DIY nagyáramú motorvezérlő (h-híd): 5 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

A projekt célja a motorok és az elektronika korszerűsítése ebben a Power Wheels gyerek négykerekű kerékpárban. Elkeseredett ennek a 12 V-os mini quadnak a teljesítménye miatt. azt terveztük, hogy 24 V -os rendszerre frissítünk 2 új traxxis 775 szálcsiszolt motorral, miután megvizsgáltuk a kereskedelemben kapható motorvezérlő táblákat, és megállapítottuk, hogy a legtöbb vagy rosszul működik (lásd a mellékelt összehasonlító fotót), vagy meglehetősen drágák, úgy döntöttem, hogy egyszerű Arduino -alapú megoldást tervezek.

24V minimum

kétirányú motorvezérlés

PWM vezérlés

skálázható nagyáramú (100 AMP)

minimális alkatrészek

5V -os leállás a logikához

akkumulátor feszültség érzékelés

adruino nano vezérlő

hozzáférés a bemenetekhez bizonyos célokra (fojtószelep [beleértve a felső és alsó burkolatot], irány, engedélyezés, 1)

hozzáférés a kimenetek nem használt csapjaihoz (kivezetett)

kézenfekvő megoldás a mosfet alapú H-híd áramkör használata

Megmutatom, hogyan terveztem és építettem meg a nagyáramú H-híd meghajtómat

1. lépés: Keressen egy H-híd meghajtó IC-t

a H-híd meghajtó IC az Arduino és a MOSFET kimenetek közötti chip. ez az IC HIGH/LOW jeleket vesz az Arduino -ból, és ugyanazt a fokozott jelet adja ki a MOSFET kapuk meghajtásához, különösen a legfontosabb funkciója az, hogy növelje a feszültséget a VCC feletti magas oldali fets -re (akkumulátor + bemenet), lehetővé téve az összes használatát Az N-MOSFET-ek egyes meghajtók speciális áramkörökkel is rendelkeznek, amelyek megakadályozzák az átütést (amikor 2 fets közvetlen rövidzárlatot hoz létre a földdel, elpusztítva a fets-t.) Végül az NXP MC33883 teljes H-híd meghajtó IC-re telepítettem, mert-2 fél hidat tartalmaz (tehát csak 1 IC-t igényel)-a beépített nagy oldali töltésű szivattyú-csak 7 további komponenst igényel (beleértve a védőáramkört)-5,5-60 V-os bemenettel működik (alul- és túlfeszültség-lezárással) -1 amp csúcshajtási áram

A negatívok sajnos nem rendelkeznek lővédelemmel (ezért szoftveresen kell elvégezni, és a jelenlegi korlátozott tápegységgel kell tesztelni) 5 bemeneti jelre van szükség, amelyek drágábbak, egyenként 8,44 dollárért az egérrel. https://nz.mouser.com/ProductDetail/NXP-Freescale/…datasheet

ezt a chipet szem előtt tartva, most köré tervezhetjük az áramkörünket

2. lépés: Áramkör tervezése

az EASYEDA (easyeda.com) online eszközt fogjuk használni az áramkör megtervezéséhez (nem csatlakozott, de az eszköz jól működik, és könnyen megrendelhető a NYÁK a JLCPCB.com webhelyen keresztül) Az MC33883 illesztőprogram adatlapjáról megtalálhatjuk az alkalmazás vázlatát (külsővel védelmi áramkör) lemásoljuk ezt az áramkört, mivel itt nem kell feltalálnunk a kereket, csak használjuk az ajánlott elrendezést és a javasolt kondenzátorértékeket, hozzáadjuk a 18 V-os Zener diódákat és kondenzátorokat, hogy a kapu-feszültséget a tipikus MOSFET 20v alá korlátozzák. max Vgs

Az egyetlen különbség, amelyet hozzáadunk az áramkörhöz, az opcionális párhuzamos MOSFET -ek az áramerősség növelése érdekében, ehhez csak meg kell győződnünk arról, hogy minden FET kapuján van egy ellenállás. párhuzamos FET -ek esetén ez az ellenállás segít kiegyensúlyozni a párhuzamos pár terhelését és kapcsolási jellemzőit (a problémák elkerülése érdekében többet kell kutatni a nagy terhelésről)

Meghozandó döntések..max feszültség? 24 V -ot használok, így össze tudom kötni az mc33883 chipem VCC -jét és VCC2 -ét (a vcc2 korlátja 28 V, de külön tápegységgel rendelkezhetek, és a maximális VCC feszültség 60 V lehet). Egy kicsi, 5 V-os 500 mA-es kapcsolószabályzóval mentem, amely egy 3 pines NYÁK-ra van beépítve, amely 6,5-36 V között tökéletesen működik!. adjon hozzá polaritásvédelmi diódát, bemeneti és kimeneti kondenzátorokat. Kész.

Szeretném megkapni az akkumulátor feszültségét, és leállítani, ha alacsony, így feszültségosztó, hogy korlátozzam az Arduino csapok feszültségét. 8 ellenálláspár 2 párhuzamosan és 4 sorozatú loos + +== | ==- ez azt jelenti, hogy könnyen konfigurálhatom másképp, anélkül, hogy meghatározott értékeket kellene megadni. Határozza meg, hogy milyen kimenetekre van szükségünk az Arduino-tól a meghajtóig, és szükségünk van 2 PWM-re a magas oldali FET-ekhez és 2 digitális (vagy pwm) az alacsony oldali FET -ekhez, és szükségünk van egy engedélyező vonalra is a meghajtó számára, amelyet valamilyen NAND kapu logikával (és talán késéssel) szerezhet be a hardver felvételéhez, ha szüksége van rá.

Bemenetek Úgy döntöttem, hogy az összes analóg bemenetet használom a fojtószelephez, az engedélyezéshez, az irányításhoz és a vágáshoz, elsősorban annak biztosítása érdekében, hogy rendelkezésre álljanak és ki legyenek kapcsolva, mindegyik rendelkezik párnákkal a lehúzható ellenállásokhoz, és rendelkezésre áll egy 5 voltos tű, és a bemenetek aktívak, ha magasak. a vezeték alacsony volt, és a fojtószelep elakadt, ha az 5 voltos vezeték megszakadt, a motorok folyamatosan működnek)

Tartalmaztam egy 5 tűs +földi kimeneti fejlécet a LED elemjelzőhöz/ hozzáférést a tűkhöz (megmaradt digitális tűk), valamint egy fejlécet az utolsó fennmaradó PWM csaphoz (megjegyzés a PWM -ről, amelyet magas oldalsó, alacsony oldalsó és PWM kimenet az Arduino külön időzítő csatornáin, ez lehetővé teszi számomra, hogy másképp játsszak az időzítőkkel stb. Stb.)

3. lépés: Alkatrész kiválasztása

ennél a táblánál úgy döntöttem, hogy főként felületre szerelhető alkatrészekkel megyek, az smd forrasztása nem túl bonyolult, ha okosan választja ki eszközeit. Az ellenállások és kondenzátorok 805 méretű alkatrészei elég egyszerűek forrasztani mikroszkóp nélkül, és csak csipesz szükséges a kezeléshez.

egyesek szerint a 0603 nem túl rossz, de kezdi túllépni a határt.

üveg zenerek Kicsit trükkösnek találtam a manőverezést

Komponenslista az áramellátástól az illesztőprogramon keresztül a digitálisig (amit használtam)

8x TO220 N-ch mosfets 60V 80A IPP057N06N3 G4x 1N5401-G általános célú táp dióda 100v 3A (200A csúcs) (ezek tévednek, ha Schottky diódákat kellett volna használnom, nézd meg, hogyan mennek) 8x 0805 50ohm ellenállás2x 0805 10ohm ellenállás (védelmi áramkör)

2x 18V Zener dióda 0,5W ZMM5248B (védelmi áramkör) 1x nxp MC33883 H-híd kapu meghajtó 1x 0805 33nF 50V kerámia kondenzátor (meghajtóhoz)

2x 0805 470nF 50V kerámia kondenzátor (meghajtóhoz)

1x általános átmenő lyukú polaritásvédelmi dióda (már megvolt) 1x 3pin DC/DC átalakító max.

3x smd 10uF 50V 5x5.3mm elektrolit kondenzátor 3x 0805 1uF 50V kerámia kondenzátor (5V logikai áramkör)

9x 0805 10 k ellenállás (lehúzható és feszültségosztó 15 k-re konfigurálva) potenciométer stb

Az alkatrészeket a mouser.com -ról rendeltem, és a legtöbb alkatrészt 10 darabban rendeltem, és több más alkatrészt is hozzáadtam összesen 60 dollárhoz, hogy ingyen szállítsak Új -Zélandra (~ 30 dollár megtakarítás)

Az építés összköltsége körülbelül 23 USD +(bármit vásárol extra, hogy jobb ajánlatot kapjon BULY BULK) +pcb

4. lépés: NYÁKTERVEZÉS

Most kiválasztottuk az összetevőket, és remélhetőleg megkapjuk őket, hogy megerősíthessük az alkatrészcsomagokat a sematikus ábrán, és elkezdhessük a tábla elrendezését. A PCB elrendezés egy művészeti forma, és nem fogom megpróbálni megtanítani. Próbáld ki a youtube -ot. Amit tehetek, rámutatok a hibáimra ezen a táblán

Vízszintesre tettem a mosfetteimet A H-hidat úgy terveztem, hogy működjön a tervezett hűtőborda-megoldásommal, és ennek eredményeként lényegesen keskenyebb erőnyomok vannak, mint szeretném. Ezt úgy kompenzáltam, hogy megdupláztam a nyomokat a tábla alsó oldalán, és eltávolítottam a forrasztómaszkot, és hozzáadhattam forrasztást az áramkezelés növeléséhez. Úgy döntöttem, hogy nagyméretű 10x10 mm -es párnákat használok a forrasztókábelek +v -v motorA és motorB csatlakozásokhoz való irányítására, nem pedig csavaros sorkapcsokhoz stb. (Tudom, hogy szükségem lesz mechanikai feszültségmentesítésre), azonban nagy hűtőbordáim miatt nehéz lesz forrasztani a kábeleket ezeket a párnákat. könnyebb lenne az élet, ha ezeket a párnákat a hűtőbordákkal ellentétes oldalra helyezném

Növelnem kellett volna az átmenő lyukú szabadonfutó diódák előlapjainak méretét. ennek eredményeként ezek most felületre szerelhetők (ügyeljen a csomag méreteire

konvertálja a tervét Gerber -fájlba, és küldje el kedvenc PCB -gyártójának. Ajánlani tudom a JLCPCB -t, jó munkát végeztek számomra és elfogadható áron

5. lépés: Összeszerelés és tesztelés a táblán

Most már készen áll az alkatrészekre és a NYÁK -ra, hogy összeszerelje és megoldja a munkát, talán egy vagy két órát

először ellenőrizze, hogy minden alkatrésze megvan -e, és hogy a nyomtatott áramköri lapja jó állapotban van, és gyűjtse össze az eszközeit. az alapokhoz forrasztópáka kell, és a forrasztó kanóc vagy a forrasztópisztoly fogó

mint mondtam, a 0805 alkatrészek nem túl nehéz kezdeni a legkisebb alkatrészekkel első ellenállások, kupakok, diódák, majd az IC közvetlenül vagy az eltávolítható fejlécekkel telepíti az Arduino -t.

TESZTELJE A TÁBLÁZATOT RÖVID ÁRAMOKRA

most töltse be a villogó vázlatot az Arduino -hoz, és húzza ki az USB -csatlakozót, és tápellátásba helyezze az elemet vagy a tápegységet, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a szabályozó rész megfelelően működik -e.

TESZTELJE A TÁBLÁZATOT RÖVID ÁRAMOKRA

töltse fel az illesztőprogramot, és tápellátással töltse fel a táblát egy korlátozott áramforrásról, mondjuk 100 mA kell, hogy legyen, szeretnénk minden államban biztosítani a H-hidat, hogy ne legyen esemény az átlövésből. ha van ellátás, azonnal áramkorlát és valószínűleg kikapcsol az alacsony feszültség miatt

az alaplap készen áll a motor meghajtására, vagy 2