Tự làm trình điều khiển động cơ dòng điện cao (cầu h): 5 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Dự án là nâng cấp động cơ và thiết bị điện tử cho chiếc xe đạp 4 bánh trẻ em Power Wheels này. chúng tôi đã lên kế hoạch nâng cấp lên hệ thống 24v với 2 động cơ chải traxxis 775 mới sau khi nghiên cứu các bảng điều khiển động cơ có sẵn trên thị trường và nhận thấy rằng hầu hết đều khá phức tạp (xem ảnh so sánh kèm theo) hoặc khá đắt tiền. Tôi quyết định thiết kế một giải pháp dựa trên Arduino đơn giản

24v tối thiểu

điều khiển động cơ hai chiều

Kiểm soát PWM

có thể mở rộng khả năng hiện tại cao (100AMP)

thành phần tối thiểu

Giảm 5v cho logic

cảm giác điện áp pin

bộ điều khiển adruino nano

truy cập vào các đầu vào cho các mục đích sử dụng cụ thể (van tiết lưu [bao gồm phần trên và phần dưới], hướng, bật, 1extra)

truy cập vào các chân không sử dụng cho đầu ra (dẫn ra)

giải pháp rõ ràng là sử dụng mạch cầu H dựa trên mosfet

Tôi sẽ chỉ cho bạn cách tôi đã thiết kế và chế tạo trình điều khiển cầu H cao cấp hiện tại của mình

Bước 1: Tìm IC điều khiển cầu H

IC điều khiển cầu H là chip giữa đầu ra Arduino và MOSFET. IC này lấy tín hiệu CAO / THẤP từ Arduino và xuất ra cùng một tín hiệu tăng cường để điều khiển các cổng MOSFET, đặc biệt chức năng quan trọng nhất của nó là tăng điện áp cho các đầu nối phía cao trên VCC (pin + đầu vào) cho phép sử dụng tất cả N-MOSFET một số trình điều khiển cũng có mạch điện đặc biệt để ngăn chặn bắn xuyên qua (khi 2 cá thể tạo ra một dòng ngắn mạch trực tiếp xuống đất phá hủy các cá thể.) Cuối cùng tôi đã sử dụng ICchosen trình điều khiển cầu H đầy đủ NXP MC33883 vì - nó bao gồm 2 nửa cầu (vì vậy tôi chỉ yêu cầu 1 IC) - tích hợp sẵn máy bơm bên cao - chỉ yêu cầu 7 thành phần bổ sung (bao gồm cả mạch bảo vệ) - hoạt động với đầu vào 5,5-60V (với khóa dưới và trên volt) -1amp dòng ổ đĩa cao nhất

Thật không may, âm bản không có bảo vệ bắn qua (vì vậy phải được thực hiện trong phần mềm và được thử nghiệm với nguồn điện hạn chế hiện tại) yêu cầu 5 tín hiệu đầu vào, đắt hơn là $ 8,44 mỗi tín hiệu trên mouserhttps://nz.mouser.com/ProductDetail/NXP-Freescale/…datasheet https://nz.mouser.com/datasheet/2/302/MC33883-1126…

với con chip này, bây giờ chúng tôi có thể thiết kế mạch của chúng tôi xung quanh nó

Bước 2: Thiết kế mạch

chúng tôi sẽ sử dụng công cụ trực tuyến EASYEDA (easyeda.com) để thiết kế mạch (không liên kết nhưng công cụ hoạt động ổn và dễ dàng đặt hàng PCB thông qua JLCPCB.com) Từ biểu dữ liệu cho trình điều khiển MC33883, chúng tôi có thể tìm thấy sơ đồ ứng dụng (với bên ngoài mạch bảo vệ) chúng tôi sẽ sao chép mạch này vì chúng tôi không cần phải phát minh lại bánh xe ở đây chỉ cần sử dụng bố cục được đề xuất và các giá trị tụ điện được đề xuất, chúng tôi sẽ thêm điốt zener 18v và tụ điện để giới hạn điện áp nguồn cổng bên dưới MOSFET 20v điển hình tối đa Vgs

Một sự khác biệt mà chúng tôi sẽ thêm vào mạch là các MOSFET song song tùy chọn để tăng khả năng hiện tại để làm điều này, chúng tôi chỉ cần đảm bảo chúng tôi có một điện trở trên cổng của mỗi FET. với FET song song, điện trở này giúp cân bằng tải và đặc tính chuyển mạch của cặp song song (nghiên cứu thêm về tải cao để tránh các vấn đề)

Các quyết định được thực hiện..điện áp tối đa? Tôi đang chạy 24v, vì vậy tôi có thể kết nối VCC và VCC2 của chip mc33883 của tôi với nhau (giới hạn trên vcc2 là 28v nhưng tôi có thể có nguồn cung cấp riêng và có điện áp VCC tối đa là 60v) Làm thế nào để cấp nguồn cho Arduino? Tôi đã đi với một bộ điều chỉnh chuyển mạch 5v 500mA nhỏ được xây dựng sẵn trên một pcb với 3 pinswhich hoạt động giữa 6,5-36v hoàn hảo!. Https: //nz.mouser.com/ProductDetail/490-VXO7805-50… tất cả những gì tôi cần làm là thêm một diode bảo vệ phân cực, các tụ điện đầu vào và đầu ra. xong.

Tôi muốn có thể nhận được điện áp của pin và tắt khi nó ở mức thấp nên một bộ chia điện áp để giới hạn điện áp cho các chân Arduino của tôi. 8 miếng đệm điện trở 2paralled và 4 series loos như thế này + == | == - điều này có nghĩa là tôi có thể dễ dàng cấu hình nó theo cách khác mà không cần có giá trị cụ thể và 2 kỹ thuật số (hoặc pwm) cho các FET bên thấp và chúng tôi cũng cần 1 dòng kích hoạt cho trình điều khiển mà bạn có thể yêu thích với một số loại logic cổng NAND (và có thể bị trễ) để phần cứng bắn qua bảo vệ nếu bạn cần.

Đầu vào tôi đã chọn sử dụng tất cả các đầu vào Analog cho điều tiết, kích hoạt, hướng và cắt chủ yếu để đảm bảo chúng có sẵn và được chia ra tất cả đều có miếng đệm cho điện trở kéo xuống và có sẵn chân 5v và các đầu vào hoạt động như hoạt động khi ở mức cao. (Nếu kích hoạt dòng hoạt động thấp và van tiết lưu bị kẹt nếu dây 5v bị đứt, động cơ sẽ chạy liên tục)

Tôi bao gồm một tiêu đề đầu ra 5 chân + nối đất cho chỉ báo pin LED / truy cập vào các chân (chân kỹ thuật số còn lại) cũng bao gồm một tiêu đề cho chân PWM cuối cùng còn lại (một lưu ý trên PWM là tôi đã chọn đặt các chân cắm bên cao, chân cắm bên thấp, và Mỗi đầu ra PWM trên các kênh hẹn giờ riêng biệt của Arduino, điều này sẽ cho phép tôi chơi với các bộ hẹn giờ khác nhau, v.v.)

Bước 3: Lựa chọn thành phần

Đối với bo mạch này, tôi quyết định hàn các thành phần chủ yếu là bề mặt, việc hàn smd không quá khó nếu bạn lựa chọn thiết bị của mình một cách khôn ngoan. Các thành phần kích thước 805 cho điện trở và tụ điện khá đơn giản để hàn mà không cần sự hỗ trợ của kính hiển vi và chỉ cần nhíp để xử lý.

một số người nói 0603 không quá tệ nhưng nó đang bắt đầu đẩy giới hạn.

thợ làm kính, tôi thấy một chút khó khăn để điều động

Danh sách thành phần từ nguồn đến trình điều khiển đến kỹ thuật số (những gì tôi đã sử dụng)

8x TO220 N-ch mosfet 60V 80A IPP057N06N3 G4x 1N5401-G diode công suất đa năng 100v 3A (đỉnh 200A) (những sai lầm này, tôi nên sử dụng điốt Schottky xem chúng hoạt động như thế nào) Điện trở 8x 0805 50ohm2x 0805 Điện trở 10ohm2x 0805 Tụ gốm 10nF 50V (mạch bảo vệ)

2x 18v zener diode 0.5W ZMM5248B (mạch bảo vệ) 1x nxp MC33883 Trình điều khiển cổng cầu H1x 0805 33nF 50V tụ gốm (cho trình điều khiển)

Tụ gốm 2x 0805 470nF 50V (cho trình điều khiển)

1x diode bảo vệ phân cực thông qua lỗ chung (đã có nó) 1x 3pin bộ chuyển đổi dc / dc tối đa 36vin 5v ra VXO7805-500

Tụ điện 3x smd 10uF 50V 5x5.3mm3x 0805 Tụ gốm 1uF 50V (mạch logic 5v)

Điện trở 9x 0805 10k (kéo xuống và bộ chia điện áp được định cấu hình để tạo ra 15k) Điện trở 4x 0803 3k (được cấu hình nối tiếp song song để duy trì 3k.. một sự lãng phí mà tôi biết) chiết áp vv

Tôi đã đặt hàng các bộ phận của mình từ mouser.com và đặt hàng hầu hết các bộ phận với số lượng 10 cái và thêm một số bộ phận khác với tổng số nz $ 60 để được miễn phí vận chuyển đến New Zealand (tiết kiệm ~ nz $ 30)

Tổng chi phí thành phần của bản xây dựng khoảng US $ 23 + (bất cứ thứ gì bạn mua thêm để nhận được ưu đãi tốt hơn MUA SỐ LƯỢNG LỚN) + pcb

Bước 4: THIẾT KẾ PCB

Bây giờ chúng tôi đã chọn các thành phần và hy vọng có chúng trên đường chúng tôi có thể xác nhận các gói thành phần trong giản đồ và bắt đầu bố trí bố cục boardPCB của chúng tôi là một hình thức nghệ thuật mà tôi không cố gắng dạy nó. Hãy thử youtube cho điều đó. Điều tôi có thể làm là chỉ ra những sai lầm của tôi trên bảng này

Tôi đặt các mosfet của mình nằm ngang. Tôi đã thiết kế cầu H của mình để hoạt động với giải pháp tản nhiệt theo kế hoạch của tôi và kết quả là tôi có các dấu vết công suất hẹp hơn đáng kể so với mong muốn. Tôi đã bù đắp bằng cách tăng gấp đôi các dấu vết ở phía dưới cùng của bo mạch và loại bỏ mặt nạ hàn để tôi có thể thêm chất hàn để tăng khả năng xử lý hiện tại Các kết nối nguồn. Tôi quyết định sử dụng miếng đệm 10x10mm lớn để hàn trực tiếp cáp hàn cho các kết nối + v -v motorA và motorB thay vì đầu nối vít, v.v. những miếng đệm này. cuộc sống sẽ dễ dàng hơn nếu tôi đặt những miếng đệm này ở phía đối diện của bảng với các tấm tản nhiệt

Tôi nên tăng kích thước của vias cho các điốt freewheel xuyên lỗ. do đó, chúng hiện đã được gắn trên bề mặt (hãy chú ý đến kích thước gói hàng của bạn

chuyển đổi thiết kế của bạn sang tệp Gerber và gửi nó đến nhà chế tạo PCB yêu thích của bạn, tôi có thể giới thiệu JLCPCB họ đã làm rất tốt cho tôi và giá cả hợp lý

Bước 5: Lắp ráp và KIỂM TRA BAN !

Bây giờ bạn có các bộ phận và PCB của mình, thời gian để lắp ráp và hàn có thể là một hoặc 2 giờ

trước tiên, hãy kiểm tra xem bạn có tất cả các bộ phận và PCB của bạn đang ở trong tình trạng tốt, tập hợp các công cụ của bạn lại với nhau. cơ bản bạn sẽ cần hàn bấc làm mát bàn ủi và hoặc kìm cắt mút hàn

như tôi đã nói 0805 các bộ phận không quá khó khi bắt đầu với các thành phần nhỏ nhất, đầu tiên, nắp, diodestors khi IC cài đặt Arduino trực tiếp hoặc với các tiêu đề để có thể tháo lắp, hãy cài đặt các tiêu đề

KIỂM TRA BAN CHO MẠCH NGẮN

bây giờ hãy tải bản phác thảo nhấp nháy vào Arduino và rút USB và cấp nguồn cho bo mạch từ pin hoặc nguồn điện để đảm bảo phần điều chỉnh hoạt động chính xác, hãy cài đặt các mosfet cuối cùng

KIỂM TRA BAN CHO MẠCH NGẮN

tải lên phần mềm trình điều khiển và cấp nguồn cho bo mạch từ nguồn cung cấp hạn chế hiện tại nói rằng 100mA nên rất nhiều chúng tôi muốn đảm bảo cầu H ở tất cả các trạng thái để đảm bảo không có trường hợp bắn qua. nếu có nguồn cung cấp sẽ ngay lập tức giới hạn hiện tại và bo mạch có thể sẽ tắt do điện áp thấp

bảng của bạn bây giờ đã sẵn sàng để lái một động cơ hoặc 2