درایور موتور DC با استفاده از پاور Mosfets [کنترل PWM ، 30A Half Bridge]: 10 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

منبع اصلی (بارگیری Gerber/سفارش PCB):

مرحله 1:

موتورهای DC در همه جا هستند ، از برنامه های سرگرمی گرفته تا روباتیک و مناطق صنعتی. بنابراین استفاده و درخواست گسترده ای برای درایورهای موتور DC مناسب و قدرتمند وجود دارد. در این مقاله ، ما می آموزیم که چگونه یکی را بسازیم. شما می توانید آن را با استفاده از میکروکنترلر ، آردوینو ، Raspberry Pi یا حتی یک تراشه ژنراتور PWM مستقل کنترل کنید. با استفاده از روش های گرمکن و سرمایش مناسب ، این مدار می تواند جریانهای تا 30A را کنترل کند.

[1]: تجزیه و تحلیل مدار ، قلب مدار یک تراشه درایور IR2104 MOSFET است [1]. این IC درایور MOSFET محبوب و قابل استفاده است. نمودار شماتیک مدار در شکل 1 نشان داده شده است.

مرحله 2: شکل 1 ، نمودار شماتیک درایور موتور DC قدرتمند

مرحله 3:

طبق برگه اطلاعات IR2104 [1]:”IR2104 (S) درایورهای MOSFET و IGBT با ولتاژ بالا ، با سرعت بالا و دارای کانالهای خروجی وابسته به بالا و پایین هستند. فن آوری های اختصاصی HVIC و CMOS مصنوعی ساخت و ساز یکپارچه مستحکم را امکان پذیر می کند. ورودی منطقی با خروجی استاندارد CMOS یا LSTTL سازگار است ، تا منطق 3.3 ولت. درایورهای خروجی دارای یک مرحله بافر جریان پالس بالا هستند که برای حداقل رسانایی متقابل راننده طراحی شده است. از کانال شناور می توان برای هدایت یک N-channel MOSFET یا IGBT در تنظیمات سمت بالا استفاده کرد که از 10 تا 600 ولت کار می کند. " IR2104 MOSFET ها [2] را در پیکربندی نیمه پل هدایت می کند. هیچ مشکلی با ظرفیت ورودی بالای MOSFET های IRFP150 وجود ندارد. به همین دلیل است که درایورهای MOSFET مانند IR2104 مفید هستند. از خازن های C1 و C2 برای کاهش صدای موتور و EMI استفاده می شود. حداکثر ولتاژ MOSFET قابل تحمل 100 ولت است. بنابراین من حداقل از خازن های دارای درجه 100 ولت استفاده کردم. اگر مطمئن هستید که ولتاژ بار شما از آستانه ای عبور نمی کند (برای مثال یک موتور DC 12 ولت) ، می توانید ولتاژ خازن ها را به عنوان مثال به 25 ولت کاهش دهید و در عوض مقادیر ظرفیت آنها را افزایش دهید (برای مثال 1000uF-25V). پین SD با مقاومت 4.7K پایین آمده است. سپس باید یک ولتاژ سطح منطقی حالت ثابت به این پین اعمال کنید تا تراشه فعال شود. شما همچنین باید پالس PWM خود را به پین IN تزریق کنید.

[2]: برد PCB

طرح PCB شماتیک نشان داده شده در شکل 2. این دستگاه به گونه ای طراحی شده است که نویز را کاهش می دهد و به طور موقت به پایداری دستگاه کمک می کند.

مرحله 4: شکل 2 ، طرح PCB طراحی شده برای شماتیک درایور موتور

من رد پای PCB و نمادهای شماتیک اجزای IR2104 [1] و IRFP150 [2] را نداشتم. بنابراین من به جای اتلاف وقت و طراحی کتابخانه ها از ابتدا از نمادهای ارائه شده SamacSys [3] [4] استفاده می کنم. شما می توانید از "موتور جستجوی جزء" یا افزونه CAD استفاده کنید. از آنجا که من از Altium Designer برای ترسیم شماتیک و PCB استفاده کردم ، مستقیماً از افزونه SamacSys Altium [5] (شکل -3) استفاده کردم.

مرحله 5: شکل 3 ، کتابخانه های اجزای انتخابی برای IR2104 و IRFN150N

شکل 4 نمای سه بعدی برد PCB را نشان می دهد. نمای سه بعدی روش بازرسی برد و قرارگیری قطعات را بهبود می بخشد.

مرحله 6: شکل 4 ، نمای سه بعدی برد مدار چاپی موتور درایور

[3] اسمبلی بنابراین بیایید مدار را بسازیم و بسازیم. من فقط از یک برد PCB نیمه خانگی استفاده کردم تا بتوانم سریع برد را مونتاژ کرده و مدار را آزمایش کنم (شکل 5).

مرحله 7: شکل -5 ، اولین نمونه طراحی (در PCB نیمه خانگی) ، نمای بالا

پس از خواندن این مقاله ، 100٪ از عملکرد واقعی مدار مطمئن هستید. بنابراین PCB را به یک شرکت تولید کننده PCB حرفه ای مانند PCBWay سفارش دهید و با لحیم کاری و تخته مونتاژ شده خود لذت ببرید. شکل -6 نمای پایینی برد برد مونتاژ PCB را نشان می دهد. همانطور که می بینید ، برخی از آهنگ ها به طور کامل با ماسک لحیم پوشانده نشده اند. دلیل این امر این است که این مسیرها ممکن است مقدار قابل توجهی جریان را حمل کنند ، بنابراین آنها نیاز به پشتیبانی مسی اضافی دارند. یک مسیر PCB معمولی نمی تواند مقدار زیادی جریان را تحمل کند و در نهایت ، گرم و سوزانده می شود. برای غلبه بر این چالش (با روشی ارزان) ، باید یک سیم مسی ضخیم (شکل 7) را در قسمت های سرپوشیده لحیم کنید. این روش قابلیت انتقال فعلی مسیر را افزایش می دهد.

مرحله 8: شکل -6 ، نمای پایینی نمونه اولیه برد مدار چاپی ، آهنگ های بدون پوشش

مرحله 9: شکل 7 ، یک سیم مسی ضخیم

[4] آزمایش و اندازه گیری ویدئوی ارائه شده در YouTube یک آزمایش واقعی از برد را با موتور DC برف پاک کن شیشه اتومبیل به عنوان یک بار نشان می دهد. من پالس PWM را با یک ژنراتور عملکرد تهیه کرده و پالس های روی سیم موتور را بررسی کرده ام. همچنین ، ارتباط خطی مصرف فعلی بار با چرخه وظیفه PWM نشان داده شده است.

[5] بیل مواد

جدول 1 صورتحساب مواد را نشان می دهد.

مرحله 10: جدول 1 ، بیل مواد مواد

منابع [1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]:

[6]: منبع (بارگیری Gerber/سفارش PCB)