Pilote de moteur à haute intensité de bricolage (pont en h): 5 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Le projet consiste à mettre à niveau les moteurs et l'électronique de ce quad pour enfants Power Wheels. Déçu par les performances de ce mini-quad 12V. nous avons prévu de passer à un système 24v avec 2 nouveaux moteurs à balais traxxis 775 après avoir recherché des cartes de commande de moteur disponibles dans le commerce et constaté que la plupart étaient soit un peu mauviettes (voir la photo de comparaison incluse) ou plutôt cher j'ai décidé de concevoir une solution simple basée sur Arduino.

24v minimum

contrôle moteur bidirectionnel

Contrôle PWM

évolutif capable de courant élevé (100AMP)

composants minimaux

5v abaisseur pour la logique

détection de tension de batterie

adruino nano contrôleur

accès aux entrées pour des usages spécifiques (accélérateur [y compris les trims haut et bas], direction, enable, 1extra)

accès aux broches inutilisées pour les sorties (led out)

la solution évidente consiste à utiliser le circuit en pont en H basé sur mosfet

Je vais vous montrer comment j'ai conçu et construit mon pilote de pont en H à courant élevé

Étape 1: Trouvez un circuit intégré de pilote de pont en H

le circuit intégré de pilote de pont en H est la puce entre les sorties Arduino et MOSFET. ce circuit intégré prend les signaux HAUT/BAS de l'Arduino et produit le même signal amplifié pour piloter les portes MOSFET, en particulier sa fonction la plus importante est d'augmenter la tension vers les fets côté haut au-dessus de VCC (batterie + entrée) permettant l'utilisation de tous N-MOSFET, certains pilotes ont également des circuits spéciaux pour empêcher le passage à travers (lorsque 2 fets créent un court-circuit direct à la terre détruisant les fets.) J'ai finalement opté pour le pilote NXP MC33883 Full H-bridge ICchoisi parce qu'il comprend 2 demi-ponts (donc je n'ai besoin que d'un circuit intégré) - pompe de charge intégrée - ne nécessite que 7 composants supplémentaires (y compris le circuit de protection) - fonctionne avec une entrée de 5,5 à 60 V (avec verrouillage sous et sur volts) 1 ampère de courant d'entraînement

négatif malheureusement n'a pas de protection contre les tirs (doit être fait dans un logiciel et testé avec une alimentation électrique limitée actuelle) nécessite 5 signaux d'entrée assez chers à 8,44 $ chacun sur mouserhttps://nz.mouser.com/ProductDetail/NXP-Freescale/…datasheet https://nz.mouser.com/ProductDetail/NXP-Freescale/…datasheet

avec cette puce à l'esprit, nous pouvons maintenant concevoir notre circuit autour d'elle

Étape 2: conception de circuits

nous utiliserons l'outil en ligne EASYEDA (easyeda.com) pour concevoir le circuit (non affilié mais l'outil fonctionne bien et commande facile de PCB via JLCPCB.com) Dans la fiche technique du pilote MC33883, nous pouvons trouver le schéma de l'application (avec circuit de protection) nous allons copier ce circuit car nous n'avons pas besoin de réinventer la roue ici, utilisez simplement la disposition recommandée et les valeurs de condensateur recommandées, nous ajouterons les diodes et condensateurs zener 18v pour plafonner la tension grille-source en dessous du MOSFET typique 20v Vg max

La seule différence que nous ajouterons au circuit réside dans les MOSFET en parallèle optionnels pour augmenter la capacité de courant. Pour ce faire, nous devons simplement nous assurer que nous avons une résistance sur la grille de chaque FET. avec les FET parallèles, cette résistance aide à équilibrer la charge et les caractéristiques de commutation de la paire parallèle (recherchez davantage pour une charge élevée pour éviter les problèmes)

Décisions à prendre..tension max ? Je fais tourner 24v, donc je peux lier VCC et VCC2 de ma puce mc33883 ensemble (la limite sur vcc2 est de 28v mais je pourrais avoir une alimentation séparée et avoir une tension VCC max de 60v) Comment alimenter l'Arduino ? Je suis allé avec un petit régulateur à découpage 5v 500mA qui est préconstruit sur un circuit imprimé avec 3 broches qui fonctionne entre 6,5-36v parfait ! ajouter une diode de protection de polarité, des condensateurs d'entrée et de sortie. terminé.

Je veux pouvoir obtenir la tension de la batterie et l'éteindre lorsqu'elle est faible, donc un diviseur de tension pour limiter la tension à mes broches Arduino. 8 plots de résistance 2 parallèles et 4 séries comme celle-ci +==|==- cela devrait signifier que je peux facilement le configurer différemment sans avoir de valeurs spécifiquesDéterminer les sorties dont nous avons besoin de l'Arduino au pilote dont nous avons besoin de 2 PWM pour les FET côté haut et 2 numériques (ou pwm) pour les FET côté bas et nous avons également besoin d'une ligne d'activation pour le pilote.

Entrées J'ai choisi d'utiliser toutes les entrées analogiques pour l'accélérateur, l'activation, la direction et le rognage principalement pour m'assurer qu'elles étaient disponibles et réparties, toutes ont des pads pour les résistances pulldown et une broche 5v disponible et les entrées fonctionnent comme actives lorsqu'elles sont hautes. (si l'activation la ligne était active basse et l'accélérateur était bloqué si le fil 5v était cassé, les moteurs fonctionneraient en continu)

sortiesJ'ai inclus un en-tête de sortie 5 broches + terre pour indicateur de batterie LED/accès aux broches (broches numériques restantes) également inclus est un en-tête pour la dernière broche PWM restante Sortie PWM chacune sur des canaux de minuterie séparés de l'Arduino, cela devrait me permettre de jouer avec les minuteries différemment, etc.)

Étape 3: Sélection des composants

pour cette carte, j'ai décidé d'opter pour des composants principalement montés en surface, la soudure smd n'est pas trop difficile si vous choisissez judicieusement vos appareils. Les composants de taille 0805 pour les résistances et les condensateurs sont assez simples à souder sans l'aide d'un microscope et seules des pincettes sont nécessaires pour la manipulation.

certaines personnes disent que 0603 n'est pas trop mal, mais cela commence à repousser les limites.

verre zeners que j'ai trouvé un peu délicat à manœuvrer

Liste des composants de l'alimentation au pilote en passant par le numérique (ce que j'ai utilisé)

8x mosfets TO220 N-ch 60V 80A IPP057N06N3 G4x 1N5401-G diode de puissance à usage général 100v 3A (crête 200A) (c'est faux j'aurais dû utiliser des diodes Schottky voyez comment ça marche)8x 0805 résistance 50ohm2x 0805 résistance 10ohm2x 0805 condensateur céramique 10nF 50V (circuit de protection)

2x diode zener 18v 0.5W ZMM5248B (circuit de protection)1x nxp MC33883 driver de porte pont en H1x 0805 33nF 50V condensateur céramique (pour driver)

2x 0805 470nF 50V condensateur céramique (pour driver)

1x diode générique de protection de polarité traversante (déjà l'avait) 1x convertisseur cc/cc 3 broches max 36vin 5v out VXO7805-500

3x smd 10uF 50V 5x5.3mm condensateur électrolytique3x 0805 1uF 50V condensateur céramique (circuits logiques 5v)

9x 0805 10k résistance (pulldowns et diviseur de tension configurés pour faire 15k)4x 0803 3k résistance (série configurée parallèle pour rester 3k.. un gaspillage que je connais)2x 10k potentiomètres de coupe traversants1x en-têtes Arduino nanovarious, dissipateurs thermiques, autres éléments comme des commutateurs, potentiomètre etc.

J'ai commandé mes pièces sur mouser.com et j'ai commandé la plupart des pièces par lots de 10 et j'ai ajouté plusieurs autres pièces pour un total de 60 $ nz pour obtenir la livraison gratuite en Nouvelle-Zélande (une économie d'environ 30 $ nz)

Coût total des composants de construction d'environ 23 USD + (tout ce que vous achetez en plus pour obtenir une meilleure offre ACHETER EN VRAC) + PCB

Étape 4: CONCEPTION DE PCB

Maintenant que nous avons sélectionné les composants et espérons qu'ils sont en route, nous pourrons confirmer les packages de composants dans le schéma et commencer à mettre en page la disposition de notre carte PCB est une forme d'art et je ne suis pas sur le point d'essayer de l'enseigner. Essayez youtube pour cela. ce que je peux faire, c'est signaler mes erreurs sur ce tableau

J'ai mis mes mosfets à l'horizontale, j'ai conçu mon pont en H pour qu'il fonctionne avec ma solution de dissipateur thermique prévue et, par conséquent, j'ai des traces d'alimentation qui sont nettement plus étroites que je ne le souhaiterais. J'ai compensé en doublant les traces sur la face inférieure de la carte et en enlevant le masque de soudure auquel je pouvais ajouter de la soudure pour augmenter la gestion du courant Connexions électriques. J'ai décidé d'utiliser de grandes pastilles de 10x10 mm pour souder directement les câbles pour les connexions +v -v motorA et motorB plutôt que des bornes à vis, etc. ces tampons. la vie serait plus simple si j'avais placé ces plots du côté opposé de la planche aux dissipateurs thermiques

J'aurais dû augmenter la taille des vias pour les diodes de roue libre traversantes. en conséquence, ceux-ci sont maintenant montés en surface (faites attention à la taille de vos emballages

convertissez votre conception en un fichier Gerber et envoyez-le à votre fabricant de PCB préféré, je peux recommander JLCPCB, ils ont fait du bon travail pour moi et à un prix raisonnable

Étape 5: Assemblage et TEST DE LA CARTE

Maintenant que vous avez vos pièces et circuits imprimés, il est temps d'assembler et de souder prend peut-être une heure ou deux

d'abord, vérifiez que vous avez toutes les pièces et que votre PCB est en bon état rassemblez vos outils.de base vous aurez besoin de fers à souder

comme je l'ai dit, les pièces 0805 ne sont pas trop difficiles à démarrer avec les plus petits composants d'abord des résistances, des capuchons, des diodes, puis le circuit intégré installe l'Arduino directement ou avec des en-têtes pour l'amovibilité installez les en-têtes

TESTEZ LA CARTE POUR LES COURT-CIRCUITS

chargez maintenant le croquis clignotant sur l'Arduino et débranchez l'USB et alimentez la carte à partir d'une batterie ou d'une alimentation pour vous assurer que la section du régulateur fonctionne correctement installez les mosfets en dernier

TESTEZ LA CARTE POUR LES COURT-CIRCUITS

téléchargez le logiciel du pilote et alimentez la carte à partir d'une alimentation limitée en courant, disons que 100 mA devrait suffire. s'éteindra probablement en raison de la basse tension

votre planche est maintenant prête à entraîner un moteur ou 2