Controlador de motor de corrent elevat de bricolatge (pont h): 5 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

El projecte consisteix a actualitzar els motors i l’electrònica d’aquesta quadricicleta infantil Power Wheels, desconcertat amb el rendiment d’aquest mini-quad de 12V. Teníem previst actualitzar a un sistema de 24 V amb 2 motors raspallats Traxxis 775 nous després d’investigar les plaques de controladors de motor disponibles al comerç i trobar que la majoria eren una mica esgarrifoses (vegeu la foto de comparació inclosa) o més aviat costoses, vaig decidir dissenyar una solució senzilla basada en Arduino.

24v mínim

control motor bidireccional

Control PWM

capaç de corrent alt escalable (100 AMP)

components mínims

Descens de 5v per a la lògica

sentit del voltatge de la bateria

controlador nano adruino

accés a entrades per a usos específics (accelerador [inclosos els ajustaments superior i inferior], direcció, habilitació, 1extra)

accés a pins no utilitzats per a les sortides (led out)

la solució òbvia és utilitzar el circuit de pont H basat en mosfet

Us mostraré com he dissenyat i construït el meu controlador de pont H d'alta intensitat

Pas 1: cerqueu un IC de controlador de pont H

el controlador IC del pont H és el xip entre les sortides Arduino i MOSFET. aquest CI pren senyals ALT / BAIX des de l’Arduino i emet el mateix senyal augmentat per accionar les portes del MOSFET, concretament la seva funció més important és augmentar el voltatge als feixos laterals superiors a VCC (bateria + entrada) permetent l’ús de tots N-MOSFET, alguns conductors també tenen circuits especials per evitar el disparament (quan 2 fets creen un curtcircuit directe a terra destruint els fets), finalment em vaig instal·lar al controlador de pont complet H NXP MC33883 ICchosen perquè inclou dos mitges ponts (per tant, només necessito 1 IC): la bomba de càrrega lateral alta incorporada només requereix 7 components addicionals (incloent el circuit de protecció): funciona amb entrada de 5,5-60 V (amb bloqueig de voltatge inferior o superior) -1 intensitat màxima de transmissió

negativament, malauradament, no disposa de protecció contra disparos (per tant, s’ha de fer en programari i provar-la amb una font d’alimentació limitada actual) requereix 5 senyals d’entrada bastant cars a 8,44 dòlars cadascun a ratolí https://nz.mouser.com/ProductDetail/NXP-Freescale/…: //nz.mouser.com/dataheet/2/302/MC33883-1126…

tenint en compte aquest xip, ara podem dissenyar el nostre circuit al seu voltant

Pas 2: disseny de circuits

utilitzarem l'eina en línia EASYEDA (easyeda.com) per dissenyar el circuit (no afiliat, però l'eina funciona bé i és fàcil ordenar PCB a través de JLCPCB.com). circuit de protecció) copiarem aquest circuit ja que no cal reinventar la roda aquí, només cal utilitzar el disseny recomanat i els valors de condensador recomanats, afegirem els díodes i condensadors zener de 18v per tapar la tensió de la font de la porta per sota del típic MOSFET 20v Vgs màx

L’única diferència que afegirem al circuit són els MOSFET paral·lels opcionals per augmentar la capacitat actual per fer-ho, només hem d’assegurar-nos que tenim una resistència a la porta de cada FET. amb FET paral·lels, aquesta resistència ajuda a equilibrar la càrrega i les característiques de commutació del parell paral·lel (busqueu més informació sobre càrrega elevada per evitar problemes)

Decisions a prendre … tensió màxima? Estic funcionant 24v, així que puc lligar VCC i VCC2 del meu xip mc33883 (el límit de vcc2 és de 28v, però podria tenir un subministrament separat i tenir un voltatge VCC màxim de 60v) Com alimentar l'Arduino? Vaig anar amb un petit regulador de commutació de 5v 500mA que ve preconstruït en un PCB amb 3 pins que funciona entre 6,5-36v perfecte. afegiu un díode de protecció de polaritat, condensadors d’entrada i sortida. fet.

Vull poder obtenir la tensió de la bateria i apagar-la quan estigui baixa, de manera que un divisor de tensió limiti la tensió als meus pins Arduino. 8 coixinets de resistència 2 paral·lels i 4 sèries similars: = = | | == - això hauria de significar que el puc configurar fàcilment de manera diferent sense tenir valors específics Determineu quines sortides necessitem de l'Arduino al controlador necessitem 2 PWM per als FET de banda alta i 2 digitals (o pwm) per als FET de banda baixa i també necessitem una línia d’activació per al controlador que us pugui encantar amb algun tipus de lògica de porta NAND (i potser amb retard) per protegir el maquinari mitjançant protecció si ho necessiteu.

Les entrades que vaig escollir per utilitzar totes les entrades analògiques per a l’acceleració, habilitació, direcció i retallada principalment per assegurar-me que estiguessin disponibles i trencades, totes tenen coixinets per a resistències de desplaçament i un pin de 5 V disponibles i les entrades funcionen com a actives quan són altes. la línia estava activa baixa i l’accelerador estava bloquejat si el cable de 5 V es trencava, els motors funcionarien contínuament)

He inclòs una capçalera de sortida de terra de 5 pines + per a l’indicador de la bateria LED / accés als pins (restants pins digitals). També s’inclou una capçalera de l’últim pin PWM restant (una nota sobre PWM que he escollit posar fets laterals alts, fets laterals baixos i La sortida PWM cadascun en canals de temporitzador diferents de l’Arduino, això m’hauria de permetre jugar amb els temporitzadors de manera diferent, etc.)

Pas 3: Selecció de components

per a aquesta placa, vaig decidir anar principalment amb components de muntatge superficial que soldar smd no és massa difícil si escolliu els vostres dispositius amb intel·ligència. Els components de mida 8080 per a resistències i condensadors són bastant senzills de soldar sense l'ajut d'un microscopi i només es necessiten pinces per manipular.

algunes persones diuen que el 0603 no és massa dolent, però comença a superar el límit.

vidres zeners Em va semblar una mica difícil de maniobrar

Llista de components de l'alimentació al controlador fins al digital (el que he utilitzat)

8x TO220 N-ch mosfets 60V 80A IPP057N06N3 G4x 1N5401-G díode de potència general 100v 3A (pic 200A) (són incorrectes hauria d'haver utilitzat els díodes Schottky per veure com van) 8x 0805 50ohm resistència 2x 0805 10ohm resistència 2x 0805 10nF 50V (circuit de protecció)

2x díode zener de 18v 0,5 W ZMM5248B (circuit de protecció) 1x nxp MC33883 Controlador de porta H-bridge 1x 0805 33nF 50V condensador ceràmic (per a controlador)

Condensador ceràmic 2x 0805 470nF 50V (per a conductor)

1x díode de protecció contra la polaritat genèric (ja el tenia) 1x convertidor de 3 pines CC / CC màx.

Condensador electrolític 3x smd 10uF 50V 5x5,3mm 3x 0805 condensador ceràmic 1uF 50V (circuits lògics de 5v)

9x 0805 10k resistència (desplegables i divisor de tensió configurats per fer 15k) 4x 0803 3k resistència (sèrie configurada paral·lela a romandre 3k.. un residu que sé) 2x 10k potenciódors de retallador de forats 1x capçals nanovari Arduino, dissipadors de calor, altres elements com interruptors, potenciòmetre, etc.

Vaig demanar les meves peces a mouser.com i vaig demanar la majoria de peces en 10 i vaig afegir diverses altres peces a un total de 60 nz $ per obtenir l'enviament gratuït a Nova Zelanda (un estalvi de ~ nz 30 $)

Cost total de la construcció de més de 23 dòlars americans (el que compreu més per obtenir una millor oferta COMPRA A GRAN) + PCB

Pas 4: DISSENY DE PCB

Ara hem seleccionat els components i esperem que els tinguem en el camí perquè puguem confirmar els paquets de components a l’esquema i començar a dissenyar el nostre tauler. Proveu YouTube per això. El que puc fer és assenyalar els meus errors en aquest tauler

Vaig posar els meus mosquetons en horitzontal, vaig dissenyar el meu pont H per treballar amb la meva solució de dissipador de calor prevista i, com a resultat, tinc traces de potència que són significativament més estretes del que voldria. Vaig compensar duplicant els rastres a la part inferior del tauler i traient la màscara de soldadura per poder afegir soldadura per augmentar les connexions d'alimentació de maneig actuals. Vaig decidir utilitzar grans coixinets de 10x10 mm per dirigir cables de soldadura per a connexions de motor V + V A i motorB en comptes de terminals de cargol, etc. aquests coixinets. la vida seria més fàcil si hagués col·locat aquests coixinets del costat oposat del tauler als dissipadors de calor

Hauria d’haver augmentat la mida de les vies dels díodes de roda lliure forats passants. com a resultat, ara estan muntats a la superfície (fixeu-vos en les mides del vostre paquet

convertiu el vostre disseny a un fitxer Gerber i envieu-lo al vostre fabricant de PCB preferit. Puc recomanar a JLCPCB que van fer un bon treball per a mi i que tenien un preu raonable

Pas 5: Muntatge i PROVA DE LA JUNTA

Ara teniu les vostres peces i PCBs a l’hora de muntar i soldar potser una hora o dues

primer, comproveu que teniu totes les peces i que el vostre PCB estigui en bon estat. Reuneixi les vostres eines. bàsic, necessitareu soldar ferreta soldadora metxa soldadora o alicates de soldadura

com he dit, les parts 0805 no són massa difícils, comencen amb components més petits, primeres resistències, taps, diodesten, i després l'IC instal·la l'Arduino directament o amb capçaleres per treure-les, instal·la les capçaleres

PROVEU LA JUNTA DE CIRCUITS CURTS

ara carregueu l'esbós de parpelleig a l'Arduino i desconnecteu l'USB i alimenteu la placa d'una bateria o font d'alimentació per assegurar-vos que la secció del regulador funciona correctament.

PROVEU LA JUNTA DE CURCUTS CURTS

carregueu el programari del controlador i alimenteu la placa des d’un subministrament limitat actual, per exemple, haurien de ser 100 mA, volem assegurar el pont H en tots els estats per garantir que no hi hagi cap disparament. probablement s'apagarà a causa de la baixa tensió

ara la vostra placa està preparada per conduir un motor o 2