DIY High Current Motor Driver (h-bridge): 5 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Cílem projektu je modernizace motorů a elektroniky v této čtyřkolce Power Wheels pro děti. naplánovali jsme upgrade na 24v systém se 2 novými kartáčovanými motory traxxis 775 poté, co jsme prozkoumali komerčně dostupné desky ovladačů motorů a zjistili jsme, že většina z nich byla buď slabá (viz přiložená srovnávací fotografie), nebo spíše drahá, rozhodl jsem se navrhnout jednoduché řešení založené na Arduinu.

Minimálně 24v

obousměrné ovládání motoru

PWM ovládání

škálovatelný vysoký proud schopný (100AMP)

minimální komponenty

5v stepdown pro logiku

smysl pro napětí baterie

nano ovladač adruino

přístup ke vstupům pro konkrétní použití (plyn [včetně horního a dolního trimu], směr, povolení, 1 extra)

přístup k nepoužitým pinům pro výstupy (výstup)

zřejmým řešením je použít obvod H-můstku na bázi mosfetu

ukážu vám, jak jsem navrhl a postavil svůj vysoce proudový ovladač H-můstku

Krok 1: Najděte IC ovladače H-bridge

IC ovladače H-bridge je čip mezi výstupy Arduino a MOSFET. tento IC odebírá signály VYSOKÉ/NÍZKÉ z Arduina a vydává stejný zesílený signál pro pohon bran MOSFET, konkrétně jeho nejdůležitější funkcí je zvýšit napětí na vysoké boční fety nad VCC (baterie + vstup), což umožňuje použití všech N-MOSFETy některé ovladače mají také speciální obvody, které zabraňují přestřelení (když 2 fety vytvoří přímý zkrat k zemi a zničí fet.) Nakonec jsem se usadil na NXP MC33883 Full H-bridge driver ICchosen, protože-obsahuje 2 poloviční mosty (takže vyžaduji pouze 1 IC)-vestavěné vysokonapěťové nabíjecí čerpadlo-vyžaduje pouze 7 dalších komponent (včetně ochranného obvodu)-pracuje se vstupem 5,5-60 V (s blokováním pod a nad voltem) -1amp špičkový proud pohonu

negativy bohužel nemají ochranu proti střílení (takže musí být provedeno v softwaru a testováno s aktuálním omezeným napájecím zdrojem) vyžaduje 5 vstupních signálů, které jsou drahé na 8,44 $ každý na myši https://nz.mouser.com/ProductDetail/NXP-Freescale/…datasheet

s ohledem na tento čip můžeme nyní navrhnout náš obvod kolem něj

Krok 2: Návrh obvodu

k návrhu obvodu použijeme online nástroj EASYEDA (easyeda.com) (není přidružen, ale nástroj funguje v pořádku a snadné objednávání DPS přes JLCPCB.com) Z datového listu ovladače MC33883 můžeme najít schéma aplikace (s externím ochranný obvod) zkopírujeme tento obvod, protože zde nemusíme znovu objevovat kolo, stačí použít doporučené rozložení a doporučené hodnoty kondenzátoru, přidáme 18v zenerovy diody a kondenzátory k omezení napětí zdroje brány pod typický MOSFET 20v max. vg

Jediným rozdílem, který přidáme do obvodu, jsou volitelné paralelní MOSFETy ke zvýšení proudových schopností, abychom to udělali, stačí zajistit, abychom měli odpor na hradle každého FET. s paralelními FET tento odpor pomáhá vyvážit zátěžové a spínací charakteristiky paralelního páru (více zkoumejte vysoké zatížení, abyste se vyhnuli problémům)

Je třeba učinit rozhodnutí..max napětí? Používám 24v, takže mohu spojit VCC a VCC2 mého čipu mc33883 dohromady (limit na vcc2 je 28v, ale mohl bych mít oddělené napájení a maximální napětí VCC 60v) Jak napájet Arduino? Šel jsem s malým spínacím regulátorem 5v 500mA, který je dodáván předinstalovaný na desce s 3 piny, která funguje mezi 6,5-36v perfektně!. Https://nz.mouser.com/ProductDetail/490-VXO7805-50… přidat diodu ochrany polarity, vstupní a výstupní kondenzátory. Hotovo.

Chci být schopen dostat napětí baterie a vypnout, když je nízká, takže dělič napětí omezující napětí na mých pinech Arduino. 8 odporových padů 2 paralelních a 4 série volných jako toto +== | ==- to by mělo znamenat, že to mohu snadno konfigurovat jinak, aniž bych měl konkrétní hodnoty Zjistěte, jaké výstupy potřebujeme od Arduina k ovladači potřebujeme 2 PWM pro high side FET a 2 digitální (nebo pwm) pro nízkoúrovňové FET a potřebujeme také 1 aktivační linku pro ovladač, kterou si můžete oblíbit s nějakou logikou brány NAND (a možná se zpožděním) pro hardwarové střílení přes ochranu, pokud ji potřebujete.

Vstupy Rozhodl jsem se použít všechny analogové vstupy pro škrticí klapku, povolení, směr a oříznutí hlavně proto, abych zajistil, že budou k dispozici a rozbité, všechny mají pady pro pulldown odpory a 5v pin k dispozici a vstupy fungují jako aktivní, když jsou vysoké. linka byla aktivní nízko a plyn se zasekl, pokud byl přerušen vodič 5 V, motory by běžely nepřetržitě)

Výstupy Zahrnul jsem 5pin +pozemní výstupní konektor pro LED indikátor baterie/ přístup k pinům (zbývající digitální piny) také zahrnut je záhlaví pro poslední zbývající pin PWM (poznámka k PWM jsem se rozhodl dát high side fets, low side fets a Výstup PWM každý na samostatných časovacích kanálech Arduina, to by mi umožnilo hrát s časovači odlišně atd. Atd.)

Krok 3: Výběr součásti

pro tuto desku jsem se rozhodl jít hlavně na komponenty pro povrchovou montáž pájení smd není příliš obtížné, pokud zvolíte svá zařízení moudře. Součásti velikosti 805 pro rezistory a kondenzátory jsou docela snadné na pájení bez pomoci mikroskopu a pro manipulaci jsou zapotřebí pouze pinzety.

někteří lidé říkají, že 0603 není tak špatný, ale začíná překračovat limit.

skleněné zenery mi přišly trochu složité na manévrování

Seznam komponent od napájení přes ovladač po digitální (co jsem použil)

8x TO220 N-ch mosfety 60V 80A IPP057N06N3 G4x 1N5401-G výkonová dioda pro všeobecné použití 100v 3A (vrchol 200A) (tyto jsou špatné, měl jsem použít diody Schottky, podívejte se, jak jdou) 8x 0805 50ohm rezistor2x 0805 10ohm rezistor2x 0805 10nF 50 (ochranný obvod)

2x 18v zenerova dioda 0,5W ZMM5248B (ochranný obvod) 1x nxp MC33883 Ovladač brány H-bridge 1 x 0805 33nF 50V keramický kondenzátor (pro ovladač)

2x 0805 470nF 50V keramický kondenzátor (pro driver)

1x obecná dioda ochrany polarity skrz díru (již ji měla) 1x 3pin DC/DC převodník max. 36vin 5V výstup VXO7805-500

3x smd 10uF 50V 5x5,3mm elektrolytický kondenzátor 3x 0805 1uF 50V keramický kondenzátor (logické obvody 5v)

9x 0805 10k rezistor (pulldowny a dělič napětí nakonfigurován tak, aby 15k) 4x 0803 3k rezistor (nakonfigurovaný paralelně, aby zůstal 3k.. odpad, který znám) 2x 10k potenciometry trimru s průchozím otvorem potenciometr atd

Objednal jsem si své díly z mouser.com a většinu dílů jsem objednal po deseti kusech a přidal jsem několik dalších dílů k celkové částce 60 USD, abych získal dopravu zdarma na Nový Zéland (úspora ~ 30 USD)

Celkové náklady na stavbu asi 23 USD +(cokoli, co si koupíte navíc, abyste získali lepší nabídku KOUPIT HROMADNĚ) +pcb

Krok 4: NÁVRH DPS

Nyní jsme vybrali komponenty a doufejme, že je budeme mít na cestě, abychom mohli schematicky potvrdit balíčky komponent a začít rozkládat naše rozložení boardPCB je umělecká forma a nechystám se to naučit. Zkuste to na youtube. Co mohu udělat, je poukázat na své chyby na této desce

Umístil jsem své mosfety vodorovně, navrhl jsem svůj H-můstek tak, aby fungoval s mým plánovaným řešením chladiče, a v důsledku toho mám stopy napájení, které jsou výrazně užší, než bych chtěl. Vykompenzoval jsem to zdvojnásobením stop na spodní stranu desky a odstraněním pájecí masky, abych mohl přidat pájku, abych zvýšil proudové připojení napájení. Rozhodl jsem se použít velké 10x10mm podložky k nasměrování pájecích kabelů pro připojení +v -v motorA a motorB místo šroubových svorek atd. (Uvědomuji si, že budu potřebovat mechanické odlehčení tahu), ale kvůli mým velkým chladičům bude obtížné kabely pájet tyto podložky. život by byl jednodušší, kdybych tyto podložky umístil na opačné straně desky než chladiče

Měl jsem zvětšit velikost průchodek pro volnoběžné diody s průchozím otvorem. v důsledku toho jsou nyní namontovány na povrch (dávejte pozor na velikosti balení

převeďte svůj design do souboru Gerber a pošlete jej svému oblíbenému výrobci desek plošných spojů. Mohu doporučit JLCPCB, udělali pro mě dobrou práci a za rozumnou cenu

Krok 5: Sestavte a VYZKOUŠEJTE DESKU

Nyní máte své součásti a desky plošných spojů na čase sestavit a pájet třeba hodinu nebo 2

nejprve zkontrolujte, zda máte všechny součásti a zda je deska plošných spojů v dobrém stavu, shromážděte své nástroje. v zásadě budete potřebovat páječku, páječku, pájecí knot a nebo pájku.

jak jsem řekl, díly 0805 nejsou příliš těžké začít s nejmenšími součástkami, prvními rezistory, čepičkami, diodami, poté integrovat integrovaný obvod Arduino buď přímo, nebo s odnímatelnými hlavičkami nainstalovat záhlaví

VYZKOUŠEJTE DESKU PRO KRÁTKÉ OBVODY

nyní načtěte skicu mrknutím do Arduina a odpojte USB a napájejte desku z baterie nebo napájecího zdroje, abyste se ujistili, že sekce regulátoru funguje správně, nainstalujte mosfety jako poslední

VYZKOUŠEJTE DESKU PRO KRÁTKÉ OBVODY

nahrajte software ovladače a napájejte desku z omezeného proudu, řekněme 100mA by mělo stačit se pravděpodobně vypne kvůli nízkému napětí

vaše deska je nyní připravena k pohonu motoru nebo 2