DC variklio tvarkyklė naudojant „Power Mosfets“[valdomas PWM, 30A pusinis tiltas]: 10 žingsnių

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Pagrindinis šaltinis (atsisiųskite „Gerber“/užsisakykite PCB):

1 žingsnis:

Nuolatinės srovės varikliai yra visur - nuo pomėgių programų iki robotikos ir pramonės sričių. Todėl yra plačiai naudojama ir reikalaujama tinkamų ir galingų nuolatinės srovės variklių tvarkyklių. Šiame straipsnyje mes išmoksime jį sukurti. Galite jį valdyti naudodami mikrovaldiklį, „Arduino“, „Raspberry Pi“ar net atskirą PWM generatoriaus mikroschemą. Naudojant tinkamus radiatoriaus ir aušinimo metodus, ši grandinė gali valdyti iki 30A sroves.

[1]: Grandinės analizėSkritos širdis yra IR2104 MOSFET tvarkyklės mikroschema [1]. Tai populiarus ir taikomas MOSFET tvarkyklės IC. Schemos schema, parodyta 1 paveiksle.

2 žingsnis: 1 paveikslas, galingos nuolatinės srovės variklio tvarkyklės schema

3 žingsnis:

Pagal IR2104 duomenų lapą [1]: „IR2104 (S) yra aukštos įtampos, didelės spartos galios MOSFET ir IGBT tvarkyklės su priklausomais aukštos ir žemos pusės išvesties kanalais. Patentuotos HVIC ir užrakto imuninės CMOS technologijos leidžia tvirta monolitine konstrukcija. Loginis įėjimas suderinamas su standartine CMOS arba LSTTL išvestimi, iki 3,3 V logikos. Išvesties tvarkyklėse yra aukšto impulso srovės buferinė pakopa, skirta minimaliam vairuotojo kryžminiam laidumui. Plūduriuojantis kanalas gali būti naudojamas vairuoti N kanalo MOSFET arba IGBT, esant aukštai šoninei konfigūracijai, kuri veikia nuo 10 iki 600 voltų. IR2104 vairuoja MOSFET [2] pusiau tiltu. Nėra problemų dėl didelės IRFP150 MOSFET įvesties talpos. Štai kodėl MOSFET tvarkyklės, tokios kaip IR2104, yra naudingos. Kondensatoriai C1 ir C2 naudojami variklio triukšmui ir EMI sumažinti. Didžiausia leistina MOSFET įtampa yra 100 V. Taigi aš naudoju bent 100 V vardinius kondensatorius. Jei esate tikri, kad jūsų apkrovos įtampa neviršija slenksčio (pavyzdžiui, 12 V nuolatinės srovės variklis), tuomet galite sumažinti kondensatorių įtampą iki 25 V ir, pavyzdžiui, padidinti jų talpos vertes (pavyzdžiui, 1000uF-25V). SD kaištis nuleistas žemyn su 4,7K rezistoriumi. Tada, norėdami suaktyvinti lustą, šiam kaiščiui turite pritaikyti pastovios būsenos loginio lygio įtampą. Jūs taip pat turite suleisti PWM impulsą į IN kaištį.

[2]: PCB plokštė

2 paveiksle pavaizduotos schemos PCB išdėstymas. Jis sukurtas taip, kad sumažintų triukšmą ir būtų trumpalaikis, kad būtų lengviau stabilizuoti įrenginį.

4 veiksmas: 2 paveikslas, sukurtas variklio tvarkyklės schemos PCB išdėstymas

Neturėjau IR2104 [1] ir IRFP150 [2] komponentų PCB pėdsako ir scheminių simbolių. Todėl naudoju „SamacSys“pateiktus simbolius [3] [4], užuot eikvojęs savo laiką ir kurdamas bibliotekas nuo nulio. Galite naudoti „komponentų paieškos variklį“arba CAD papildinį. Kadangi piešdamas schemą ir PCB naudojau „Altium Designer“, tiesiogiai naudoju „SamacSys Altium“papildinį [5] (3 pav.).

5 žingsnis: 3 pav. Pasirinktos IR2104 ir IRFN150N komponentų bibliotekos

4 paveiksle pavaizduotas trimatis PCB plokštės vaizdas. 3D vaizdas pagerina plokštės ir komponentų išdėstymo tikrinimo procedūrą.

6 žingsnis: 4 paveikslas, variklio tvarkyklės plokštės 3D vaizdas

[3] Surinkimas Taigi sukonstruokime ir pastatykime grandinę. Aš ką tik naudojau pusiau naminę PCB plokštę, kad galėčiau greitai surinkti plokštę ir išbandyti grandinę (5 pav.).

7 žingsnis: 5 paveikslas, pirmasis dizaino prototipas (ant pusiau naminės PCB), vaizdas iš viršaus

Perskaitę šį straipsnį, esate 100% tikri dėl tikro grandinės veikimo. Todėl užsisakykite PCB profesionaliai PCB gamybos įmonei, pavyzdžiui, PCBWay, ir linksminkitės su litavimo ir surinkta plokšte. 6 paveiksle parodytas surinktos PCB plokštės vaizdas iš apačios. Kaip matote, kai kurie takeliai nėra visiškai uždengti litavimo kauke. Priežastis ta, kad šie takeliai gali perduoti daug srovės, todėl jiems reikia papildomos vario atramos. Įprastas PCB takelis negali toleruoti didelio srovės kiekio ir galiausiai jis sušils ir sudegs. Norėdami įveikti šį iššūkį (naudodami pigų metodą), ant neuždengtų vietų turite lituoti storą pliką varinę vielą (7 pav.). Šis metodas pagerina dabartines bėgių perdavimo galimybes.

8 veiksmas: 6 paveikslas, PCB plokštės prototipo apačios vaizdas, neuždengtos trasos

9 žingsnis: 7 paveikslas, stora pliko vario viela

[4] Bandymas ir matavimas Pateiktame „YouTube“vaizdo įraše parodytas tikrasis plokštės bandymas su automobilio priekinio stiklo valytuvo nuolatinės srovės varikliu kaip apkrova. Pateikiau PWM impulsą su funkcijų generatoriumi ir ištyriau variklio laidų impulsus. Taip pat buvo įrodyta tiesinė apkrovos suvartojimo ir PWM darbo ciklo koreliacija.

[5] Sąrašas medžiagų

1 lentelė rodo medžiagų sąrašą.

10 veiksmas: 1 lentelė, schema

Nuorodos [1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]:

[6]: Šaltinis („Gerber“atsisiuntimas/PCB užsakymas)