Sterownik silnika wysokoprądowego DIY (mostek h): 5 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Projekt polega na modernizacji silników i elektroniki w tym czterokołowcu dla dzieci Power Wheels. planowaliśmy uaktualnić do systemu 24v z 2 nowymi szczotkowanymi silnikami traxxis 775 po zbadaniu dostępnych na rynku płyt sterowników silników i stwierdzeniu, że większość z nich była albo trochę słaba (patrz załączone zdjęcie porównawcze) lub dość droga, postanowiłem zaprojektować proste rozwiązanie oparte na ArduinoPrzegląd projektu

minimum 24v

dwukierunkowe sterowanie silnikiem

Sterowanie PWM

skalowalny wysoki prąd (100AMP)

minimalne komponenty

5v stepdown dla logiki

czujnik napięcia baterii;

Kontroler nano Adruino

dostęp do wejść do konkretnych zastosowań (przepustnica [w tym trym górny i dolny], kierunek, enable, 1extra)

dostęp do niewykorzystanych pinów dla wyjść (wyprowadzone)

oczywistym rozwiązaniem jest zastosowanie obwodu mostka H opartego na mosfecie

Pokażę ci, jak zaprojektowałem i zbudowałem mój wysokoprądowy sterownik mostka H

Krok 1: Znajdź układ scalony sterownika mostka H

układ scalony sterownika mostka H jest układem między wyjściami Arduino i MOSFET. ten układ scalony pobiera sygnały HIGH / LOW z Arduino i wysyła ten sam wzmocniony sygnał do sterowania bramkami MOSFET, w szczególności jego najważniejszą funkcją jest zwiększenie napięcia do wysokich napięć bocznych powyżej VCC (bateria + wejście), co pozwala na użycie wszystkich N-MOSFETy niektóre sterowniki mają również specjalne obwody zapobiegające przestrzeliwaniu (gdy 2 fety tworzą bezpośrednie zwarcie do ziemi, niszcząc fenty). Ostatecznie zdecydowałem się na sterownik NXP MC33883 z pełnym mostkiem H, który został wybrany, ponieważ - zawiera 2 półmostki (więc potrzebuję tylko 1 układu scalonego

Negatywniestety nie ma ochrony przed strzelaniem (więc należy to zrobić w oprogramowaniu i przetestować przy obecnym ograniczonym zasilaniu) wymaga 5 sygnałów wejściowych, dość drogie po 8,44 USD każdy na mouserhttps://nz.mouser.com/ProductDetail/NXP-Freescale/…datasheet

mając na uwadze ten układ, możemy teraz zaprojektować nasz obwód wokół niego

Krok 2: Projekt obwodu

użyjemy narzędzia online EASYEDA (easyeda.com) do zaprojektowania obwodu (nie powiązanego, ale narzędzie działa dobrze i łatwe zamawianie PCB przez JLCPCB.com) W arkuszu danych dla sterownika MC33883 możemy znaleźć schemat aplikacji (z zewnętrznym obwód ochronny) skopiujemy ten obwód, ponieważ nie musimy tutaj wymyślać koła na nowo, po prostu użyj zalecanego układu i zalecanych wartości kondensatorów, dodamy diody Zenera i kondensatory 18 V, aby ograniczyć napięcie bramki źródła poniżej typowego MOSFET 20 V maks. Vgs

Jedyną różnicą, którą dodamy do obwodu, są opcjonalne równoległe tranzystory MOSFET w celu zwiększenia wydajności prądowej, aby to zrobić, wystarczy upewnić się, że mamy rezystor na bramce każdego FET. z równoległymi tranzystorami FET ten rezystor pomaga zrównoważyć obciążenie i charakterystykę przełączania pary równoległej (poszukaj więcej pod kątem wysokiego obciążenia, aby uniknąć problemów)

Decyzje do podjęcia..max napięcie? Używam 24 V, więc mogę połączyć VCC i VCC2 mojego układu mc33883 (limit vcc2 wynosi 28 v, ale mogę mieć oddzielne zasilanie i mieć maksymalne napięcie VCC 60 v) Jak zasilać Arduino? Poszedłem z małym regulatorem przełączającym 5 V 500 mA, który jest fabrycznie wbudowany na płytce drukowanej z 3 pinami, który działa idealnie w zakresie 6,5-36 V!. https://nz.mouser.com/ProductDetail/490-VXO7805-50… wszystko, co muszę zrobić, to dodaj diodę zabezpieczającą polaryzację, kondensatory wejściowe i wyjściowe. Gotowe.

Chcę mieć możliwość uzyskania napięcia baterii i wyłączenia, gdy jest niskie, więc dzielnik napięcia ogranicza napięcie do moich pinów Arduino. 8 podkładek rezystorowych 2 równoległych i 4 szeregowych loos w ten sposób +==|==- powinno to oznaczać, że mogę łatwo skonfigurować go inaczej bez określonych wartości Dowiedz się, jakich wyjść potrzebujemy z Arduino do sterownika, potrzebujemy 2 PWM dla wysokich FET-ów i 2 cyfrowe (lub pwm) dla niskich FET, a także potrzebujemy 1 linii enable dla sterownika, który możesz sobie wyobrazić z jakąś logiką bramki NAND (i być może z opóźnieniem) do sprzętowego strzelania przez ochronę, jeśli jej potrzebujesz.

Wejścia Wybrałem wszystkie wejścia analogowe do sterowania przepustnicą, włączaniem, kierunkiem i przycinaniem, głównie po to, aby upewnić się, że są dostępne i wyłamane, wszystkie mają podkładki dla rezystorów ściągających i dostępny jest pin 5 V, a wejścia działają jako aktywne, gdy są wysokie. (jeśli włączone linia była aktywna na niskim poziomie, a przepustnica utknęła, jeśli przewód 5 V zostanie zerwany, silniki będą działały nieprzerwanie)

WyjściaZałączyłem 5-pinowy + uziemiający nagłówek wyjściowy dla wskaźnika baterii LED/dostępu do pinów (pozostałe piny cyfrowe) w zestawie znajduje się również nagłówek dla ostatniego pozostałego pinu PWM (uwaga na PWM, którą wybrałem, aby umieścić wysokie boczne, niskie boczne i Wyjście PWM każde na osobnych kanałach timera Arduino powinno pozwolić mi na inną zabawę z timerami itp.)

Krok 3: Wybór komponentów

do tej płyty zdecydowałem się głównie na elementy do montażu powierzchniowego lutowanie smd nie jest zbyt trudne, jeśli mądrze dobierzecie urządzenia. Komponenty w rozmiarze 0805 do rezystorów i kondensatorów są dość proste do lutowania bez pomocy mikroskopu i do obsługi potrzebne są tylko pęsety.

niektórzy mówią, że 0603 nie jest taki zły, ale zaczyna przekraczać granice.

szklane zenery, które okazały się trudne do manewrowania

Lista komponentów od zasilania do sterownika do cyfrowego (co użyłem)

8x TO220 N-ch mosfety 60V 80A IPP057N06N3 G4x 1N5401-G dioda ogólnego zastosowania 100v 3A (szczyt 200A) (są błędne, powinienem użyć diod Schottky'ego, zobacz jak działają) 8x 0805 50ohm rezystor2x 0805 10ohm rezystor 2x 0805 10nF 50V kondensator (obwód ochronny)

2x 18v dioda Zenera 0.5W ZMM5248B (obwód ochronny) 1x nxp MC33883 sterownik bramki mostka H1x 0805 33nF 50V kondensator ceramiczny (dla sterownika)

2x kondensator ceramiczny 0805 470nF 50V (dla sterownika)

1x ogólna dioda zabezpieczająca przed polaryzacją przez otwór (już ją miałem) 1x 3-pinowy konwerter dc/dc max 36vin 5v out VXO7805-500

3x smd 10uF 50V 5x5,3mm kondensator elektrolityczny3x 0805 1uF 50V kondensator ceramiczny (obwody logiczne 5 v)

Rezystor 9x 0805 10k (przeciągania i dzielnik napięcia skonfigurowany tak, aby uzyskać 15k) 4x rezystor 3k 0803 (skonfigurowany szereg równolegle, aby pozostać 3k.. marnotrawstwo, które znam) 2x potencjometry do przycinania przelotowego 10k1x nanoróżne nagłówki Arduino, radiatory, inne elementy, takie jak przełączniki, potencjometr itp.

Zamówiłem swoje części z mouser.com i zamówiłem większość części w partiach po 10 i dodałem kilka innych części do łącznej kwoty 60 nz, aby uzyskać bezpłatną wysyłkę do Nowej Zelandii (oszczędność ~ 30 USD)

Całkowity koszt budowy około 23 USD + (cokolwiek kupisz dodatkowo, aby uzyskać lepszą ofertę KUP LUZEM) + pcb

Krok 4: PROJEKTOWANIE PCB

Teraz wybraliśmy komponenty i mamy nadzieję, że mamy je po drodze, możemy potwierdzić pakiety komponentów na schemacie i zacząć układać nasz układ boardPCB jest formą sztuki i nie mam zamiaru tego uczyć. Wypróbuj w tym celu youtube. Co mogę zrobić, to wskazać moje błędy na tej tablicy

Ustawiłem mosfety poziomo. Mostek H zaprojektowałem do pracy z planowanym przeze mnie rozwiązaniem z radiatorem i w rezultacie mam ślady mocy, które są znacznie węższe niż bym chciał. Zrekompensowałem to przez podwojenie ścieżek na spodniej stronie płytki i usunięcie maski lutowniczej, aby móc dodać lut, aby zwiększyć prąd obsługi połączeń zasilania. Zdecydowałem się użyć dużych padów 10x10mm do bezpośredniego lutowania kabli do połączeń +v -v silnika A i silnika B zamiast zacisków śrubowych itp. (Zdaję sobie sprawę, że będę potrzebował mechanicznego odciążenia naprężeń), jednak z powodu moich dużych radiatorów będzie trudno przylutować kable do te klocki. życie byłoby łatwiejsze, gdybym umieścił te pady po przeciwnej stronie płyty do radiatorów

Powinienem był zwiększyć rozmiar przelotek dla diod z wolnym kołem przelotowym. w rezultacie są one teraz montowane na powierzchni (zwróć uwagę na rozmiary swoich opakowań)

przekonwertuj swój projekt do pliku Gerber i wyślij go do ulubionego producenta PCB mogę polecić JLCPCB, wykonali dla mnie dobrą robotę i niedrogo

Krok 5: Montaż i TEST PŁYTKI

Teraz masz swoje części i płytki, czas na montaż i lutowanie trwa może godzinę lub 2

najpierw sprawdź, czy masz wszystkie części i czy twoja płytka PCB jest w dobrym stanie, zbierz swoje narzędzia. podstawy, będziesz potrzebować lutownicy lutownica lutownica knota lutowniczego i/lub szczypce do lutowania z przyssawką

tak jak powiedziałem części 0805 nie są zbyt trudne, zacznij od najmniejszych komponentów, najpierw rezystory, czapki, diody, a następnie IC zainstaluj Arduino bezpośrednio lub z nagłówkami w celu usunięcia, zainstaluj nagłówki

PRZETESTUJ PŁYTĘ NA ZWARCIA OBWODÓW

teraz załaduj migający szkic do Arduino i odłącz USB, a następnie zasil płytę z akumulatora lub zasilacza, aby upewnić się, że sekcja regulatora działa poprawnie, zainstaluj mosfety na końcu

PRZETESTUJ PŁYTĘ NA ZWARCIA OBWODÓW

prześlij oprogramowanie sterownika i zasil płytę z prądu o ograniczonej podaży, powiedzmy, że 100 mA powinno być wystarczające. Chcemy zapewnić mostek H we wszystkich stanach, aby upewnić się, że nie ma przypadku przestrzelenia. prawdopodobnie wyłączy się z powodu niskiego napięcia

Twoja deska jest teraz gotowa do napędzania silnika lub 2