Driver Motor DC Menggunakan Power MOSFET [PWM Controlled, 30A Half Bridge]: 10 Langkah

2025 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2025-01-23 14:49

Sumber Utama (Unduh Gerber/Pesan PCB):

Langkah 1:

Motor DC ada di mana-mana, mulai dari aplikasi hobi hingga robotika dan kawasan industri. Oleh karena itu ada banyak penggunaan dan permintaan untuk driver motor DC yang cocok dan kuat. Pada artikel ini, kita akan belajar membangunnya. Anda dapat mengontrolnya menggunakan Mikrokontroler, Arduino, Raspberry Pi atau bahkan chip generator PWM yang berdiri sendiri. Dengan menggunakan heatsink dan metode pendinginan yang tepat, rangkaian ini dapat menangani arus hingga 30A.

[1]: Analisis Sirkuit Jantung dari sirkuit ini adalah chip driver MOSFET IR2104 [1]. Ini adalah IC driver MOSFET yang populer dan dapat diterapkan. Diagram skema rangkaian ditunjukkan pada gambar-1.

Langkah 2: Gambar-1, Diagram Skema Driver Motor DC Powerfull

Langkah 3:

Menurut lembar data IR2104 [1]:”IR2104(S) adalah driver MOSFET dan IGBT daya berkecepatan tinggi, berkecepatan tinggi dengan saluran keluaran referensi sisi tinggi dan rendah yang bergantung. Teknologi HVIC dan latch imun CMOS yang dipatenkan memungkinkan konstruksi monolitik yang kokoh. Input logika kompatibel dengan output CMOS atau LSTTL standar, hingga logika 3.3V. Driver output menampilkan tahap buffer arus pulsa tinggi yang dirancang untuk konduksi silang driver minimum. Saluran mengambang dapat digunakan untuk menggerakkan MOSFET atau IGBT daya saluran-N dalam konfigurasi sisi tinggi yang beroperasi dari 10 hingga 600 volt.” IR2104 menggerakkan MOSFET [2] dalam konfigurasi setengah jembatan. Tidak ada masalah dengan kapasitansi input tinggi dari MOSFET IRFP150. Itulah alasan mengapa driver MOSFET seperti IR2104 berguna. Kapasitor C1 dan C2 digunakan untuk mengurangi kebisingan motor dan EMI. Tegangan MOSFET maksimum yang dapat ditoleransi adalah 100V. Jadi saya menggunakan kapasitor pengenal 100V setidaknya. Jika Anda yakin bahwa tegangan beban Anda tidak melewati ambang batas (misalnya motor DC 12V), maka Anda dapat menurunkan tegangan kapasitor menjadi 25V misalnya dan meningkatkan nilai kapasitansinya (misalnya 1000uF-25V). Pin SD telah ditarik ke bawah dengan resistor 4,7K. Maka Anda harus menerapkan tegangan level logika kondisi mapan ke pin ini untuk mengaktifkan chip. Anda harus menyuntikkan pulsa PWM Anda ke pin IN juga.

[2]: Papan PCB

Tata letak PCB dari skema ditunjukkan pada gambar-2. Ini dirancang sedemikian rupa untuk mengurangi kebisingan dan transien untuk membantu stabilitas perangkat.

Langkah 4: Gambar-2, Tata Letak PCB yang Dirancang untuk Skema Driver Motor

Saya tidak memiliki jejak PCB dan simbol skematik komponen IR2104 [1] dan IRFP150 [2]. Oleh karena itu saya menggunakan simbol yang disediakan SamacSys [3] [4], daripada membuang waktu saya dan mendesain perpustakaan dari awal. Anda dapat menggunakan "mesin pencari komponen" atau plugin CAD. Karena saya menggunakan Altium Designer untuk menggambar skema dan PCB, saya langsung menggunakan plugin SamacSys Altium [5] (gambar-3).

Langkah 5: Gambar-3, Pustaka Komponen Terpilih untuk IR2104 dan IRFN150N

Gambar-4 menunjukkan tampilan 3D dari papan PCB. Tampilan 3D meningkatkan prosedur pemeriksaan papan dan penempatan komponen.

Langkah 6: Gambar-4, Tampilan 3D dari Papan PCB Driver Motor

[3] PerakitanJadi mari kita membangun dan membangun sirkuit. Saya baru saja menggunakan papan PCB semi-buatan untuk dapat dengan cepat merakit papan dan menguji sirkuit (gambar-5).

Langkah 7: Gambar-5, Prototipe Pertama dari Desain (pada PCB Semi-buatan sendiri), Tampilan Atas

Setelah membaca artikel ini, Anda 100% yakin tentang pengoperasian rangkaian yang sebenarnya. Oleh karena itu pesanlah PCB ke perusahaan fabrikasi PCB profesional, seperti PCBWay, dan bersenang-senanglah dengan papan solder dan rakitan Anda. Gambar-6 menunjukkan tampilan bawah papan PCB yang dirakit. Seperti yang Anda lihat, beberapa trek belum sepenuhnya tertutup oleh topeng solder. Alasannya adalah bahwa trek ini mungkin membawa arus yang cukup besar, sehingga membutuhkan dukungan tembaga tambahan. Trek PCB normal tidak dapat mentolerir arus dalam jumlah tinggi dan akhirnya akan memanas dan terbakar. Untuk mengatasi tantangan ini (dengan metode yang murah), Anda harus menyolder kawat tembaga telanjang tebal (gambar-7) di area yang tidak tertutup. Metode ini meningkatkan kemampuan transmisi trek saat ini.

Langkah 8: Gambar-6, Tampilan Bawah Prototipe Papan PCB, Trek yang Tidak Terungkap

Langkah 9: Gambar-7, Kawat Tembaga Telanjang Tebal

[4] Pengujian dan PengukuranVideo YouTube yang disediakan menunjukkan pengujian sebenarnya dari papan dengan motor DC wiper kaca depan mobil sebagai beban. Saya telah menyediakan pulsa PWM dengan generator fungsi dan memeriksa pulsa pada kabel motor. Juga, korelasi linier dari konsumsi arus beban dengan siklus tugas PWM telah ditunjukkan.

[5] Daftar Bahan

Tabel-1 menunjukkan bill of material.

Langkah 10: Tabel-1, Bill of Circuit Materials

Referensi [1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]:

[6]: Sumber (Unduh Gerber/Pemesanan PCB)