Güç Mosfetlerini Kullanan DC Motor Sürücüsü [PWM Kontrollü, 30A Yarım Köprü]: 10 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Ana Kaynak (Gerber'i İndirin/PCB'yi Sipariş Edin):

Aşama 1:

DC motorlar, hobi uygulamalarından robotik ve endüstriyel alanlara kadar her yerdedir. Bu nedenle uygun ve güçlü DC motor sürücüleri için geniş bir kullanım ve talep vardır. Bu yazıda, bir tane yapmayı öğreneceğiz. Bir Mikrodenetleyici, bir Arduino, bir Raspberry Pi veya hatta bağımsız bir PWM jeneratör çipi kullanarak kontrol edebilirsiniz. Uygun bir soğutucu ve soğutma yöntemleri kullanılarak bu devre 30A'e kadar akımları işleyebilir.

[1]: Devre AnaliziDevrenin kalbi bir IR2104 MOSFET sürücü çipidir [1]. Popüler ve uygulanabilir bir MOSFET sürücü IC'sidir. Şekil-1'de gösterilen devrenin şematik diyagramı.

Adım 2: Şekil-1, Güçlü DC Motor Sürücüsünün Şematik Diyagramı

Aşama 3:

IR2104 veri sayfasına [1] göre:”IR2104(S), bağımlı yüksek ve düşük taraf referanslı çıkış kanallarına sahip yüksek voltajlı, yüksek hızlı güçlü MOSFET ve IGBT sürücüleridir. Tescilli HVIC ve mandal bağışıklı CMOS teknolojileri, sağlamlaştırılmış monolitik yapı sağlar. Mantık girişi, 3,3V mantığına kadar standart CMOS veya LSTTL çıkışıyla uyumludur. Çıkış sürücüleri, minimum sürücü çapraz iletimi için tasarlanmış yüksek darbe akımı tampon aşamasına sahiptir. Yüzer kanal, 10 ila 600 volt arasında çalışan yüksek taraf konfigürasyonunda bir N-kanallı güç MOSFET veya IGBT'yi sürmek için kullanılabilir." IR2104, MOSFET'leri [2] yarım köprü konfigürasyonunda çalıştırır. IRFP150 MOSFET'lerin yüksek giriş kapasitansı ile ilgili herhangi bir sorun yoktur. IR2104 gibi MOSFET sürücülerinin kullanışlı olmasının nedeni budur. C1 ve C2 kapasitörleri, motorun gürültüsünü ve EMI'yi azaltmak için kullanılır. Maksimum tolere edilebilir MOSFET voltajı 100V'dir. Bu yüzden en az 100V dereceli kapasitörler kullandım. Yük voltajınızın bir eşiği geçmediğinden eminseniz (örneğin bir 12V DC motor), örneğin kondansatörlerin voltajlarını 25V'a düşürebilir ve bunun yerine kapasitans değerlerini artırabilirsiniz (örneğin 1000uF-25V). SD pimi 4.7K'lık bir dirençle aşağı çekildi. Daha sonra çipi etkinleştirmek için bu pime sabit durum mantık seviyesi voltajı uygulamalısınız. PWM darbenizi IN pinine de enjekte etmelisiniz.

[2]: PCB Kartı

Şekil-2'de gösterilen devre şemasının PCB yerleşimi. Cihazın stabilitesine yardımcı olmak için gürültüyü ve geçiciliği azaltacak şekilde tasarlanmıştır.

Adım 4: Şekil-2, Motor Sürücü Şeması için Tasarlanan PCB Düzeni

IR2104 [1] ve IRFP150 [2] bileşenlerinin PCB ayak izine ve şematik sembollerine sahip değildim. Bu nedenle zamanımı boşa harcamak ve kütüphaneleri sıfırdan tasarlamak yerine SamacSys tarafından sağlanan sembolleri [3] [4] kullanıyorum. “Bileşen arama motorunu” veya bir CAD eklentisini kullanabilirsiniz. Şematik ve PCB çizmek için Altium Designer kullandığım için, doğrudan SamacSys Altium eklentisini [5] kullandım (şekil-3).

Adım 5: Şekil-3, IR2104 ve IRFN150N için Seçilmiş Bileşen Kitaplıkları

Şekil-4, PCB kartının 3 boyutlu görünümünü göstermektedir. 3D görünüm, kart ve bileşen yerleşiminin inceleme prosedürünü iyileştirir.

Adım 6: Şekil-4, Motor Sürücüsü PCB Kartının 3D Görünümü

[3] MontajÖyleyse devreyi kuralım ve kuralım. Kartı hızlı bir şekilde monte edebilmek ve devreyi test edebilmek için yarı ev yapımı bir PCB kartı kullandım (şekil-5).

Adım 7: Şekil-5, Tasarımın İlk Prototipi (Yarı ev yapımı bir PCB üzerinde), Üstten Görünüm

Bu makaleyi okuduktan sonra, devrenin gerçek çalışmasından %100 eminsiniz. Bu nedenle PCB'yi PCBWay gibi profesyonel bir PCB imalat şirketine sipariş edin ve lehimleme ve montajlı kartınızla eğlenin. Şekil-6, monte edilmiş PCB kartının alttan görünüşünü göstermektedir. Gördüğünüz gibi, bazı izler lehim maskesiyle tamamen kapatılmamış. Bunun nedeni, bu rayların önemli miktarda akım taşıyabilmesidir, bu nedenle ekstra bakır desteğine ihtiyaç duyarlar. Normal bir PCB izi yüksek miktarda akımı tolere edemez ve sonunda ısınır ve yanar. Bu zorluğun üstesinden gelmek için (ucuz bir yöntemle) açıkta kalan alanlara kalın bir çıplak bakır tel (şekil-7) lehimlemeniz gerekir. Bu yöntem, izin mevcut iletim kapasitesini artırır.

Adım 8: Şekil-6, PCB Kartı Prototipinin Alttan Görünümü, Kapsanmayan Parçalar

Adım 9: Şekil-7, Kalın Çıplak Bakır Tel

[4] Test ve ÖlçümSağlanan YouTube videosu, yük olarak bir arabanın ön cam silecek DC motoruyla kartın gerçek bir testini gösterir. PWM darbesini bir fonksiyon üreteci ile sağladım ve motor kablolarındaki darbeleri inceledim. Ayrıca, yükün mevcut tüketiminin PWM görev döngüsü ile doğrusal korelasyonu da gösterilmiştir.

[5] Malzeme Listesi

Tablo-1 malzeme listesini göstermektedir.

Adım 10: Tablo-1, Devre Malzemeleri Listesi

Referanslar [1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]:

[6]: Kaynak (Gerber İndirme/PCB'yi Sipariş Etme)