Ovládač jednosmerného motora používajúci výkonové mosfety [PWM riadené, 30A polovičný most]: 10 krokov

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-23 15:05

Hlavný zdroj (Stiahnite si Gerber/Objednajte si DPS):

Krok 1:

Jednosmerné motory sú všade, od hobby aplikácií až po robotiku a priemyselné oblasti. Preto existuje široké použitie a dopyt po vhodných a výkonných budičoch jednosmerných motorov. V tomto článku sa naučíme jeden postaviť. Môžete ho ovládať pomocou mikrokontroléra, Arduina, Raspberry Pi alebo dokonca samostatného čipu generátora PWM. Použitím správnych metód chladiča a chladenia tento obvod zvládne prúdy až 30A.

[1]: Analýza obvodov Srdcom obvodu je čip vodiča IR2104 MOSFET [1]. Je to populárny a použiteľný IC ovládača MOSFET. Schematický diagram obvodu znázornený na obrázku 1.

Krok 2: Obrázok 1, schematický diagram výkonného ovládača jednosmerného motora

Krok 3:

Podľa údajového listu IR2104 [1]: „IR2104 (S) sú vysokonapäťové, vysokorýchlostné meniče MOSFET a IGBT so závislými vysokými a nízkymi bočnými referenčnými výstupnými kanálmi. Proprietárne technológie HVIC a západkové imunitné CMOS umožňujú robustnú monolitickú konštrukciu. Logický vstup je kompatibilný so štandardným výstupom CMOS alebo LSTTL až do 3,3 V logiky. Výstupné budiče sú vybavené stupňom vyrovnávacej pamäte s vysokým impulzným prúdom navrhnutým pre minimálne krížové vedenie vodiča. Plávajúci kanál je možné použiť na pohon N-kanálového výkonového MOSFETu alebo IGBT v konfigurácii High Side, ktorá pracuje od 10 do 600 voltov. “IR2104 poháňa MOSFETy [2] v konfigurácii polovičného mostíka. S vysokou vstupnou kapacitou MOSFETov IRFP150 nie je žiadny problém. To je dôvod, prečo sú ovládače MOSFET ako IR2104 užitočné. Kondenzátory C1 a C2 sa používajú na zníženie hluku a EMI motora. Maximálne prípustné napätie MOSFET je 100V. Preto som použil najmenej 100V kondenzátory. Ak ste si istí, že napätie vašej záťaže neprekračuje prahovú hodnotu (napríklad 12 V DC motor), môžete napríklad znížiť napätie kondenzátorov na 25 V a naopak zvýšiť hodnoty ich kapacity (napríklad 1 000 uF-25 V). Kolík SD stiahol nadol s odporom 4,7 K. Potom musíte na tento pin aktivovať napätie logickej úrovne v ustálenom stave, aby sa čip aktivoval. Pulz PWM musíte vstreknúť aj do kolíka IN.

[2]: Doska plošných spojov

Schéma rozloženia DPS na obr. 2. Je navrhnutý tak, aby znižoval hluk a prechodné javy, a aby pomáhal stabilite zariadenia.

Krok 4: Obrázok-2, Navrhnuté rozloženie DPS pre schému ovládača motora

Nemal som stopu DPS a schematické symboly komponentov IR2104 [1] a IRFP150 [2]. Preto namiesto plytvania časom a navrhovaním knižníc od začiatku používam symboly poskytnuté spoločnosťou SamacSys [3] [4]. Môžete použiť buď „vyhľadávací nástroj komponentov“, alebo doplnok CAD. Pretože som na kreslenie schémy a DPS použil Altium Designer, priamo som použil doplnok SamacSys Altium [5] (obrázok-3).

Krok 5: Obrázok 3, vybrané knižnice komponentov pre IR2104 a IRFN150N

Obrázok 4 zobrazuje 3D pohľad na dosku plošných spojov. 3D zobrazenie zlepšuje postup kontroly umiestnenia dosky a komponentov.

Krok 6: Obrázok-4, 3D pohľad na dosku plošného spoja ovládača motora

[3] AssemblyPoďme teda zostrojiť a postaviť obvod. Práve som použil polodomácu dosku plošných spojov, aby som mohol rýchlo zostaviť dosku a otestovať obvod (obrázok-5).

Krok 7: Obrázok-5, prvý prototyp dizajnu (na polodomácom vyrobenom plošnom spoji), pohľad zhora

Po prečítaní tohto článku ste si 100% istí skutočnou činnosťou obvodu. Objednajte si preto DPS u profesionálnej spoločnosti na výrobu DPS, ako je PCBWay, a zabavte sa so spájkovaním a zostavovaním dosky. Obrázok 6 zobrazuje pohľad zdola na zostavenú dosku plošných spojov. Ako vidíte, niektoré stopy nie sú úplne pokryté spájkovacou maskou. Dôvodom je, že tieto trate môžu prenášať značné množstvo prúdu, takže vyžadujú dodatočnú medenú podporu. Bežná stopa plošných spojov nemôže tolerovať veľké množstvo prúdu a nakoniec sa zahreje a spáli. Na prekonanie tejto výzvy (lacnou metódou) musíte na nekryté oblasti spájkovať hrubý holý medený drôt (obrázok 7). Táto metóda zvyšuje aktuálnu prenosovú kapacitu trate.

Krok 8: Obrázok 6, pohľad zdola na prototyp dosky plošných spojov, odkryté stopy

Krok 9: Obrázok 7, hrubý holý medený drôt

[4] Test a meranie Poskytnuté video z YouTube demonštruje skutočný test dosky s jednosmerným motorom stierača čelného skla ako zaťaženia. Poskytol som impulzu PWM funkčný generátor a preskúmal som impulzy na vodičoch motora. Ukázala sa aj lineárna korelácia súčasnej spotreby záťaže s pracovným cyklom PWM.

[5] Kusovník

Tabuľka 1 zobrazuje kusovník.

Krok 10: Tabuľka 1, kusovník obvodových materiálov

Referencie [1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]:

[6]: Zdroj (Gerber na stiahnutie/objednanie DPS)