DIY Hochstrom-Motortreiber (h-Brücke) - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Das Projekt besteht darin, die Motoren und die Elektronik dieses Power Wheels Kinder-Quads zu verbessern. Überwältigt von der Leistung dieses 12-V-Mini-Quads. Wir planten, auf ein 24-V-System mit 2 neuen traxxis 775-Bürstenmotoren aufzurüsten, nachdem wir im Handel erhältliche Motortreiberplatinen recherchiert hatten und festgestellt hatten, dass die meisten entweder etwas zu schwach waren (siehe mitgeliefertes Vergleichsfoto) oder ziemlich teuer waren

Mindestens 24 V

bidirektionale Motorsteuerung

PWM-Steuerung

skalierbar hochstromfähig (100AMP)

minimale Komponenten

5V-Abwärtsschritt für Logik

Batteriespannungssensor

Adruino Nano-Steuerung

Zugriff auf Eingänge für bestimmte Anwendungen (Gas [einschließlich oberer und unterer Trimm], Richtung, Freigabe, 1extra)

Zugriff auf ungenutzte Pins für Ausgänge (ausgeführt)

Die offensichtliche Lösung ist die Verwendung der MOSFET-basierten H-Brückenschaltung

Ich werde Ihnen zeigen, wie ich meinen Hochstrom-H-Brückentreiber entworfen und gebaut habe

Schritt 1: Finden Sie einen H-Brücken-Treiber-IC

Der H-Brücken-Treiber-IC ist der Chip zwischen den Arduino- und den MOSFET-Ausgängen. Dieser IC nimmt HIGH / LOW-Signale vom Arduino und gibt das gleiche verstärkte Signal aus, um die MOSFET-Gates anzusteuern N-MOSFETs Einige Treiber verfügen auch über spezielle Schaltungen, um ein Durchschießen zu verhindern (wenn 2 Fets einen direkten Kurzschluss zur Masse erzeugen, wodurch die Fets zerstört werden.) also benötige ich nur 1 IC)- eingebaute High-Side-Ladungspumpe- erfordert nur 7 zusätzliche Komponenten (einschließlich Schutzschaltung)- arbeitet mit 5,5-60V Eingang (mit Unter- und Überspannungssperre)-1A Spitzenstrom für den Antrieb

negatives hat leider keinen Durchschussschutz (muss also in Software durchgeführt und mit aktuell begrenzter Stromversorgung getestet werden)erfordert 5 Eingangssignaleeher teuer für jeweils 8,44 $ auf mouserhttps://nz.mouser.com/ProductDetail/NXP-Freescale/…datasheet

Mit diesem Chip im Hinterkopf können wir jetzt unsere Schaltung um ihn herum entwerfen

Schritt 2: Schaltungsdesign

Wir werden das Online-Tool EASYEDA (easyeda.com) verwenden, um die Schaltung zu entwerfen (nicht verbunden, aber das Tool funktioniert gut und einfache Bestellung von Leiterplatten über JLCPCB.com). Schutzschaltung) werden wir diese Schaltung kopieren, da wir das Rad hier nicht neu erfinden müssen, verwenden Sie einfach das empfohlene Layout und die empfohlenen Kondensatorwerte max. Vgs

Der einzige Unterschied, den wir der Schaltung hinzufügen werden, sind die optional parallel geschalteten MOSFETs, um die Stromkapazität zu erhöhen. Dazu müssen wir nur sicherstellen, dass wir am Gate jedes FET einen Widerstand haben. bei parallelen FETs hilft dieser Widerstand, die Last- und Schalteigenschaften des parallelen Paares auszugleichen (forschen Sie mehr nach hoher Belastung, um Probleme zu vermeiden).

Zu treffende Entscheidungen..max Spannung? Ich betreibe 24 V, damit ich VCC und VCC2 meines mc33883-Chips zusammenbinden kann (die Grenze für vcc2 beträgt 28 V, aber ich könnte eine separate Versorgung haben und eine maximale VCC-Spannung von 60 V haben) Wie kann ich den Arduino mit Strom versorgen? Ich habe einen kleinen 5V 500mA Schaltregler verwendet, der auf einer Platine mit 3 Pins vorgefertigt ist und zwischen 6,5-36V perfekt funktioniert!.https://nz.mouser.com/ProductDetail/490-VXO7805-50…alles was ich tun muss ist Fügen Sie eine Polaritätsschutzdiode, Eingangs- und Ausgangskondensatoren hinzu. getan.

Ich möchte in der Lage sein, die Batteriespannung zu erhalten und herunterzufahren, wenn sie niedrig ist, also einen Spannungsteiler, um die Spannung an meinen Arduino-Pins zu begrenzen. 8 Widerstandspads 2parallel und 4 Serien-Loos wie dieses +==|==- Dies sollte bedeuten, dass ich es leicht anders konfigurieren kann, ohne bestimmte Werte zu haben. Finden Sie heraus, welche Ausgänge wir vom Arduino zum Treiber benötigen und 2 digitale (oder PWM) für die Low-Side-FETs und wir brauchen auch 1 Enable-Leitung für den Treiber, den Sie mit einer Art NAND-Gatter-Logik (und vielleicht auf Verzögerung) für den Hardware-Shoot-Through-Schutz bei Bedarf ausstatten könnten.

Eingänge, die ich gewählt habe, um alle analogen Eingänge für Drosselung, Freigabe, Richtung und Trimmung zu verwenden, hauptsächlich um sicherzustellen, dass sie verfügbar und ausgebrochen sind, haben alle Pads für Pulldown-Widerstände und einen 5 V-Pin verfügbar und die Eingänge funktionieren als aktiv, wenn sie hoch sind Linie war aktiv niedrig und Gas war steckengeblieben, wenn das 5-V-Kabel gebrochen war, liefen die Motoren kontinuierlich)

AusgängeIch habe einen 5-Pin + Ground-Ausgangskopf für die LED-Batterieanzeige / Zugriff auf die Pins (verbleibende digitale Pins) enthalten. Außerdem ist ein Header für den letzten verbleibenden PWM-Pin enthalten (eine Anmerkung zu PWM, die ich für High-Side-Fets, Low-Side-Fets und PWM-Ausgang jeweils auf separaten Timer-Kanälen des Arduino dies sollte es mir ermöglichen, mit den Timern anders zu spielen usw.)

Schritt 3: Komponentenauswahl

Für dieses Board habe ich mich für hauptsächlich SMD-Komponenten entschieden. Das Löten von SMD ist nicht allzu schwierig, wenn Sie Ihre Geräte mit Bedacht auswählen. Komponenten der Größe 0805 für Widerstände und Kondensatoren sind ohne Hilfe eines Mikroskops ziemlich einfach zu löten und es wird nur eine Pinzette für die Handhabung benötigt.

Einige Leute sagen, dass 0603 nicht so schlecht ist, aber es beginnt, die Grenze zu überschreiten.

Glas-Zener fand ich etwas schwierig zu manövrieren

Komponentenliste von der Stromversorgung über den Treiber bis zum Digital (was ich verwendet habe)

8x TO220 N-ch Mosfets 60V 80A IPP057N06N3 G4x 1N5401-G Allzweck-Leistungsdiode 100v 3A (200A Spitze) (diese sind falsch, ich hätte Schottky-Dioden verwenden sollen, siehe wie sie gehen)8x 0805 50 Ohm Widerstand2x 0805 10 Ohm Widerstand2x 0805 10nF 50V Keramikkondensator (Schutzschaltung)

2x 18V Zenerdiode 0,5W ZMM5248B (Schutzschaltung)1x nxp MC33883 H-Brücke Gate-Treiber1x 0805 33nF 50V Keramikkondensator (für Treiber)

2x 0805 470nF 50V Keramikkondensator (für Treiber)

1x generische Durchgangsloch-Polaritätsschutzdiode (hatte sie schon)1x 3-Pin-DC/DC-Wandler max. 36vin 5v out VXO7805-500

3x smd 10uF 50V 5x5.3mm Elektrolytkondensator3x 0805 1uF 50V Keramikkondensator (5V Logikschaltungen)

9x 0805 10k Widerstand (Pulldowns und Spannungsteiler konfiguriert um 15k zu machen)4x 0803 3k Widerstand (konfiguriert in Reihe parallel um 3k zu bleiben.. eine Verschwendung ich weiß)2x 10k Durchsteck-Trimmerpotentiometer1x Arduino nanoverschiedene Header, Kühlkörper, andere Gegenstände wie Schalter, Potentiometer usw

Ich habe meine Teile bei mouser.com bestellt und die meisten Teile in Losen von 10 bestellt und mehrere andere Teile zu einem Gesamtbetrag von NZ$60 hinzugefügt, um kostenlosen Versand nach Neuseeland zu erhalten (eine Ersparnis von ~ NZ$30).

Gesamtkosten der Komponente für den Bau ca. 23 US-Dollar + (was auch immer Sie zusätzlich kaufen, um ein besseres Angebot zu erhalten BUY BULK) + PCB

Schritt 4: PCB-DESIGN

Jetzt haben wir die Komponenten ausgewählt und haben sie hoffentlich auf dem Weg, können die Komponentenpakete im Schaltplan bestätigen und mit dem Layout beginnen. Unser BoardPCB-Layout ist eine Kunstform und ich werde nicht versuchen, es zu lehren. Versuchen Sie es mit YouTube. Was ich tun kann, ist, auf meine Fehler in diesem Board hinzuweisen

Ich habe meine Mosfets horizontal aufgestellt. Ich habe meine H-Brücke so entworfen, dass sie mit meiner geplanten Kühlkörperlösung funktioniert, und als Ergebnis habe ich Strombahnen, die deutlich schmaler sind, als ich es gerne hätte. Ich kompensierte, indem ich die Spuren auf der Unterseite der Platine verdoppelte und die Lötmaske entfernte, damit ich Lötmittel hinzufügen konnte, um die Stromaufnahme der Stromanschlüsse zu erhöhen. Ich habe mich entschieden, große 10x10-mm-Pads zu verwenden, um Lötkabel für +v-v-MotorA- und MotorB-Anschlüsse zu verwenden, anstatt Schraubklemmen usw. (ich weiß, dass ich eine mechanische Zugentlastung benötige). diese Pads. Das Leben wäre einfacher, wenn ich diese Pads der gegenüberliegenden Seite der Platine zu den Kühlkörpern platziert hätte

Ich hätte die Vias für die Durchgangsloch-Freilaufdioden vergrößern sollen. infolgedessen sind diese nun oberflächenmontiert (achten Sie auf Ihre Packungsgrößen

Konvertieren Sie Ihr Design in eine Gerber-Datei und senden Sie es an Ihren bevorzugten Leiterplattenhersteller. Ich kann JLCPCB empfehlen, sie haben gute Arbeit geleistet und das zu einem vernünftigen Preis

Schritt 5: Montage und TESTEN SIE DAS BOARD

Jetzt haben Sie Ihre Teile und PCBs Zeit zum Zusammenbauen und Löten dauert vielleicht eine Stunde oder 2

Überprüfen Sie zuerst, ob Sie alle Teile haben und ob Ihre Platine in gutem Zustand ist. Stellen Sie Ihre Werkzeuge zusammen

Wie gesagt 0805-Teile sind nicht zu schwer mit kleinsten Komponenten zu beginnen, zuerst Widerstände, Kappen, Dioden, dann der IC installieren Sie den Arduino entweder direkt oder mit Headern zur Entfernbarkeit installieren Sie die Header

TESTEN SIE DAS BOARD AUF KURZSCHLÜSSE

Laden Sie nun die Blinkskizze auf den Arduino und ziehen Sie den USB ab und versorgen Sie die Platine mit einer Batterie oder einem Netzteil, um sicherzustellen, dass der Reglerabschnitt ordnungsgemäß funktioniert. Installieren Sie die Mosfets zuletzt

TESTEN SIE DAS BOARD AUF KURZSCHLÜSSE

Laden Sie die Treibersoftware hoch und versorgen Sie die Platine mit einer strombegrenzten Stromversorgung. Sagen Sie, 100 mA sollten ausreichend sein schaltet sich wahrscheinlich wegen zu niedriger Spannung aus

Ihr Board ist jetzt bereit, einen Motor oder 2. anzutreiben