Motorista de motor de alta corrente DIY (ponte h): 5 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

O projeto é atualizar os motores e eletrônicos desta moto quadriciclo infantil Power Wheels. Incomodada com o desempenho desta mini-quadriciclo 12V. planejamos atualizar para um sistema 24v com 2 novos motores escovados traxxis 775 depois de pesquisar placas de driver de motor disponíveis comercialmente e descobrir que a maioria era meio covarde (veja a foto de comparação incluída) ou um tanto cara. Decidi projetar uma solução simples baseada em Arduino.

24v mínimo

controle bidirecional do motor

Controle PWM

capaz de alta corrente escalonável (100AMP)

componentes mínimos

5v stepdown para lógica

sensor de tensão da bateria

adruino nano controler

acesso a entradas para usos específicos (acelerador [incluindo compensação superior e inferior], direção, habilitar, 1extra)

acesso a pinos não utilizados para saídas (led para fora)

a solução óbvia é usar o circuito de ponte H baseado em mosfet

vou mostrar como projetei e construí meu driver H-bridge de alta corrente

Etapa 1: Encontre um IC de driver de ponte H

o IC do driver H-bridge é o chip entre as saídas do Arduino e do MOSFET. este IC recebe sinais HIGH / LOW do Arduino e emite o mesmo sinal reforçado para acionar as portas MOSFET, especificamente sua função mais importante é aumentar a tensão para as fets laterais altas acima de VCC (bateria + entrada) permitindo o uso de todos N-MOSFETs alguns drivers também têm circuitos especiais para evitar o disparo (quando 2 fets criam um curto-circuito direto para o solo, destruindo os fets.) Eu finalmente decidi no driver NXP MC33883 Full H-bridge IC escolhido porque - inclui 2 meias pontes (então eu só preciso de 1 IC) - bomba de carga embutida do lado alto - requer apenas 7 componentes adicionais (incluindo circuito de proteção) - opera com entrada de 5,5-60 V (com bloqueio de sub e sobretensão) -1amp pico de corrente de acionamento

negativos; infelizmente, não tem proteção de passagem (então deve ser feito no software e testado com fonte de alimentação limitada) requer 5 sinais de entrada bastante caros em $ 8,44 cada no mouserhttps://nz.mouser.com/ProductDetail/NXP-Freescale/…datasheet

com esse chip em mente, agora podemos projetar nosso circuito em torno dele

Etapa 2: Projeto do circuito

usaremos a ferramenta online EASYEDA (easyeda.com) para projetar o circuito (não afiliado, mas a ferramenta funciona bem e fácil pedido de PCB através de JLCPCB.com) A partir da ficha do driver MC33883, podemos encontrar o esquema do aplicativo (com externo circuito de proteção) copiaremos este circuito, pois não precisamos reinventar a roda aqui, apenas use o layout recomendado e os valores de capacitor recomendados, adicionaremos os diodos zener de 18v e os capacitores para limitar a tensão da porta-fonte abaixo do típico MOSFET 20v max Vgs

A única diferença que adicionaremos ao circuito são os MOSFETs em paralelo opcionais para aumentar a capacidade de corrente. Para isso, precisamos apenas garantir que temos um resistor na porta de cada FET. com FETs paralelos, este resistor ajuda a equilibrar a carga e as características de comutação do par paralelo (pesquise mais para carregamento alto para evitar problemas)

Decisões a serem tomadas … tensão máxima? Estou executando 24v, então posso ligar VCC e VCC2 do meu chip mc33883 (o limite no vcc2 é 28v, mas eu poderia ter alimentação separada e ter uma tensão VCC máxima de 60v) Como alimentar o Arduino? Eu escolhi um pequeno regulador de comutação 5v 500mA que vem pré-construído em um pcb com 3 pinos que opera entre 6,5-36v perfeito!. Https: //nz.mouser.com/ProductDetail/490-VXO7805-50 … tudo que eu preciso fazer é adicione um diodo de proteção de polaridade, capacitores de entrada e saída. feito.

Eu quero ser capaz de obter a tensão da bateria e desligar quando estiver baixa, então um divisor de tensão para limitar a tensão para meus pinos do Arduino. 8 resistor pads 2paralled e 4 series loos como este + == | == - isso deve significar que eu posso facilmente configurá-lo de forma diferente sem ter valores específicos. Calcule quais saídas precisamos do Arduino para o driver, precisamos de 2 PWM para os FETs do lado alto e 2 digitais (ou pwm) para os FETs do lado baixo e também precisamos de 1 linha de habilitação para o driver que você poderia imaginar com algum tipo de lógica de porta NAND (e talvez no atraso) para filmar hardware por meio de proteção, se necessário.

As entradas que escolhi usar todas as entradas analógicas para aceleração, habilitação, direção e corte, principalmente para garantir que estivessem disponíveis e interrompidas, todas têm almofadas para resistores suspensos e um pino de 5 V disponível e as entradas funcionam como ativas quando altas. (Se habilitado a linha estava ativa baixa e o acelerador estava preso se o fio de 5v fosse quebrado, os motores funcionariam continuamente)

saídasEu incluí um conector de saída de 5 pinos + terra para indicador de bateria LED / acesso aos pinos (pinos digitais restantes) também incluído é um cabeçalho para o último pino PWM restante (uma nota sobre PWM eu escolhi colocar conjuntos laterais altos, baixos e Cada saída PWM em canais de temporizador separados do Arduino deve permitir-me brincar com os temporizadores de forma diferente, etc., etc.)

Etapa 3: Seleção de componentes

para esta placa, decidi ir principalmente com componentes de montagem em superfície que soldam smd não é muito difícil se você escolher seus dispositivos com sabedoria. Os componentes de tamanho 805 para resistores e capacitores são muito simples de soldar sem o auxílio de um microscópio e apenas pinças são necessárias para o manuseio.

algumas pessoas dizem que 0603 não é tão ruim, mas está começando a ultrapassar o limite.

zeners de vidro que achei um pouco complicado de manobrar

Lista de componentes de alimentação para driver para digital (o que eu usei)

8x TO220 N-ch mosfets 60V 80A IPP057N06N3 G4x 1N5401-G diodo de potência de uso geral 100v 3A (200A de pico) (estes estão errados, eu deveria ter usado diodos Schottky para ver como funcionam) 8x 0805 resistor 50ohm2x 0805 resistor cerâmico de 10ohm 2x 0805 10nF 50V capacitor cerâmico (circuito de proteção)

2x diodo zener 18 V 0,5 W ZMM5248B (circuito de proteção) 1x nxp MC33883 H-bridge gate driver1x 0805 33nF 50V capacitor de cerâmica (para driver)

2x 0805 470nF 50V capacitor de cerâmica (para driver)

1x diodo de proteção de polaridade através do orifício genérico (já o tinha) 1x conversor CC / CC de 3 pinos máx. 36vin 5v de saída VXO7805-500

3x smd 10uF 50V capacitor eletrolítico 5x5,3 mm 3x 0805 capacitor de cerâmica 1uF 50V (circuitos lógicos de 5v)

9x 0805 10k resistor (pulldowns e divisor de tensão configurado para fazer 15k) 4x 0803 3k resistor (série configurada paralela para permanecer 3k.. um desperdício, eu sei) 2x 10k potenciômetros trimmer através de orifício 1x Arduino nanovarious cabeçalhos, dissipadores de calor, outros itens como interruptores, potenciômetro etc

Encomendei minhas peças no mouser.com e encomendei a maioria das peças em lotes de 10 e adicionei várias outras peças a um total de nz $ 60 para obter frete grátis para a Nova Zelândia (uma economia de ~ nz $ 30)

Custo total do componente de construção de cerca de US $ 23 + (o que quer que você compre a mais para conseguir um melhor negócio COMPRAR A GRANEL) + pcb

Etapa 4: PROJETO DE PCB

Agora que selecionamos os componentes e esperamos tê-los no caminho, podemos confirmar os pacotes de componentes no esquema e começar a fazer o layout de nossa placa. O layout do PCB é uma forma de arte e não vou tentar ensiná-lo. Experimente o youtube para isso. O que posso fazer é apontar meus erros neste fórum

Coloquei meus mosfets na horizontal, projetei meu H-bridge para funcionar com minha solução de dissipador de calor planejada e, como resultado, tenho traços de energia que são significativamente mais estreitos do que eu gostaria que fossem. Compensei dobrando os traços do lado inferior da placa e removendo a máscara de solda para que eu pudesse adicionar solda para aumentar as conexões de energia de manuseio de corrente. Decidi usar almofadas grandes de 10x10mm para direcionar cabos de solda para conexões + v -v motorA e motorB em vez de terminais de parafuso etc. essas almofadas. a vida seria mais fácil se eu tivesse colocado essas almofadas do lado oposto da placa nos dissipadores de calor

Eu deveria ter aumentado o tamanho das vias para os diodos de roda livre através do orifício. como resultado, eles agora são montados na superfície (preste atenção aos tamanhos dos seus pacotes

converta seu projeto em um arquivo Gerber e envie para o seu fabricante de PCB favorito, posso recomendar o JLCPCB, eles fizeram um bom trabalho para mim e com preços razoáveis

Etapa 5: Monte e TESTE A PLACA

Agora que você tem suas peças e PCBs, é hora de montar e soldar leva talvez uma ou 2 horas

primeiro, verifique se você tem todas as peças e se sua placa de circuito impresso está em boas condições, reúna suas ferramentas. Noções básicas, você precisará de ferros de soldaoldertweezerssolder wick e / ou solder suckerflush cut cut alicate

como eu disse, as peças 0805 não são muito difíceis de começar com os menores componentes primeiro, resistores, tampas e diodos, quando o IC instala o Arduino diretamente ou com cabeçalhos para remoção, instale os cabeçalhos

TESTE A PLACA PARA CURTOS CIRCUITOS

agora carregue o esboço intermitente para o Arduino e desconecte o USB e ligue a placa de uma bateria ou fonte de alimentação para garantir que a seção do regulador está funcionando corretamente instale os mosfets por último

TESTE A PLACA PARA CURTOS CIRCUITOS

carregue o software do driver e alimente a placa com uma fonte limitada atual, digamos que 100mA deve ser suficiente; queremos garantir a ponte H em todos os estados para garantir que não haja nenhum evento de disparo direto. provavelmente desligará devido à baixa tensão

sua placa agora está pronta para acionar um motor ou 2