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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Cieľom projektu je modernizácia motorov a elektroniky v tejto detskej štvorkolke Power Wheels. Zarazený výkonom tejto mini štvorkolky 12V. naplánovali sme inováciu na systém 24 V s 2 novými kartáčovanými motormi traxxis 775 po preskúmaní komerčne dostupných dosiek ovládačov motorov a zistení, že väčšina z nich je buď veľmi mizerná (pozri priloženú porovnávaciu fotografiu), alebo skôr drahá, rozhodol som sa navrhnúť jednoduché riešenie založené na Arduine.

Minimálne 24v

obojsmerné ovládanie motora

PWM ovládanie

škálovateľný vysoký prúd (100AMP)

minimálne komponenty

5v stepdown pre logiku

zmysel napätia batérie

nano ovládač adruino

prístup k vstupom na konkrétne použitie (plyn [vrátane horného a dolného obloženia], smer, povolenie, 1 extra)

prístup k nepoužitým kolíkom pre výstupy (výstup)

zrejmým riešením je použiť obvod H-mostíka založený na mosfetoch

ukážem vám, ako som navrhol a zostrojil svoj vysokonapäťový vodič mostíka H

Krok 1: Nájdite integrovaný obvod ovládača H-bridge

IC ovládača H-bridge je čip medzi výstupmi Arduino a MOSFET. tento integrovaný obvod odoberá signály VYSOKÉ/NÍZKE z Arduina a vydáva rovnaký zosilnený signál na pohon brán MOSFET, konkrétne jeho najdôležitejšou funkciou je zvýšiť napätie na vysokých bočných plochách nad VCC (batéria + vstup), čo umožňuje použitie všetkých N-MOSFETy, niektoré ovládače majú tiež špeciálne obvody, ktoré zabraňujú prestreleniu (keď 2 fetky vytvoria priamy skrat k zemi a zničia fet.) Nakoniec som sa usadil na ovládači NXP MC33883 Full H-bridge IC zvolený, pretože-obsahuje 2 polovičné mostíky (preto vyžadujem iba 1 IC)-vstavané vysokonapäťové nabíjacie čerpadlo-vyžaduje iba 7 ďalších komponentov (vrátane ochranného obvodu)-pracuje so vstupom 5,5-60 V (s blokovaním pod a nad napätím)-1amp špičkového budiaceho prúdu

negatívy bohužiaľ nemajú ochranu proti strieľaniu (musí sa vykonať v softvéri a testovať s aktuálnym obmedzeným napájaním), vyžaduje 5 vstupných signálov, ktoré sú drahé pre 8,44 dolára za kus na mouserhttps://nz.mouser.com/ProductDetail/NXP-Freescale/…datasheet https://nz.mouser.com/datasheet/2/302/MC33883-1126…

s ohľadom na tento čip môžeme teraz navrhnúť náš obvod okolo neho

Krok 2: Návrh obvodu

na návrh obvodu použijeme online nástroj EASYEDA (easyeda.com) (nie je pridružený, ale nástroj funguje dobre a jednoduché objednávanie DPS prostredníctvom JLCPCB.com) Z technického listu pre ovládač MC33883 nájdeme schému aplikácie (s externým ochranný obvod) skopírujeme tento obvod, pretože tu nepotrebujeme znova objavovať koleso, stačí použiť odporúčané rozloženie a odporúčané hodnoty kondenzátora, pridáme zenerove diódy a kondenzátory 18 V na obmedzenie napätia zdroja brány pod typický MOSFET 20v maximálne Vgs

Jediným rozdielom, ktorý do obvodu pridáme, sú voliteľné súbežné MOSFETy na zvýšenie prúdovej kapacity. Na to stačí zaistiť, aby sme na bráne každého FET mali odpor. s paralelnými FET tento odpor pomáha vyrovnávať zaťaženie a spínacie charakteristiky paralelného páru (skúmajte viac o vysokom zaťažení, aby ste sa vyhli problémom)

Rozhodnutia, ktoré treba urobiť..max napätie? Mám 24 V, takže môžem prepojiť VCC a VCC2 môjho čipu mc33883 (limit na vcc2 je 28 V, ale mohol by som mať oddelené napájanie a maximálne napätie VCC 60 V) Ako napájať Arduino? Išiel som s malým spínacím regulátorom 5v 500mA, ktorý je dodávaný vstavaný na doske s 3 kolíkmi, ktorá funguje medzi 6,5-36v perfektne!. Https://nz.mouser.com/ProductDetail/490-VXO7805-50… pridajte diódu na ochranu proti polarite, vstupné a výstupné kondenzátory. hotový.

Chcem byť schopný získať napätie batérie a vypnúť ho, keď je nízky, takže delič napätia na obmedzenie napätia na mojich kolíkoch Arduino. 8 odporových podložiek 2 podobných a 4 série podobných týmto +== | ==- to by malo znamenať, že ich môžem ľahko nakonfigurovať inak bez konkrétnych hodnôt. Zistite, aké výstupy potrebujeme od Arduina po ovládač, potrebujeme 2 PWM pre vysoké bočné FETy a 2 digitálne (alebo pwm) pre nízkofrekvenčné FET a tiež potrebujeme 1 aktivačnú linku pre ovládač, ktorú by ste si mohli obľúbiť s nejakou logikou brány NAND (a možno s oneskorením) na hardvérové snímanie prostredníctvom ochrany, ak ju potrebujete.

Vstupy, ktoré som sa rozhodol použiť všetky analógové vstupy na škrtenie, zapnutie, smerovanie a orezávanie, aby som sa ubezpečil, že sú k dispozícii a sú prerušené, všetky majú podložky pre rozbaľovacie odpory a 5V kolík a všetky vstupy fungujú ako aktívne, ak sú vysoké. linka bola aktívna nízko a plyn bol uviaznutý, ak bol prerušený 5V vodič, motory bežali nepretržite)

Zahrnul som 5pinový +uzemňovací výstupný konektor pre LED indikátor batérie/ prístup k pinom (zostávajúce digitálne piny) je tiež súčasťou záhlavia pre posledný zostávajúci pin PWM (poznámka k PWM, ktorý som sa rozhodol vložiť vysoko bočné, nízke bočné a Výstup PWM každý na oddelených časovacích kanáloch Arduina, to by mi umožnilo hrať s časovačmi inak atď.)

Krok 3: Výber komponentu

pre túto dosku som sa rozhodol ísť hlavne na súčiastky na povrchovú montáž spájkovanie smd nie je príliš ťažké, ak si svoje zariadenia vyberiete múdro. Komponenty veľkosti 805 pre rezistory a kondenzátory sú celkom jednoduché na spájkovanie bez pomoci mikroskopu a na manipuláciu sú potrebné iba pinzety.

niektorí ľudia hovoria, že 0603 nie je zlý, ale začína prekračovať limit.

sklenené zenery sa mi zdali trochu manévrovateľné

Zoznam komponentov od napájania cez ovládač po digitálny (čo som použil)

8x TO220 N-ch mosfety 60V 80A IPP057N06N3 G4x 1N5401-G univerzálna výkonová dióda 100v 3A (200A vrchol) (tieto sú nesprávne, mal som použiť Schottkyho diódy, pozri sa, ako idú) 8x 0805 50ohm rezistor2x 0805 10ohm rezistor2x 0805 10nF 50 (ochranný obvod)

2x 18v zenerova dióda 0,5W ZMM5248B (ochranný obvod) 1x nxp MC33883 Ovládač brány H-bridge 1x 0805 33nF 50V keramický kondenzátor (pre budič)

2x 0805 470nF 50V keramický kondenzátor (pre ovládač)

1x generická dióda na ochranu proti prepólovaniu cez dieru (už ju mala) 1x 3pin DC/DC prevodník 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 (rozbaľovače a delič napätia nakonfigurovaný na 15k) 4x 0803 3k rezistor (nakonfigurovaný paralelne tak, aby zostal 3k.. odpad, ktorý poznám) 2x 10k potenciometre trimera s priechodným otvorom potenciometer atd

Objednal som si svoje diely z mouser.com a väčšinu dielov som objednal v množstve 10 kusov a pridal som niekoľko ďalších dielov k celkovej sume nz $ 60, aby som získal bezplatnú dopravu na Nový Zéland (úspora ~ nz $ 30)

Celkové náklady na stavbu približne 23 USD +(čokoľvek, čo kúpite navyše, aby ste získali lepšie ponuky KÚPTE HNED)

Krok 4: NÁVRH PCB

Teraz sme vybrali komponenty a dúfajme, že ich budeme mať na ceste, môžeme potvrdiť balíčky komponentov v schéme a začať rozložiť naše rozloženie boardPCB je umelecká forma a nechystám sa to pokúšať naučiť. Skúste to na youtube. Čo môžem urobiť, je poukázať na moje chyby v tejto nástenke

Položil som svoje mosfety vodorovne a navrhol som svoj H-most tak, aby fungoval s mojím plánovaným riešením chladiča, a v dôsledku toho mám stopy napájania, ktoré sú výrazne užšie, ako by som chcel. Vykompenzoval som to zdvojnásobením stôp na spodnej strane dosky a odstránením spájkovacej masky, aby som mohol pridať spájku, aby sa zvýšilo prúdové prepojenie ovládania prúdu. Rozhodol som sa použiť veľké podložky 10 x 10 mm na nasmerovanie spájkovacích káblov pre spojenia +v -v motorA a motorB namiesto skrutkových svoriek atď. (Uvedomujem si, že budem potrebovať mechanické odľahčenie ťahu), ale kvôli mojim veľkým chladičom bude ťažké spájkovať káble tieto podložky. život by bol jednoduchší, keby som tieto podložky umiestnil na opačnú stranu dosky ako chladiče

Mal som zväčšiť veľkosť priechodiek pre diódy voľnobežiek s dierou. v dôsledku toho sú teraz namontované na povrch (dávajte pozor na veľkosti balenia

preveďte svoj dizajn na súbor Gerber a pošlite ho svojmu obľúbenému výrobcovi plošných spojov. Môžem odporučiť JLCPCB, urobili pre mňa dobrú prácu a za rozumnú cenu.

Krok 5: Zostavte a TESTUJTE DOSKU !

Teraz máte svoje súčiastky a dosky plošných spojov načase ich zostavenie a spájkovanie trvá možno hodinu alebo 2

najskôr skontrolujte, či máte všetky súčiastky a či je doska plošných spojov v dobrom stave, zhromaždite svoje nástroje. v zásade budete potrebovať spájkovačku, spájkovaciu pinzetu, spájkovací knôt alebo spájkovaciu prísavku.

ako som povedal, diely 0805 nie sú príliš ťažké začať s najmenšími komponentmi, prvými rezistormi, krytkami a diódami, potom integrovaný obvod nainštalujte Arduino buď priamo, alebo s vymeniteľnými hlavičkami nainštalujte hlavičky

VYSKÚŠAJTE DOSKU PRE KRÁTKE OKRUHY

teraz načítajte skicu žmurknutím do Arduina a odpojte USB a napájajte dosku z batérie alebo zdroja napájania, aby ste sa uistili, že sekcia regulátora funguje správne, nainštalujte mosfety ako posledné

VYSKÚŠAJTE DOSKU PRE KRÁTKE OKRUHY

nahrajte softvér ovládača a napájajte dosku z obmedzeného prúdu, povedzme 100 mA by malo stačiť sa pravdepodobne vypne kvôli nízkemu napätiu

vaša doska je teraz pripravená poháňať motor alebo 2