de 3,3 V. Els controladors de sortida presenten una etapa de memòria intermèdia de gran impuls dissenyada per a una conducció creuada mínima del controlador. El canal flotant es pot utilitzar per conduir un MOSFET o IGBT de potència de canal N en la configuració lateral alta que opera de 10 a 600 volts. " L'IR2104 acciona els MOSFET [2] en una configuració de mig pont. No hi ha cap problema amb l’alta capacitat d’entrada dels MOSFET IRFP150. Aquesta és la raó per la qual els controladors MOSFET com l’IR2104 són útils. Els condensadors C1 i C2 s’utilitzen per reduir el soroll i l’EMI del motor. La tensió màxima tolerable dels MOSFET és de 100 V. Així que he utilitzat condensadors classificats com a mínim 100V. Si esteu segur que la vostra tensió de càrrega no supera un llindar (per exemple, un motor de 12 V CC), podeu reduir els voltatges dels condensadors a 25 V per exemple i augmentar-ne els valors de capacitat (per exemple, 1000uF-25V). El pin SD s'ha estirat amb una resistència de 4,7 K. A continuació, haureu d'aplicar un voltatge de nivell lògic d'estat estacionari a aquest pin per activar el xip. També heu d'injectar el pols PWM al pin IN.

[2]: placa PCB

El disseny de l’esquema de PCB es mostra a la figura-2. Està dissenyat de manera que redueixi el soroll i sigui transitori per ajudar a l'estabilitat del dispositiu.

Pas 4: Figura-2, Disseny de PCB dissenyat per a l'esquema del controlador de motor

No tenia la petjada del PCB ni els símbols esquemàtics dels components IR2104 [1] i IRFP150 [2]. Per tant, faig servir els símbols de SamacSys proporcionats [3] [4], en lloc de perdre el temps i dissenyar les biblioteques des de zero. Podeu utilitzar el "motor de cerca de components" o un connector CAD. Com que he utilitzat Altium Designer per dibuixar l’esquema i el PCB, he utilitzat directament el connector SamacSys Altium [5] (figura-3).

Pas 5: Figura-3, biblioteques de components seleccionats per a l'IR2104 i l'IRFN150N

La Figura-4 mostra una vista 3D de la placa PCB. La vista 3D millora el procediment d’inspecció de la placa i la col·locació dels components.

Pas 6: Figura 4, una vista en 3D de la placa PCB del controlador del motor

[3] Assembly: Construïm i construïm el circuit. Acabo d’utilitzar una placa PCB semi-casolana per poder muntar la placa ràpidament i provar el circuit (figura-5).

Pas 7: Figura 5, el primer prototipus del disseny (en un PCB semi-casolà), vista superior

Després de llegir aquest article, esteu 100% segur del funcionament real del circuit. Per tant, demaneu el PCB a una empresa professional de fabricació de PCB, com PCBWay, i divertiu-vos amb la vostra placa de soldadura i muntada. La Figura-6 mostra una vista inferior de la placa PCB muntada. Com podeu veure, algunes pistes no s'han cobert completament amb la màscara de soldar. El motiu és que aquestes pistes poden transportar una quantitat important de corrent, de manera que necessiten suport de coure addicional. Una pista normal de PCB no pot tolerar una gran quantitat de corrent i, finalment, s’escalfarà i es cremarà. Per superar aquest repte (amb un mètode econòmic), heu de soldar un fil de coure espès i nu (figura-7) a les zones descobertes. Aquest mètode millora la capacitat de transmissió actual de la pista.

Pas 8: Figura 6, una vista inferior del prototip de placa PCB, les pistes descobertes

Pas 9: Figura 7, un filferro de coure nu i gruixut

[4] Prova i mesura El vídeo de YouTube proporcionat mostra una prova real de la placa amb el motor de corrent continu del netejador de parabrisa d’un cotxe com a càrrega. He proporcionat el pols PWM amb un generador de funcions i he examinat els impulsos dels cables del motor. A més, s’ha demostrat la correlació lineal del consum actual de la càrrega amb el cicle de treball PWM.

[5] Declaració de materials

La taula 1 mostra la llista de materials.

Pas 10: taula 1, llista de materials del circuit

Referències [1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]:

[6]: font (descàrrega / comanda del PCB de Gerber)