Pilote de moteur à courant continu utilisant des Mosfets de puissance [Contrôlé PWM, demi-pont 30A] : 10 étapes

2025 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2025-01-23 14:46

Source principale (Télécharger Gerber/Commander le PCB):

Étape 1:

Les moteurs à courant continu sont partout, des applications de loisirs à la robotique et aux zones industrielles. Par conséquent, il existe une large utilisation et une demande pour des pilotes de moteur à courant continu appropriés et puissants. Dans cet article, nous allons apprendre à en construire un. Vous pouvez le contrôler à l'aide d'un microcontrôleur, d'un Arduino, d'un Raspberry Pi ou même d'une puce génératrice PWM autonome. En utilisant un dissipateur thermique et des méthodes de refroidissement appropriés, ce circuit peut gérer des courants jusqu'à 30A.

[1]: Analyse de circuitLe cœur du circuit est une puce de pilote MOSFET IR2104 [1]. C'est un circuit intégré de pilote MOSFET populaire et applicable. Le schéma de principe du circuit illustré à la figure-1.

Étape 2: Figure 1, le schéma de principe du puissant pilote de moteur à courant continu

Étape 3:

Selon la fiche technique IR2104 [1]: « Les IR2104(S) sont des pilotes MOSFET et IGBT de puissance haute tension et haute vitesse avec des canaux de sortie référencés côté haut et bas dépendants. Les technologies propriétaires HVIC et CMOS à immunité au verrouillage permettent une construction monolithique renforcée. L'entrée logique est compatible avec la sortie CMOS ou LSTTL standard, jusqu'à la logique 3,3V. Les pilotes de sortie comportent un étage tampon à courant d'impulsion élevé conçu pour une conduction croisée minimale du pilote. Le canal flottant peut être utilisé pour piloter un MOSFET ou un IGBT de puissance à canal N dans la configuration côté haut qui fonctionne de 10 à 600 volts. L'IR2104 pilote les MOSFET [2] dans une configuration en demi-pont. La capacité d'entrée élevée des MOSFET IRFP150 ne pose aucun problème. C'est la raison pour laquelle les pilotes MOSFET comme IR2104 sont utiles. Les condensateurs C1 et C2 sont utilisés pour réduire le bruit du moteur et les EMI. La tension maximale tolérable des MOSFET est de 100V. J'ai donc utilisé au moins des condensateurs de 100V. Si vous êtes sûr que votre tension de charge ne dépasse pas un seuil (par exemple un moteur 12V DC), alors vous pouvez diminuer les tensions des condensateurs à 25V par exemple et augmenter leurs valeurs de capacité à la place (par exemple 1000uF-25V). La broche SD s'est abaissée avec une résistance de 4,7K. Ensuite, vous devez appliquer une tension de niveau logique à l'état stable à cette broche pour activer la puce. Vous devez également injecter votre impulsion PWM dans la broche IN.

[2]: Carte PCB

La disposition du circuit imprimé du schéma illustré à la figure-2. Il est conçu de manière à réduire le bruit et les transitoires pour aider à la stabilité de l'appareil.

Étape 4: Figure-2, Conception de la disposition PCB pour le schéma du pilote de moteur

Je n'avais pas l'empreinte PCB et les symboles schématiques des composants IR2104 [1] et IRFP150 [2]. Par conséquent, j'utilise les symboles fournis par SamacSys [3] [4], au lieu de perdre mon temps et de concevoir les bibliothèques à partir de zéro. Vous pouvez soit utiliser le « moteur de recherche de composants » ou un plugin CAD. Comme j'ai utilisé Altium Designer pour dessiner le schéma et le PCB, j'ai directement utilisé le plugin SamacSys Altium [5] (figure-3).

Étape 5: Figure 3, Bibliothèques de composants sélectionnées pour l'IR2104 et l'IRFN150N

La figure 4 montre une vue 3D de la carte PCB. La vue 3D améliore la procédure d'inspection du placement de la carte et des composants.

Étape 6: Figure-4, une vue 3D de la carte PCB du pilote de moteur

[3] Assemblage Alors construisons et construisons le circuit. Je viens d'utiliser une carte PCB semi-faite maison pour pouvoir rapidement assembler la carte et tester le circuit (figure-5).

Étape 7: Figure-5, le premier prototype de la conception (sur un PCB semi-fait maison), vue de dessus

Après avoir lu cet article, vous êtes sûr à 100% du véritable fonctionnement du circuit. Par conséquent, commandez le PCB à une entreprise de fabrication de PCB professionnelle, telle que PCBWay, et amusez-vous avec votre carte à souder et à assembler. La figure 6 montre une vue de dessous de la carte PCB assemblée. Comme vous pouvez le voir, certaines pistes n'ont pas été complètement recouvertes par le masque de soudure. La raison en est que ces pistes peuvent transporter une quantité importante de courant, elles ont donc besoin d'un support supplémentaire en cuivre. Une piste PCB normale ne peut pas tolérer une quantité élevée de courant et finira par se réchauffer et brûler. Pour surmonter ce défi (avec une méthode bon marché), vous devez souder un fil de cuivre nu épais (figure-7) sur les zones découvertes. Cette méthode améliore la capacité de transmission actuelle de la piste.

Étape 8: Figure-6, une vue de dessous du prototype de carte PCB, les pistes découvertes

Étape 9: Figure-7, un fil de cuivre nu épais

[4] Test et mesureLa vidéo YouTube fournie montre un test réel de la carte avec le moteur CC d'essuie-glace d'une voiture en tant que charge. J'ai fourni l'impulsion PWM avec un générateur de fonction et examiné les impulsions sur les fils du moteur. En outre, la corrélation linéaire de la consommation de courant de la charge avec le cycle de service PWM a été démontrée.

[5] Nomenclature

Le tableau 1 montre la nomenclature.

Étape 10: Tableau-1, Nomenclature des matériaux du circuit

Références [1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]:

[6]: Source (Téléchargement Gerber/Commande du PCB)