Controlador de motor de CC que utiliza Power Mosfets [controlado por PWM, medio puente de 30 A]: 10 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Fuente principal (Descargar Gerber / Solicitar la PCB):

Paso 1:

Los motores de CC están en todas partes, desde aplicaciones de hobby hasta robótica y áreas industriales. Por lo tanto, existe un amplio uso y solicitud de controladores de motor de CC adecuados y potentes. En este artículo, aprenderemos a construir uno. Puede controlarlo utilizando un microcontrolador, un Arduino, una Raspberry Pi o incluso un chip generador PWM independiente. Al usar un disipador de calor y métodos de enfriamiento adecuados, este circuito puede manejar corrientes de hasta 30 A.

[1]: Análisis del circuito El corazón del circuito es un chip controlador IR2104 MOSFET [1]. Es un controlador IC MOSFET popular y aplicable. El diagrama esquemático del circuito mostrado en la figura 1.

Paso 2: Figura 1, el diagrama esquemático del potente controlador de motor de CC

Paso 3:

Según la hoja de datos del IR2104 [1]:”Los IR2104 (S) son controladores MOSFET e IGBT de potencia de alta velocidad y alta tensión con canales de salida referenciados dependientes del lado alto y bajo. Las tecnologías patentadas HVIC y CMOS inmune a pestillos permiten una construcción monolítica reforzada. La entrada lógica es compatible con la salida estándar CMOS o LSTTL, hasta una lógica de 3,3 V. Los controladores de salida cuentan con una etapa de búfer de alta corriente de pulso diseñada para una conducción cruzada mínima del controlador. El canal flotante se puede usar para impulsar un MOSFET o IGBT de potencia de canal N en la configuración del lado alto que opera de 10 a 600 voltios ". El IR2104 controla los MOSFET [2] en una configuración de medio puente. No hay ningún problema con la alta capacitancia de entrada de los MOSFET IRFP150. Esa es la razón por la que los controladores MOSFET como IR2104 son útiles. Los condensadores C1 y C2 se utilizan para reducir el ruido del motor y la EMI. El voltaje máximo tolerable de los MOSFET es de 100 V. Así que utilicé al menos condensadores de 100V. Si está seguro de que su voltaje de carga no supera un umbral (por ejemplo, un motor de 12 V CC), puede disminuir los voltajes de los condensadores a 25 V, por ejemplo, y aumentar sus valores de capacitancia en su lugar (por ejemplo, 1000 uF-25 V). El pin SD se ha bajado con una resistencia de 4.7K. Luego, debe aplicar un voltaje de nivel lógico de estado estable a este pin para activar el chip. También debe inyectar su pulso PWM en el pin IN.

[2]: placa PCB

El diseño de PCB del esquema mostrado en la figura 2. Está diseñado para reducir el ruido y los transitorios para ayudar a la estabilidad del dispositivo.

Paso 4: Figura 2, Disposición de PCB diseñada para el esquema del controlador del motor

No tenía la huella de PCB ni los símbolos esquemáticos de los componentes IR2104 [1] e IRFP150 [2]. Por lo tanto, utilizo los símbolos proporcionados por SamacSys [3] [4], en lugar de perder el tiempo y diseñar las bibliotecas desde cero. Puede utilizar el "motor de búsqueda de componentes" o un complemento CAD. Debido a que usé Altium Designer para dibujar el esquema y la PCB, usé directamente el complemento SamacSys Altium [5] (figura 3).

Paso 5: Figura 3, Bibliotecas de componentes seleccionadas para el IR2104 y el IRFN150N

La Figura 4 muestra una vista 3D de la placa PCB. La vista 3D mejora el procedimiento de inspección de la placa y la colocación de los componentes.

Paso 6: Figura 4, una vista 3D de la placa PCB del controlador del motor

[3] Montaje Así que construyamos y construyamos el circuito. Solo usé una placa PCB semi-casera para poder ensamblar rápidamente la placa y probar el circuito (figura 5).

Paso 7: Figura 5, el primer prototipo del diseño (en una PCB semi-casera), vista superior

Después de leer este artículo, está 100% seguro del verdadero funcionamiento del circuito. Por lo tanto, solicite la PCB a una empresa profesional de fabricación de PCB, como PCBWay, y diviértase con su placa de soldadura y ensamblada. La Figura 6 muestra una vista inferior de la placa PCB ensamblada. Como puede ver, algunas pistas no se han cubierto completamente con la máscara de soldadura. La razón es que estas pistas pueden transportar una cantidad significativa de corriente, por lo que necesitan un soporte de cobre adicional. Una pista de PCB normal no puede tolerar una gran cantidad de corriente y, finalmente, se calentará y se quemará. Para superar este desafío (con un método económico), debe soldar un alambre de cobre desnudo grueso (figura 7) en las áreas descubiertas. Este método mejora la capacidad de transmisión actual de la pista.

Paso 8: Figura 6, una vista inferior del prototipo de la placa PCB, las pistas descubiertas

Paso 9: Figura 7, un alambre de cobre desnudo grueso

[4] Prueba y medición El video de YouTube proporcionado muestra una prueba real de la placa con el motor de CC del limpiaparabrisas de un automóvil como carga. Le proporcioné un generador de funciones al pulso PWM y examiné los pulsos en los cables del motor. Además, se ha demostrado la correlación lineal del consumo de corriente de la carga con el ciclo de trabajo PWM.

[5] Lista de materiales

La Tabla-1 muestra la lista de materiales.

Paso 10: Tabla-1, Lista de materiales de circuito

Referencias [1]:

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[3]:

[4]:

[5]:

[6]: Fuente (Descarga Gerber / Pedido de PCB)