DC -motordrivrutin med Power Mosfets [PWM -kontrollerad, 30A halvbro]: 10 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

Huvudkälla (Ladda ner Gerber/beställ PCB):

Steg 1:

Likströmsmotorer finns överallt, från hobbyapplikationer till robotik och industriområden. Därför finns det stor användning och efterfrågan på lämpliga och kraftfulla DC -motordrivrutiner. I den här artikeln kommer vi att lära oss att bygga en. Du kan styra den med en mikrokontroller, en Arduino, en Raspberry Pi eller till och med ett fristående PWM -generatorchip. Genom att använda en korrekt kylfläns och kylmetoder kan denna krets hantera strömmar upp till 30A.

[1]: Kretsanalys Hjärtat i kretsen är ett IR2104 MOSFET -drivrutinschip [1]. Det är en populär och tillämplig MOSFET -drivrutins -IC. Det schematiska diagrammet över kretsen som visas i figur 1.

Steg 2: Figur-1, det schematiska diagrammet över den kraftfulla likströmsmotordrivrutinen

Steg 3:

Enligt IR2104-databladet [1]:”IR2104 (S) är högspännings-, höghastighets-MOSFET- och IGBT-drivrutiner med beroende utgångskanaler med höga och låga sidor. Proprietär HVIC och låsimmun CMOS -teknik möjliggör robust monolitisk konstruktion. Logikingången är kompatibel med standard CMOS- eller LSTTL -utgång, ner till 3,3V logik. Utmatningsdrivrutinerna har ett buffertsteg med hög pulsström som är utformat för minsta drivkorsledning. Den flytande kanalen kan användas för att driva en N-kanal MOSFET eller IGBT i högkonfigurationen som fungerar från 10 till 600 volt.” IR2104 driver MOSFETs [2] i en halvbroskonfiguration. Det finns inga problem med den höga ingångskapacitansen för IRFP150 MOSFET: erna. Det är anledningen till att MOSFET -drivrutiner som IR2104 är användbara. Kondensatorerna C1 och C2 används för att minska motorns buller och EMI. Den högsta toleranta MOSFET -spänningen är 100V. Så jag använde minst 100V -kondensatorer. Om du är säker på att din lastspänning inte passerar ett tröskelvärde (till exempel en 12V likströmsmotor) kan du minska kondensatorns spänningar till exempelvis 25V och öka deras kapacitansvärden istället (till exempel 1000uF-25V). SD -stiftet har dragits ner med ett 4,7K motstånd. Då måste du tillämpa en logisk nivåspänning i denna status för att aktivera chippet. Du måste också injicera din PWM -puls till IN -stiftet.

[2]: kretskort

PCB-layouten för schemat visas i figur 2. Den är utformad på ett sätt för att minska bullret och övergående för att hjälpa enhetens stabilitet.

Steg 4: Figur 2, utformad PCB-layout för motordrivrutinsschemat

Jag hade inte PCB -fotavtrycket och schematiska symboler för komponenterna IR2104 [1] och IRFP150 [2]. Därför använder jag SamacSys -symbolerna [3] [4], istället för att slösa bort min tid och designa biblioteken från grunden. Du kan antingen använda "komponentsökmotorn" eller ett CAD -plugin. Eftersom jag använde Altium Designer för att rita schemat och PCB, använde jag direkt SamacSys Altium-plugin [5] (figur 3).

Steg 5: Figur 3, utvalda komponentbibliotek för IR2104 och IRFN150N

Figur 4 visar en 3D-vy av kretskortet. 3D -vyn förbättrar inspektionsproceduren för brädan och komponentplacering.

Steg 6: Figur-4, en 3D-vy av motordrivrutinens kretskort

[3] Montering Så låt oss konstruera och bygga kretsen. Jag använde precis ett halvhemmagjort kretskort för att snabbt kunna montera kortet och testa kretsen (figur-5).

Steg 7: Figur-5, designens första prototyp (på en halvhemmagjord kretskort), ovanifrån

Efter att ha läst den här artikeln är du 100% säker på hur kretsen fungerar. Beställ därför kretskortet till ett professionellt PCB -tillverkningsföretag, till exempel PCBWay, och ha kul med din lödning och monterade bräda. Figur 6 visar en vy underifrån av det monterade kretskortet. Som du kan se har vissa spår inte täckt helt med lödmasken. Anledningen är att dessa spår kan bära en betydande mängd ström, så de behöver extra kopparstöd. Ett normalt kretskort kan inte tåla en hög mängd ström och så småningom kommer det att värmas upp och brinna. För att övervinna denna utmaning (med en billig metod) måste du löda en tjock nakent koppartråd (figur 7) på de avtäckta områdena. Denna metod förbättrar spårets nuvarande överföringsförmåga.

Steg 8: Figur 6, en undersida av kretskortets prototyp, de otäckta spåren

Steg 9: Figur-7, en tjock bar koppartråd

[4] Test och mätning Den medföljande YouTube -videon visar ett verkligt test av brädan med en bils vindrutetorkare DC -motor som last. Jag har försett PWM -pulsen med en funktionsgenerator och undersökt pulserna på motorkablarna. Den linjära korrelationen mellan lastens strömförbrukning och PWM -driftscykeln har också visat.

[5] Materialförteckning

Tabell-1 visar materialförteckningen.

Steg 10: Tabell-1, fakturamaterial

Referenser [1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]:

[6]: Källa (Gerber Ladda ner/beställa kretskortet)