Controlador de velocidad PWM DIY de 2000 vatios: 8 pasos (con imágenes)

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

He estado trabajando en convertir mi bicicleta en una eléctrica usando un motor de CC para el mecanismo automático de la puerta y para eso también he hecho un paquete de baterías que tiene una potencia nominal de 84v CC.

Ahora necesitamos un controlador de velocidad que pueda limitar la cantidad de energía entregada al motor desde el paquete de baterías. La mayoría de los controladores de velocidad disponibles en línea no están clasificados para tanto voltaje, así que decidí construir uno para mí. Así que eso es lo que va a ser este proyecto, diseñar y construir un controlador de velocidad PWM personalizado para controlar la velocidad de motores de CC a gran escala.

Paso 1: Herramientas, materiales y habilidades

Para este proyecto necesita herramientas de soldadura básicas como:

• Un soldador
• Ventosa
• Alicates y twizzers

El esquema, los archivos Gerber y la lista de componentes están disponibles aquí.

Paso 2: diseño del controlador de velocidad

Dado que nuestro objetivo es controlar la velocidad de un motor de CC para lo cual podemos usar dos tecnologías, un convertidor reductor que reducirá el voltaje de entrada, pero es bastante complicado, por lo que hemos decidido utilizar el control PWM (ancho de pulso Modulación). El enfoque es simple, para controlar la velocidad de encendido y apagado de la batería a alta frecuencia. Para cambiar la velocidad, se cambia el ciclo de trabajo o el período de tiempo de encendido y apagado del interruptor.

Ahora no se espera que los interruptores mecánicos sufran un estrés tan alto, por lo que una opción adecuada para tal aplicación es un Mosfet de canal N que está diseñado específicamente para manejar una cantidad moderada de corriente a alta frecuencia.

Para cambiar los mosfets necesitamos una señal PWM que es producida por un temporizador 555 IC y el ciclo de trabajo de la señal de conmutación se varía usando un potenciómetro de 100k.

Como no podemos operar el temporizador 555 por encima de 15v, incorporamos un convertidor IC lm5008 Buck que reduce el voltaje de entrada de 84VDC a 10VDC que se usa para alimentar el IC del temporizador y el ventilador de enfriamiento.

Ahora, para manejar la gran cantidad de corriente, he usado cuatro Mosfets de canal N que están conectados en paralelo.

Además de eso, he agregado todos los componentes complementarios como se describe en las hojas de datos.

Paso 3: diseño de las placas de circuito impreso

Cuando terminé el esquema, decidí diseñar un PCB dedicado para el controlador de velocidad, ya que no solo nos ayudará a mantener todo ordenado, sino que tenía la intención de diseñar esta unidad para que sea capaz de realizar más modificaciones para mis otros proyectos de bricolaje que utiliza grandes motores de CC.

La idea de diseñar una placa de circuito impreso puede parecer que requiere un gran esfuerzo, pero créanme, vale la pena todo eso cuando tienes en tus manos placas personalizadas. Entonces, con eso en mente, diseñé el PCB para la unidad del controlador de velocidad. Siempre trate de definir regiones particulares, como los circuitos de control y la potencia en el otro lado, de modo que cuando esté conectando todo, esté listo para ir con el ancho de pista apropiado, especialmente en el lado de la potencia.

También agregué cuatro orificios de montaje que serán útiles para montar el controlador y también sujetar el ventilador colling junto con el disipador de calor sobre los MOSFET.

Paso 4: pedir las placas de circuito impreso

A diferencia de cualquier otra pieza personalizada para su proyecto de bricolaje, los PCB son seguramente los más fáciles de conseguir. Sí Ahora, una vez que generamos archivos gerber de nuestro diseño de PCB terminado, estamos a solo unos clics de pedir nuestros PCB personalizados.

Lo único que hice fue dirigirme a PCBWAY y después de pasar por un montón de opciones allí, cargué mis archivos gerber. Una vez que el equipo técnico verifica el diseño en busca de errores, su diseño se envía a la línea de fabricación. Todo el proceso tardará dos días en completarse y, con suerte, obtendrá sus PCB en menos de una semana.

PCBWAY ha hecho posible este proyecto gracias a su apoyo, así que tómate tu tiempo y echa un vistazo a su sitio web. Están ofreciendo PCB estándar, PCB de giro rápido, SMD, etc., por lo que para obtener descuentos de hasta el 30% en sus PCB, visite este enlace.

Los archivos Gerber, el esquema y la lista de materiales (BOM) para la PCB del controlador de velocidad están disponibles aquí.

Paso 5: Montaje de los PCB

Como era de esperar, los PCB llegaron en una semana y el acabado es demasiado bueno. La calidad de las placas de circuito impreso es absolutamente impecable. Ahora es el momento de reunir todos los componentes mencionados en la lista de materiales (BOM) y colocarlos en su lugar.

Para que todo siga fluyendo, debemos comenzar con el componente más pequeño de la PCB, que en nuestro caso es el convertidor LM5008 Buck, un componente SMP. Una vez que lo limpiamos usando una trenza de soldadura, ya que no tenemos una pistola caliente para lidiar con el componente SMD, colocamos el inductor al lado y nos movimos hacia componentes más grandes.

Una vez que hayamos terminado de ensamblar las tablas, es hora de colocar el temporizador 555 en su lugar con la muesca en la dirección correcta.

Paso 6: enfriar las cosas

Con tanta potencia con la que vamos a tratar, obviamente se espera que las cosas se calienten. Entonces, para lidiar con eso, vamos a doblar los MOSFET y montar un ventilador de 12v con el disipador de calor intercalado.

Una vez hecho esto, la bestia de un controlador de velocidad PWM está lista para rodar.

Paso 7: prueba del controlador

Para probar el controlador, vamos a utilizar un paquete de baterías personalizado de 84v que hemos construido para nuestra bicicleta eléctrica. El controlador está temporalmente conectado al paquete de baterías y al motor que está conectado a la bicicleta para impulsar la rueda trasera.

Cuando activé el interruptor, el controlador se enciende con el ventilador soplando aire sobre los MOSFET. Cuando giré el potenciómetro en el sentido de las agujas del reloj, el motor comenzó a girar y a aumentar gradualmente la velocidad proporcional a la rotación de la perilla.

Paso 8: Resultados finales

En esta etapa, el controlador de velocidad está listo y superó mis expectativas en lo que respecta al acabado. El controlador parece funcionar fácilmente con una batería de 84v y controla la velocidad del motor sin problemas.

Pero para probar este controlador de velocidad con carga, debemos terminar nuestro proyecto de bicicleta y montar todo en su lugar. Entonces, muchachos para el rendimiento con carga, estad atentos para el próximo video del proyecto, que es un proyecto de conversión de bicicleta eléctrica de bricolaje.

Suscríbase y esté atento al próximo video del proyecto.

Saludos.

Rey de bricolaje