DC-motorstuurprogramma met Power Mosfets [PWM-gestuurd, 30A halve brug] - Ajarnpa

2025 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2025-01-23 15:01

Hoofdbron (Download Gerber/Bestel de PCB):

Stap 1:

DC-motoren zijn overal, van hobbytoepassingen tot robotica en industriële gebieden. Daarom is er een breed gebruik en vraag naar geschikte en krachtige DC-motorstuurprogramma's. In dit artikel zullen we leren om er een te bouwen. Je kunt het besturen met een microcontroller, een Arduino, een Raspberry Pi of zelfs een stand-alone PWM-generatorchip. Door gebruik te maken van een goede heatsink en koelmethodes kan dit circuit stromen tot 30A aan.

[1]: Circuitanalyse Het hart van het circuit is een IR2104 MOSFET-driverchip [1]. Het is een populair en toepasbaar MOSFET-stuurprogramma-IC. Het schematische diagram van het circuit gedemonstreerd in figuur-1.

Stap 2: Afbeelding-1, het schematische diagram van de krachtige DC-motordriver

Stap 3:

Volgens de IR2104-datasheet [1]: "De IR2104(S) zijn hoogspannings-, high-speed power MOSFET- en IGBT-drivers met afhankelijke uitgangskanalen aan de hoge en lage kant. Gepatenteerde HVIC- en latch-immune CMOS-technologieën maken een robuuste monolithische constructie mogelijk. De logische ingang is compatibel met standaard CMOS- of LSTTL-uitgang, tot 3,3 V logica. De uitgangsdrivers hebben een buffertrap met hoge pulsstroom die is ontworpen voor minimale kruisgeleiding van de driver. Het zwevende kanaal kan worden gebruikt om een N-kanaals vermogens-MOSFET of IGBT aan te sturen in de high-side configuratie die werkt van 10 tot 600 volt.” De IR2104 stuurt de MOSFET's [2] aan in een halve-brugconfiguratie. Er is geen probleem met de hoge ingangscapaciteit van de IRFP150 MOSFET's. Dat is de reden waarom MOSFET-stuurprogramma's zoals IR2104 nuttig zijn. De condensatoren C1 en C2 worden gebruikt om het motorgeluid en EMI te verminderen. De maximaal toelaatbare MOSFET-spanning is 100V. Dus ik heb op zijn minst 100V-condensatoren gebruikt. Als u zeker weet dat uw belastingsspanning geen drempel overschrijdt (bijvoorbeeld een 12V DC-motor), dan kunt u de spanningen van de condensatoren verlagen tot bijvoorbeeld 25V en in plaats daarvan hun capaciteitswaarden verhogen (bijvoorbeeld 1000uF-25V). De SD-pin is naar beneden getrokken met een weerstand van 4,7K. Vervolgens moet u een logische spanning op een stabiel niveau op deze pin toepassen om de chip te activeren. U moet uw PWM-puls ook op de IN-pin injecteren.

[2]: printplaat

De PCB-layout van het schema getoond in figuur-2. Het is zo ontworpen dat het ruis en transiënten vermindert om de stabiliteit van het apparaat te helpen.

Stap 4: Afbeelding-2, ontworpen PCB-lay-out voor het motorstuurprogrammaschema

Ik had niet de PCB-voetafdruk en schematische symbolen van IR2104 [1] en IRFP150 [2] componenten. Daarom gebruik ik de door SamacSys geleverde symbolen [3] [4], in plaats van mijn tijd te verspillen en de bibliotheken helemaal opnieuw te ontwerpen. U kunt de "componentzoekmachine" of een CAD-plug-in gebruiken. Omdat ik Altium Designer heb gebruikt om het schema en de PCB te tekenen, heb ik direct de SamacSys Altium plugin [5] gebruikt (figuur-3).

Stap 5: Afbeelding-3, Geselecteerde Componentbibliotheken voor de IR2104 en IRFN150N

Figuur 4 toont een 3D-weergave van de printplaat. De 3D-weergave verbetert de inspectieprocedure van het bord en de plaatsing van componenten.

Stap 6: Figuur 4, een 3D-weergave van de printplaat van de motordriver

[3] AssemblageDus laten we het circuit construeren en bouwen. Ik heb zojuist een semi-zelfgemaakt printje gebruikt om het bord snel in elkaar te kunnen zetten en de schakeling te testen (figuur-5).

Stap 7: Figuur 5, het eerste prototype van het ontwerp (op een semi-zelfgemaakte PCB), bovenaanzicht

Na het lezen van dit artikel ben je 100% zeker van de echte werking van de schakeling. Bestel de PCB daarom bij een professioneel PCB-fabricagebedrijf, zoals PCBWay, en veel plezier met uw soldeer- en geassembleerde printplaat. Afbeelding 6 toont een onderaanzicht van de geassembleerde printplaat. Zoals je kunt zien, zijn sommige sporen niet volledig bedekt met het soldeermasker. De reden is dat deze sporen een aanzienlijke hoeveelheid stroom kunnen voeren, dus hebben ze extra koperondersteuning nodig. Een normaal PCB-spoor kan geen hoge stroomsterkte verdragen en zal uiteindelijk opwarmen en verbranden. Om deze uitdaging te overwinnen (met een goedkope methode), moet je een dikke blanke koperdraad (figuur 7) op de onbedekte gebieden solderen. Deze methode verbetert de huidige transmissiecapaciteit van het spoor.

Stap 8: Figuur 6, een onderaanzicht van het printplaatprototype, de onbedekte sporen

Stap 9: Figuur 7, een dikke blanke koperdraad

[4] Test en meting De meegeleverde YouTube-video demonstreert een daadwerkelijke test van het bord met de gelijkstroommotor van de ruitenwisser van een auto als belasting. Ik heb de PWM-puls voorzien van een functiegenerator en de pulsen op de motordraden bekeken. Ook is de lineaire correlatie van het stroomverbruik van de belasting met de PWM-inschakelduur aangetoond.

[5] Stuklijst

Tabel-1 toont de stuklijst.

Stap 10: Tabel-1, Bill of Circuit-materialen

Referenties [1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]:

[6]: Bron (Gerber Download/Bestellen van de PCB)