Ovladač stejnosměrného motoru využívající výkonové mosfety [řízeno PWM, 30A poloviční můstek]: 10 kroků

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-13 06:57

Hlavní zdroj (Stáhnout Gerber/Objednat desku plošných spojů):

Krok 1:

Stejnosměrné motory jsou všude, od hobby aplikací po robotiku a průmyslové oblasti. Proto existuje široké použití a poptávka po vhodných a výkonných ovladačích stejnosměrných motorů. V tomto článku se naučíme jeden stavět. Můžete jej ovládat pomocí mikrokontroléru, Arduina, Raspberry Pi nebo dokonce samostatného čipu generátoru PWM. Použitím správných metod chladiče a chlazení zvládne tento obvod proudy až 30A.

[1]: Analýza obvodu Srdcem obvodu je čip ovladače IR2104 MOSFET [1]. Je to populární a použitelný IC ovladač MOSFET. Schematický diagram obvodu ukázaný na obrázku-1.

Krok 2: Obrázek-1, schematický diagram výkonného ovladače stejnosměrného motoru

Krok 3:

Podle datového listu IR2104 [1]: „IR2104 (S) jsou vysokonapěťové, vysokorychlostní ovladače MOSFET a IGBT se závislými vysokými a nízkými bočními referenčními výstupními kanály. Proprietární technologie HVIC a západkové imunní CMOS umožňují robustní monolitickou konstrukci. Logický vstup je kompatibilní se standardním výstupem CMOS nebo LSTTL, až do logiky 3,3 V. Výstupní měniče jsou vybaveny vyrovnávací fází s vysokým pulzním proudem navrženou pro minimální křížové vedení budiče. Plovoucí kanál lze použít k pohonu N-kanálového napájecího MOSFETu nebo IGBT v konfiguraci s vysokým výkonem, která pracuje od 10 do 600 voltů. “IR2104 pohání MOSFETy [2] v konfiguraci polovičního můstku. S vysokou vstupní kapacitou MOSFETů IRFP150 není žádný problém. To je důvod, proč jsou ovladače MOSFET jako IR2104 užitečné. Kondenzátory C1 a C2 se používají ke snížení hluku a EMI motoru. Maximální přípustné napětí MOSFETů je 100V. Použil jsem tedy alespoň 100V kondenzátory. Pokud jste si jisti, že napětí vaší zátěže nepřekračuje prahovou hodnotu (například motor 12 V DC), můžete například snížit napětí kondenzátorů na 25 V a místo toho zvýšit jejich hodnoty kapacity (například 1 000 uF-25 V). Kolík SD stáhl dolů odporem 4,7K. Poté musíte na tento pin použít napětí logické úrovně v ustáleném stavu, aby se čip aktivoval. Musíte také vstříknout svůj PWM puls na IN pin.

[2]: Deska plošných spojů

Schéma rozvržení desky plošných spojů je znázorněno na obrázku 2. Je navržen tak, aby snižoval hluk a přechodové jevy, což napomáhá stabilitě zařízení.

Krok 4: Obrázek-2, navržené rozvržení desky plošných spojů pro schéma ovladače motoru

Neměl jsem stopu PCB a schematické symboly komponent IR2104 [1] a IRFP150 [2]. Proto používám symboly poskytnuté společností SamacSys [3] [4], místo abych plýtval časem a navrhoval knihovny úplně od začátku. Můžete použít buď „vyhledávač komponent“, nebo CAD plugin. Protože jsem použil Altium Designer k nakreslení schématu a DPS, použil jsem přímo plugin SamacSys Altium [5] (obrázek-3).

Krok 5: Obrázek-3, vybrané knihovny komponent pro IR2104 a IRFN150N

Obrázek 4 ukazuje 3D pohled na desku plošných spojů. 3D pohled zlepšuje postup kontroly umístění desky a komponent.

Krok 6: Obrázek-4, 3D pohled na desku plošných spojů ovladače motoru

[3] Assembly Pojďme tedy postavit a postavit obvod. Právě jsem použil polodomácí desku plošných spojů, abych mohl desku rychle sestavit a otestovat obvod (obrázek-5).

Krok 7: Obrázek-5, první prototyp návrhu (na polodomácí desce plošných spojů), pohled shora

Po přečtení tohoto článku jste si 100% jisti skutečným fungováním obvodu. Objednejte si proto desku plošných spojů u profesionální společnosti vyrábějící desky plošných spojů, jako je PCBWay, a užijte si zábavu s pájením a montáží desek. Obrázek 6 ukazuje pohled zespodu na sestavenou desku plošných spojů. Jak vidíte, některé stopy nejsou zcela pokryty pájecí maskou. Důvodem je, že tyto dráhy mohou přenášet značné množství proudu, takže potřebují další měděnou podporu. Normální dráha desky plošných spojů nemůže tolerovat velké množství proudu a nakonec se zahřeje a spálí. Abyste tuto výzvu překonali (levnou metodou), musíte na nekryté oblasti připájet silný holý měděný drát (obrázek 7). Tato metoda zlepšuje aktuální přenosovou schopnost trati.

Krok 8: Obrázek-6, spodní pohled na prototyp desky plošných spojů, odkryté stopy

Krok 9: Obrázek 7, tlustý holý měděný drát

[4] Test a měření Poskytnuté video z YouTube demonstruje skutečný test desky se stejnosměrným motorem stěrače čelního skla jako zátěží. Poskytl jsem impulsu PWM funkční generátor a prozkoumal impulsy na vodičích motoru. Rovněž prokázala lineární korelace aktuální spotřeby zátěže s pracovním cyklem PWM.

[5] Kusovník

Tabulka 1 ukazuje kusovník.

Krok 10: Tabulka-1, kusovník materiálů

Reference [1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]:

[6]: Zdroj (Gerber Stažení/Objednání DPS)