Trình điều khiển động cơ DC sử dụng Mosfet nguồn [Điều khiển PWM, 30A một nửa cầu]: 10 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Nguồn chính (Tải xuống Gerber / Đặt mua PCB):

Bước 1:

Động cơ DC có mặt ở khắp mọi nơi, từ các ứng dụng sở thích đến người máy và các lĩnh vực công nghiệp. Do đó, có nhiều yêu cầu sử dụng và trình điều khiển động cơ DC phù hợp và mạnh mẽ. Trong bài này, chúng ta sẽ học cách xây dựng một cái. Bạn có thể điều khiển nó bằng Vi điều khiển, Arduino, Raspberry Pi hoặc thậm chí là chip tạo PWM độc lập. Bằng cách sử dụng bộ tản nhiệt và các phương pháp làm mát thích hợp, mạch này có thể xử lý dòng điện lên đến 30A.

[1]: Phân tích mạch Trái tim của mạch là chip điều khiển IR2104 MOSFET [1]. Nó là một IC điều khiển MOSFET phổ biến và có thể áp dụng. Sơ đồ mạch điện được minh họa trong hình-1.

Bước 2: Hình-1, Sơ đồ sơ đồ của Trình điều khiển động cơ DC mạnh mẽ

Bước 3:

Theo biểu dữ liệu IR2104 [1]:”IR2104 (S) là trình điều khiển MOSFET và IGBT điện áp cao, tốc độ cao với các kênh đầu ra tham chiếu phía cao và thấp phụ thuộc. Công nghệ CMOS miễn dịch chốt và HVIC độc quyền cho phép kết cấu nguyên khối bền chắc. Đầu vào logic tương thích với đầu ra CMOS hoặc LSTTL tiêu chuẩn, xuống mức logic 3.3V. Các trình điều khiển đầu ra có giai đoạn đệm dòng xung cao được thiết kế để tối thiểu dẫn truyền chéo của trình điều khiển. Kênh nổi có thể được sử dụng để điều khiển MOSFET hoặc IGBT công suất kênh N ở cấu hình bên cao hoạt động từ 10 đến 600 vôn.” IR2104 điều khiển MOSFETs [2] trong cấu hình nửa cầu. Không có vấn đề gì với điện dung đầu vào cao của IRFP150 MOSFETs. Đó là lý do tại sao các trình điều khiển MOSFET như IR2104 lại hữu ích. Các tụ điện C1 và C2 được sử dụng để giảm tiếng ồn của động cơ và EMI. Điện áp MOSFETs tối đa có thể chịu được là 100V. Vì vậy, tôi đã sử dụng tụ điện định mức 100V ít nhất. Nếu bạn chắc chắn rằng điện áp tải của bạn không vượt qua ngưỡng (ví dụ: động cơ DC 12V), thì bạn có thể giảm điện áp của tụ điện xuống 25V chẳng hạn và thay vào đó tăng giá trị điện dung của chúng (ví dụ: 1000uF-25V). Chân SD đã được kéo xuống với một điện trở 4,7K. Sau đó, bạn phải áp dụng điện áp mức logic trạng thái ổn định cho chân này để kích hoạt chip. Bạn cũng phải đưa xung PWM của mình vào chân IN.

[2]: Bảng PCB

Cách bố trí PCB của sơ đồ được minh họa trong hình-2. Nó được thiết kế theo cách để giảm tiếng ồn và thoáng qua giúp cho sự ổn định của thiết bị.

Bước 4: Hình-2, Bố trí PCB được thiết kế cho Sơ đồ trình điều khiển động cơ

Tôi không có dấu chân PCB và các ký hiệu sơ đồ của các thành phần IR2104 [1] và IRFP150 [2]. Do đó, tôi sử dụng các ký hiệu do SamacSys cung cấp [3] [4], thay vì lãng phí thời gian và thiết kế các thư viện từ đầu. Bạn có thể sử dụng “công cụ tìm kiếm thành phần” hoặc một plugin CAD. Vì tôi đã sử dụng Altium Designer để vẽ giản đồ và PCB nên tôi đã trực tiếp sử dụng plugin SamacSys Altium [5] (hình-3).

Bước 5: Hình-3, Thư viện thành phần đã chọn cho IR2104 và IRFN150N

Hình-4 cho thấy một chế độ xem 3D của bảng mạch PCB. Chế độ xem 3D cải thiện quy trình kiểm tra bo mạch và vị trí linh kiện.

Bước 6: Hình-4, Chế độ xem 3D của Bảng mạch PCB của trình điều khiển động cơ

[3] Assembly Vì vậy, chúng ta hãy xây dựng và xây dựng mạch. Tôi chỉ sử dụng một bảng mạch PCB bán tự chế để có thể nhanh chóng lắp ráp bảng và kiểm tra mạch (hình-5).

Bước 7: Hình-5, Nguyên mẫu đầu tiên của thiết kế (trên PCB bán tự chế), Chế độ xem trên

Sau khi đọc bài viết này, bạn đã chắc chắn 100% về hoạt động thực sự của mạch. Do đó, hãy đặt hàng PCB cho một công ty sản xuất PCB chuyên nghiệp, chẳng hạn như PCBWay, và vui vẻ với việc hàn và lắp ráp bo mạch của bạn. Hình-6 cho thấy hình ảnh dưới cùng của bảng PCB đã lắp ráp. Như bạn có thể thấy, một số rãnh không được che phủ hoàn toàn bằng mặt nạ hàn. Lý do là các rãnh này có thể mang một lượng dòng điện đáng kể, vì vậy chúng cần thêm đồng hỗ trợ. Một đường dẫn PCB bình thường không thể chịu được một lượng dòng điện cao và cuối cùng, nó sẽ nóng lên và cháy. Để vượt qua thử thách này (với một phương pháp rẻ tiền), bạn phải hàn một sợi dây đồng trần dày (hình-7) trên các khu vực không được che phủ. Phương pháp này nâng cao khả năng truyền tải hiện tại của bản nhạc.

Bước 8: Hình-6, Chế độ xem dưới cùng của Nguyên mẫu bảng PCB, Các bản nhạc chưa được che đậy

Bước 9: Hình-7, một dây đồng trần dày

[4] Kiểm tra và đo lường Video YouTube cung cấp trình bày một thử nghiệm thực tế của bảng với động cơ DC gạt nước kính chắn gió của ô tô dưới dạng tải. Tôi đã cung cấp xung PWM với một bộ tạo chức năng và kiểm tra các xung trên dây động cơ. Ngoài ra, mối tương quan tuyến tính của mức tiêu thụ hiện tại của tải với chu kỳ nhiệm vụ PWM đã được chứng minh.

[5] Hóa đơn vật liệu

Bảng-1 hiển thị hóa đơn nguyên vật liệu.

Bước 10: Bảng-1, Hóa đơn vật liệu vi mạch

Tài liệu tham khảo [1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]:

[6]: Nguồn (Tải xuống Gerber / Đặt hàng PCB)