DIY High Current Motor Driver (h-bridge): 5 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Prosjektet er å oppgradere motorer og elektronikk i denne Power Wheels-firhjulingen for barn. Overveldet over ytelsen til denne 12V mini-quad. Vi planla å oppgradere til et 24v -system med 2 nye traxxis 775 børstede motorer etter å ha undersøkt kommersielt tilgjengelige motordriverbrett og funnet ut at de fleste enten var ganske tøffe (se inkludert sammenligningsfoto) eller ganske dyrt. Jeg bestemte meg for å designe en enkel Arduino -basert løsning.

24v minimum

toveis motorstyring

PWM -kontroll

skalerbar høy strøm i stand (100AMP)

minimale komponenter

5v nedtrapping for logikk

batterispenning

adruino nano kontroller

tilgang til innganger for spesifikke bruksområder (gass [inkludert topp- og bunnbekledning], retning, aktivering, 1 ekstra)

tilgang til ubrukte pinner for utganger (ledd ut)

den åpenbare løsningen er å bruke den mosfet-baserte H-brokretsen

Jeg skal vise deg hvordan jeg designet og bygde min høyaktuelle H-bridge-driver

Trinn 1: Finn en H-bridge Driver IC

H-bridge driver IC er brikken mellom Arduino- og MOSFET-utgangene. denne IC tar HIGH/LOW -signaler fra Arduino og sender ut det samme forsterkede signalet for å drive MOSFET -portene, spesielt er den viktigste funksjonen å øke spenningen til høysidefetene over VCC (batteri + inngang) slik at alle kan brukes N-MOSFETs noen sjåfører har også spesielle kretser for å hindre gjennomskyting (når to fets skaper en direkte kortslutning til bakken ødelegger feterne.) Jeg slo meg til slutt ned på NXP MC33883 Full H-bridge driver ICchosen fordi-det inkluderer 2 halvbroer (så jeg krever bare 1 IC)-innebygd ladningspumpe med høy side-krever bare 7 ekstra komponenter (inkludert beskyttelseskrets)-opererer med 5,5-60V inngang (med under og over volt lockout) -1amp toppstrøm

negativer har dessverre ikke skyte gjennom beskyttelse (så må gjøres i programvare og testes med nåværende begrenset strømforsyning) krever 5 inngangssignaler ganske dyrt på $ 8,44 hver på mouserhttps://nz.mouser.com/ProductDetail/NXP-Freescale/…datablad

med denne brikken i tankene, kan vi nå designe kretsen vår rundt den

Trinn 2: Kretsdesign

vi vil bruke onlineverktøyet EASYEDA (easyeda.com) til å designe kretsen (ikke tilknyttet, men verktøyet fungerer greit og enkel bestilling av PCB gjennom JLCPCB.com) Fra databladet for MC33883 -driveren kan vi finne applikasjonsskjemaet (med ekstern beskyttelseskrets) vi vil kopiere denne kretsen ettersom vi ikke trenger å finne opp hjulet på nytt her bare bruk anbefalt oppsett og anbefalte kondensatorverdier, vi vil legge til 18v zenerdioder og kondensatorer for å dekke portkildespenningen under den typiske MOSFET 20v maks Vgs

Den eneste forskjellen vi vil legge til i kretsen er de valgfrie parallelle MOSFETene for å øke strømkapasiteten. Dette trenger vi bare for å sikre at vi har en motstand på porten til hver FET. med parallelle FETer hjelper denne motstanden til å balansere belastning og bytteegenskaper for parallellparet (undersøk mer for høy belastning for å unngå problemer)

Beslutninger som skal tas..maks spenning? Jeg kjører 24v, så jeg kan knytte VCC og VCC2 på mc33883 -brikken min sammen (grensen på vcc2 er 28v, men jeg kan ha separat forsyning og ha en maks VCC -spenning på 60v) Hvordan drive Arduino? Jeg gikk med en liten 5v 500mA koblingsregulator som kommer forhåndsbygd på en kretskort med 3 pinner som fungerer mellom 6,5-36v perfekt!. Https: //nz.mouser.com/ProductDetail/490-VXO7805-50… alt jeg trenger å gjøre er legg til en polaritetsbeskyttelsesdiode, inngangs- og utgangskondensatorer. gjort.

Jeg vil kunne få batterispenningen og slå av når den er lav, så en spenningsdeler for å begrense spenningen til mine Arduino -pinner. 8 motstandsklosser 2paralled og 4 series loos som dette +== | ==- dette burde bety at jeg enkelt kan konfigurere det annerledes uten å ha spesifikke verdier Finn ut hvilke utganger vi trenger fra Arduino til driveren vi trenger 2 PWM for høysiden FETs og 2 digitale (eller pwm) for FET -er på den lave siden, og vi trenger også en aktiveringslinje for sjåføren.

Innganger Jeg valgte å bruke alle de analoge inngangene for gass, aktivering, retning og trimming hovedsakelig for å sikre at de var tilgjengelige og brutt ut, alle har pads for nedtrekksmotstander og en 5v -pinne tilgjengelig og innganger fungerer som aktive når de er høye. (Hvis aktivering linjen var aktiv lav og gassen satt fast hvis 5v -ledningen ble brutt, motorene ville gå kontinuerlig)

utganger Jeg inkluderte en 5pin +bakken output header for LED batteri indikator/ tilgang til pinnene (gjenværende digitale pins) også inkludert er en header for siste gjenværende PWM pin (et notat om PWM jeg valgte å sette høye sidefeter, lave sidefeter og PWM -utgang hver på separate tidtakerkanaler på Arduino, dette burde tillate meg å leke med timerne annerledes osv. Osv.)

Trinn 3: Valg av komponenter

for dette brettet bestemte jeg meg for å gå med hovedsakelig overflatemonterte komponenter lodding smd er ikke så vanskelig hvis du velger enhetene dine klokt. 8055 størrelse komponenter for motstander og kondensatorer er ganske enkle til lodding uten hjelp av et mikroskop og bare pinsett er nødvendig for håndtering.

Noen sier 0603 er ikke så ille, men det begynner å presse grensen.

glass zeners Jeg syntes det var litt vanskelig å manøvrere

Komponentliste fra strøm til driver til digital (det jeg brukte)

8x TO220 N-ch mosfets 60V 80A IPP057N06N3 G4x 1N5401-G generell effektdiode 100v 3A (200A topp) (disse er feil jeg burde ha brukt Schottky-dioder se hvordan de går) 8x 0805 50ohm motstand2x 0805 10ohm motstand2x 0805 10nF 50V (beskyttelseskrets)

2x 18v zenerdiode 0,5W ZMM5248B (beskyttelseskrets) 1x nxp MC33883 H-bridge gate driver1x 0805 33nF 50V keramisk kondensator (for driver)

2x 0805 470nF 50V keramisk kondensator (for driver)

1x generisk gjennomgående hulls polaritetsbeskyttelsesdiode (hadde det allerede) 1x 3pins likestrøm/likestrømomformer maks 36vin 5v ut VXO7805-500

3x smd 10uF 50V 5x5.3mm elektrolytisk kondensator 3x 0805 1uF 50V keramisk kondensator (5v logikkretser)

9x 0805 10k motstand (pulldowns og spenningsdeler konfigurert til å lage 15k) 4x 0803 3k motstand (konfigurert serie parallell for å forbli 3k.. et sløsing jeg vet) 2x 10k gjennomhulls trimmer potensiometre1x Arduino nanovarious headers, heatsinks, other items like switches, potensiometer osv

Jeg bestilte delene mine fra mouser.com og bestilte de fleste delene i massevis av 10 og la til flere andre deler til totalt 60 dollar for å få gratis frakt til New Zealand (en besparelse på ~ 30 dollar)

Total komponentkostnad for bygging ca 23 dollar +(uansett hva du kjøper ekstra for å få en bedre avtale KJØP BULK) +PCB

Trinn 4: PCB DESIGN

Nå har vi valgt komponentene og forhåpentligvis har dem på vei til å bekrefte komponentpakkene i skjematikken og begynne å sette opp bordet vårt PCB -layout er en kunstform og jeg skal ikke prøve å lære det. Prøv youtube for det. Det jeg kan gjøre er å påpeke feilene mine på dette brettet

Jeg satte mine mosfeter horisontalt Jeg designet min H-bro for å fungere med min planlagte kjøleribbe løsning, og som et resultat har jeg kraftspor som er vesentlig smalere enn jeg skulle ønske at de skulle være. Jeg kompenserte ved å doble sporene til undersiden av brettet og fjerne loddemasken til at jeg kunne legge til loddetinn for å øke strømhåndteringen. Jeg bestemte meg for å bruke store 10x10mm pads for å lede loddekabler for +v -v motorA- og motorB -tilkoblinger i stedet for skrueterminaler osv. (Jeg skjønner at jeg trenger mekanisk strekkavlastning), men på grunn av mine store kjøleribber vil det være vanskelig å lodde kablene til disse putene. livet ville vært lettere hvis jeg hadde plassert disse putene på motsatt side av brettet til kjøleribberne

Jeg burde ha økt størrelsen på viasene for de gjennomgående hullene på frihjulsdiodene. som et resultat er disse nå overflatemontert (vær oppmerksom på pakkestørrelsene

konverter designet ditt til en Gerber -fil og send det til din favoritt PCB -produsent. Jeg kan anbefale JLCPCB de gjorde en god jobb for meg og rimelig

Trinn 5: Montering og TEST AV STYRET

Nå har du deler og PCB -er. Det er på tide å sette sammen og ta en time eller 2

Sjekk først at du har alle delene og at kretskortet er i god stand, samle verktøyene dine. grunnleggende trenger du loddetang

som jeg sa 0805 deler er ikke for vanskelig start med de minste komponentene førstemotstandere, caps, diodesthen IC installere Arduino enten direkte eller med headers for flyttbar installere headers

TEST STYRET FOR KORT KRETSER

Last nå blinkskissen til Arduino og koble fra USB -en og koble kortet fra et batteri eller en strømforsyning for å sikre at regulatorseksjonen fungerer som den skal. Installer Mosfets sist

TEST STYRET FOR KORT KRETSER

Last opp driverprogramvare og koble kortet fra en nåværende begrenset forsyning, si at 100mA bør være nok vi ønsker å sikre H-broen i alle stater for å sikre at det ikke er noen gjennomslag. vil sannsynligvis slå seg av på grunn av lav spenning

brettet ditt er nå klart til å kjøre en motor eller 2