DIY Yüksek Akım Motor Sürücüsü (h-köprü): 5 Adım

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

Proje, bu Power Wheels çocuk dörtlü bisikletindeki motorları ve elektroniği yükseltmektir. Bu 12V mini-dörtlü'nün performansından bunalmış durumda. piyasada bulunan motor sürücü kartlarını araştırdıktan ve çoğunun biraz zayıf (karşılaştırma fotoğrafına bakın) veya oldukça pahalı olduğunu gördükten sonra 2 yeni traxxis 775 fırçalı motorla 24v sisteme yükseltmeyi planladık basit bir Arduino tabanlı çözüm tasarlamaya karar verdim

24v minimum

çift yönlü motor kontrolü

PWM kontrolü

ölçeklenebilir yüksek akım kapasiteli (100AMP)

minimum bileşenler

mantık için 5v adım atma

akü voltajı algısı

adruino nano denetleyici

belirli kullanımlar için girişlere erişim (gaz kelebeği [üst ve alt trim dahil], yön, etkinleştirme, 1 ekstra)

çıkışlar için kullanılmayan pinlere erişim (led out)

bariz çözüm, mosfet tabanlı H-köprü devresini kullanmaktır.

size yüksek akım H-köprü sürücümü nasıl tasarladığımı ve inşa ettiğimi göstereceğim

1. Adım: Bir H-köprü Sürücü IC'si bulun

H-köprü sürücüsü IC, Arduino ve MOSFET çıkışları arasındaki çiptir. Bu IC, Arduino'dan YÜKSEK/DÜŞÜK sinyaller alır ve MOSFET kapılarını sürmek için aynı yükseltilmiş sinyali verir, özellikle en önemli işlevi, VCC'nin (pil + giriş) üzerindeki yüksek taraf fetlerine voltajı artırmak ve tüm cihazların kullanımına izin vermektir. N-MOSFET'lerin bazı sürücülerinin ayrıca ateş etmeyi önlemek için özel devreleri vardır (2 fet, fet'leri yok ederek toprağa doğrudan bir kısa devre oluşturduğunda.) Sonunda NXP MC33883 Tam H-köprü sürücüsü IC'yi seçtim çünkü - 2 yarım köprü içeriyor (bu yüzden sadece 1 IC'ye ihtiyacım var)- dahili yüksek taraf şarj pompası- sadece 7 ek bileşen gerektirir (koruma devresi dahil)- 5.5-60V girişle çalışır (düşük ve aşırı volt kilitlemeli)-1amp tepe sürücü akımı

negatif, ne yazık ki, koruma yoluyla koruma yoktur (bu nedenle yazılımda yapılmalı ve mevcut sınırlı güç kaynağı ile test edilmelidir) farede her biri 8,44 ABD doları olan oldukça pahalı 5 giriş sinyali gerektirirhttps://nz.mouser.com/ProductDetail/NXP-Freescale/…datasheet https://nz.mouser.com/datasheet/2/302/MC33883-1126…

Bu çipi göz önünde bulundurarak, artık devremizi onun etrafında tasarlayabiliriz.

Adım 2: Devre Tasarımı

devreyi tasarlamak için çevrimiçi aracı EASYEDA'yı (easyeda.com) kullanacağız (bağlı değil ancak araç düzgün çalışıyor ve JLCPCB.com aracılığıyla PCB'nin kolay siparişi) MC33883 sürücüsü için veri sayfasından uygulama şemasını bulabiliriz (harici ile koruma devresi) burada tekerleği yeniden icat etmemize gerek olmadığı için bu devreyi kopyalayacağız, sadece önerilen düzeni ve önerilen kapasitör değerlerini kullanın, kapı kaynağı voltajını tipik MOSFET 20v'nin altında tutmak için 18v zener diyotları ve kapasitörleri ekleyeceğiz maksimum Vgs

Devreye ekleyeceğimiz tek fark, akım kapasitesini artırmak için isteğe bağlı paralel MOSFET'ler, bunu yapmak için sadece her FET'in kapısında bir direnç olduğundan emin olmamız gerekiyor. paralel FET'lerle bu direnç, paralel çiftin yük ve anahtarlama özelliklerini dengelemeye yardımcı olur (sorunları önlemek için yüksek yükleme için daha fazla araştırma yapın)

Alınacak kararlar..max voltaj? 24v çalıştırıyorum, böylece mc33883 çipimin VCC ve VCC2'sini birbirine bağlayabilirim (vcc2'deki sınır 28v ama ayrı beslemeye sahip olabilir ve maksimum VCC voltajı 60v olabilir) Arduino'ya nasıl güç verilir? 6,5-36v arasında çalışan 3 pinli bir pcb üzerinde önceden oluşturulmuş küçük bir 5v 500mA anahtarlama regülatörü ile gittim mükemmel!.https://nz.mouser.com/ProductDetail/490-VXO7805-50…Tek yapmam gereken bir polarite koruma diyotu, giriş ve çıkış kapasitörleri ekleyin. tamamlamak.

Akü voltajını alabilmek ve düşük olduğunda kapanmak istiyorum, böylece voltajı Arduino pinlerime sınırlamak için bir voltaj bölücü. 8 direnç pedi, bunun gibi 2 paralel ve 4 seri loos +==|==- bu, belirli değerlere sahip olmadan kolayca farklı şekilde yapılandırabileceğim anlamına gelmelidir. ve düşük taraf FET'ler için 2 dijital (veya pwm) ve ayrıca, ihtiyacınız olduğunda koruma yoluyla donanım çekimi için bir tür NAND geçit mantığıyla (ve belki gecikmeli olarak) fantezi alabileceğiniz sürücü için 1 etkinleştirme hattına ihtiyacımız var.

Girişler, temel olarak kullanılabilir olduklarından ve bozulduklarından emin olmak için tüm Analog girişleri gaz kelebeği, etkinleştirme, yön ve kırpma için kullanmayı seçtim. hat etkindi ve gaz kelebeği sıkışmıştı 5v kablosu kopsa motorlar sürekli çalışacaktı)

çıkışlarLED pil göstergesi/pimlere erişim (kalan dijital pimler) için bir 5pin +toprak çıkış başlığı dahil ettim, ayrıca kalan son PWM pimi için bir başlık (PWM ile ilgili bir not, yüksek taraf fet'leri, düşük taraf fet'leri koymayı seçtim ve Arduino'nun ayrı zamanlayıcı kanallarında her biri PWM çıkışı bu, zamanlayıcılarla farklı şekilde oynamama izin vermeli vb.)

Adım 3: Bileşen Seçimi

Bu kart için, esas olarak yüzeye montaj bileşenleri ile gitmeye karar verdim, cihazlarınızı akıllıca seçerseniz smd lehimleme çok zor değil. Dirençler ve kapasitörler için 0805 boyutlu bileşenler, mikroskop yardımı olmadan lehimlemek için oldukça basittir ve kullanım için sadece cımbız gereklidir.

Bazı insanlar 0603'ün çok da kötü olmadığını ama sınırı zorlamaya başladığını söylüyor.

cam zenerler manevra yapmak için biraz zor buldum

Güçten sürücüye ve dijitale kadar bileşen listesi (kullandıklarım)

8x TO220 N-ch mosfetler 60V 80A IPP057N06N3 G4x 1N5401-G genel amaçlı güç diyotu 100v 3A (200A tepe) (bunlar yanlış, Schottky diyot kullanmalıydım bakalım nasıl gidiyorlar)8x 0805 50ohm rezistör2x 0805 10ohm rezistör2x 0805 seramik 10nF (koruma devresi)

2x 18v zener diyot 0,5W ZMM5248B (koruma devresi)1x nxp MC33883 H-köprü kapısı sürücüsü1x 0805 33nF 50V seramik kondansatör (sürücü için)

2x 0805 470nF 50V seramik kondansatör (sürücü için)

1x genel delikten polarite koruma diyotu (zaten vardı)1x 3pin dc/dc dönüştürücü maks. 36vin 5v çıkış VXO7805-500

3x smd 10uF 50V 5x5.3mm elektrolitik kapasitör3x 0805 1uF 50V seramik kapasitör (5v mantık devreleri)

9x 0805 10k direnç (15k yapacak şekilde yapılandırılmış açılır ve voltaj bölücü)4x 0803 3k direnç (3k kalacak şekilde paralel olarak yapılandırılmış seri.. biliyorum israf)2x 10k açık delik düzeltici potansiyometre1x Arduino nanoçeşitli başlıklar, soğutucular, anahtarlar gibi diğer öğeler, potansiyometre vb

Parçalarımı mouser.com'dan sipariş ettim ve çoğu parçayı 10'lu lotlar halinde sipariş ettim ve Yeni Zelanda'ya ücretsiz gönderim almak için toplam 60 nz$'a birkaç parça daha ekledim (~30 nz$ tasarruf)

Toplam bileşen maliyeti yaklaşık 23 ABD Doları + (daha iyi anlaşma için fazladan ne alırsanız alın TOPLU SATIN AL) + pcb

Adım 4: PCB TASARIMI

Şimdi bileşenleri seçtik ve umarım onları şematikte bileşen paketlerini onaylayabilmemiz ve boardPCB düzenimizi düzenlemeye başlayabilmemiz için yoldayız. Bunun için youtube'u deneyin. Yapabileceğim bu panodaki hatalarımı belirtmek

Mosfetlerimi yatay koydum H-köprümü planladığım soğutucu çözümümle çalışacak şekilde tasarladım ve sonuç olarak, olmasını istediğimden çok daha dar güç izlerim var. Kartın alt tarafındaki izleri ikiye katlayarak ve lehim maskesini çıkararak, mevcut işlemeyi artırmak için lehim ekleyebileceğim Güç bağlantılarını telafi ettim. +v -v motorA ve motorB bağlantıları için lehim kablolarını yönlendirmek için vidalı terminaller vb. yerine büyük 10x10mm pedler kullanmaya karar verdim (mekanik gerilim gidermeye ihtiyacım olacağını biliyorum) ancak büyük soğutucularım nedeniyle kabloları lehimlemek zor olacak bu pedler. anakartın karşı tarafındaki bu pedleri soğutuculara yerleştirseydim hayat daha kolay olurdu

Açık delikten serbest tekerlek diyotları için yolların boyutunu artırmalıydım. sonuç olarak, bunlar artık yüzeye monte edilmiştir (paket boyutlarınıza dikkat edin)

tasarımınızı bir Gerber dosyasına dönüştürün ve en sevdiğiniz PCB imalatçısına gönderin, benim için iyi bir iş çıkardılar ve uygun fiyatlı JLCPCB'yi önerebilirim

Adım 5: KURULU monte edin ve TEST EDİN!

Artık parçalarınızı ve PCB'lerinizi bir araya getirme zamanı geldi ve lehimleme belki bir veya 2 saat sürüyor

ilk önce, tüm parçalara sahip olduğunuzu ve PCB'nizin iyi durumda olduğunu kontrol edin, araçlarınızı bir araya toplayın. Lehimleme demirlerilehimcımbızlara ihtiyacınız olacak temel bilgilerlehim fitili ve/veya enayi düz kesimli lehim pense

dediğim gibi 0805 parçaları en küçük bileşenlerle başlamak çok zor değil öncedirençler, kapaklar, diyotlar sonra IC Arduino'yu doğrudan veya çıkarılabilirlik için başlıklarla kurun başlıkları kurun

KARTI KISA DEVRELER İÇİN TEST EDİN

şimdi yanıp sönen taslağı Arduino'ya yükleyin ve USB'yi çıkarın ve regülatör bölümünün doğru şekilde çalıştığından emin olmak için kartı bir pilden veya güç kaynağından çalıştırın en son mosfetleri kurun

KARTI KISA DEVRELER İÇİN TEST EDİN

sürücü yazılımını yükleyin ve kartı mevcut sınırlı bir kaynaktan çalıştırın, 100mA'nın bol olması gerektiğini söyleyin, herhangi bir çekim olayı olmadığından emin olmak için tüm eyaletlerde H-köprüsü sağlamak istiyoruz. düşük voltaj nedeniyle muhtemelen kapanacak

kartınız artık bir motor veya 2 sürmeye hazır