Driver do motor DC usando Power Mosfets [PWM Controlado, 30A Half Bridge]: 10 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Fonte principal (Baixe Gerber / Solicite o PCB):

Passo 1:

Os motores DC estão por toda parte, desde aplicações de hobby até robótica e áreas industriais. Portanto, há uma ampla utilização e solicitação de drivers de motor CC adequados e potentes. Neste artigo, aprenderemos a construir um. Você pode controlá-lo usando um microcontrolador, um Arduino, um Raspberry Pi ou até mesmo um chip gerador PWM autônomo. Usando um dissipador de calor adequado e métodos de resfriamento, este circuito pode lidar com correntes de até 30A.

[1]: Análise do circuito O coração do circuito é um chip driver IR2104 MOSFET [1]. É um IC driver MOSFET popular e aplicável. O diagrama esquemático do circuito demonstrado na figura-1.

Etapa 2: Figura 1, o diagrama esquemático do poderoso driver do motor DC

Etapa 3:

De acordo com a folha de dados IR2104 [1]:”Os IR2104 (S) são drivers MOSFET e IGBT de alta tensão e alta velocidade com canais de saída referenciados no lado alto e baixo dependentes. As tecnologias proprietárias HVIC e CMOS imune a trava permitem uma construção monolítica robusta. A entrada lógica é compatível com a saída CMOS ou LSTTL padrão, até a lógica de 3,3V. Os drivers de saída apresentam um estágio de buffer de corrente de alto pulso projetado para condução cruzada mínima do driver. O canal flutuante pode ser usado para acionar um MOSFET ou IGBT de potência do canal N na configuração do lado alto, que opera de 10 a 600 volts.” O IR2104 aciona os MOSFETs [2] em uma configuração de meia ponte. Não há problema com a alta capacitância de entrada dos MOSFETs IRFP150. Essa é a razão pela qual os drivers MOSFET como IR2104 são úteis. Os capacitores C1 e C2 são usados para reduzir o ruído do motor e EMI. A tensão máxima tolerável dos MOSFETs é 100V. Então eu usei capacitores de 100 V, pelo menos. Se você tiver certeza de que a tensão de carga não ultrapassa um limite (por exemplo, um motor de 12 Vcc), você pode diminuir as tensões dos capacitores para 25 V, por exemplo, e aumentar seus valores de capacitância (por exemplo, 1000uF-25 V). O pino SD foi puxado para baixo com um resistor de 4,7K. Em seguida, você deve aplicar uma tensão de nível lógico de estado estacionário a este pino para ativar o chip. Você deve injetar seu pulso PWM no pino IN também.

[2]: Placa PCB

O layout do PCB do esquema demonstrado na figura-2. Ele é projetado de forma a reduzir o ruído e transiente para ajudar na estabilidade do dispositivo.

Etapa 4: Figura 2, Layout de PCB projetado para o esquema do driver do motor

Eu não tinha a pegada do PCB e os símbolos esquemáticos dos componentes IR2104 [1] e IRFP150 [2]. Portanto, eu uso os símbolos fornecidos pela SamacSys [3] [4], em vez de perder meu tempo e projetar as bibliotecas do zero. Você pode usar o “mecanismo de busca de componentes” ou um plugin CAD. Como usei o Altium Designer para desenhar o esquema e o PCB, usei diretamente o plugin SamacSys Altium [5] (figura 3).

Etapa 5: Figura 3, Bibliotecas de componentes selecionados para IR2104 e IRFN150N

A Figura 4 mostra uma visão 3D da placa PCB. A visualização 3D melhora o procedimento de inspeção da placa e a colocação do componente.

Etapa 6: Figura 4, uma vista 3D da placa PCB do driver do motor

[3] AssemblySo vamos construir e construir o circuito. Acabei de usar uma placa PCB semi-caseira para poder montar rapidamente a placa e testar o circuito (figura 5).

Etapa 7: Figura 5, o primeiro protótipo do projeto (em uma PCB semi-caseira), vista superior

Depois de ler este artigo, você tem 100% de certeza sobre o verdadeiro funcionamento do circuito. Portanto, encomende o PCB a uma empresa profissional de fabricação de PCB, como a PCBWay, e divirta-se com sua solda e placa montada. A Figura 6 mostra uma vista inferior da placa PCB montada. Como você pode ver, algumas trilhas não foram totalmente cobertas com a máscara de solda. O motivo é que essas trilhas podem carregar uma quantidade significativa de corrente, portanto, precisam de suporte extra de cobre. Uma trilha de PCB normal não pode tolerar uma grande quantidade de corrente e, eventualmente, vai aquecer e queimar. Para superar este desafio (com um método barato), você deve soldar um fio de cobre nu espesso (figura 7) nas áreas descobertas. Este método aumenta a capacidade de transmissão atual da pista.

Etapa 8: Figura 6, uma vista inferior do protótipo da placa PCB, as trilhas descobertas

Etapa 9: Figura 7, um fio de cobre espesso e nu

[4] Teste e medição O vídeo do YouTube fornecido demonstra um teste real da placa com o motor DC do limpador de pára-brisa de um carro como uma carga. Forneci ao pulso PWM um gerador de função e examinei os pulsos nos fios do motor. Além disso, a correlação linear do consumo de corrente da carga com o ciclo de trabalho PWM foi demonstrada.

[5] Lista de materiais

A Tabela 1 mostra a lista de materiais.

Etapa 10: Tabela 1, Lista de materiais de circuito

Referências [1]:

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[3]:

[4]:

[5]:

[6]: Fonte (Gerber Download / Pedido do PCB)