Pengemudi Motor Arus Tinggi DIY (jembatan-h): 5 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Proyek ini adalah untuk meng-upgrade motor dan elektronik di sepeda quad anak-anak Power Wheels ini. Kekecewaan dengan kinerja mini-quad 12V ini. kami berencana untuk meningkatkan ke sistem 24v dengan 2 motor brush traxxis 775 baru setelah meneliti papan driver motor yang tersedia secara komersial dan menemukan bahwa sebagian besar agak lemah (lihat foto perbandingan yang disertakan) atau agak mahal. Saya memutuskan untuk merancang solusi sederhana berbasis Arduino.

minimal 24v

kontrol motor dua arah

Kontrol PWM

scalable mampu arus tinggi (100AMP)

komponen minimal

5v stepdown untuk logika

pengertian tegangan baterai

pengontrol nano adruino

akses ke input untuk penggunaan tertentu (throttle [termasuk trim atas dan bawah], arah, aktifkan, 1 ekstra)

akses ke pin yang tidak digunakan untuk output (dipimpin keluar)

solusi yang jelas adalah dengan menggunakan rangkaian H-bridge berbasis MOSFET

saya akan menunjukkan kepada Anda bagaimana saya merancang dan membangun driver H-bridge saya yang tinggi saat ini

Langkah 1: Temukan IC Driver H-bridge

IC driver H-bridge adalah chip antara output Arduino dan MOSFET. IC ini mengambil sinyal HIGH/LOW dari Arduino dan mengeluarkan sinyal boost yang sama untuk menggerakkan gerbang MOSFET, khususnya fungsinya yang paling penting adalah untuk meningkatkan tegangan ke fet sisi tinggi di atas VCC (baterai + input) yang memungkinkan untuk penggunaan semua N-MOSFET beberapa driver juga memiliki sirkuit khusus untuk mencegah shoot through (ketika 2 fets membuat korsleting langsung ke ground yang menghancurkan fets.)saya akhirnya memilih driver NXP MC33883 Full H-bridge ICdipilih karena - ini termasuk 2 half bridge (jadi saya hanya memerlukan 1 IC) - pompa pengisian sisi tinggi built-in - hanya membutuhkan 7 komponen tambahan (termasuk sirkuit perlindungan) - beroperasi dengan input 5,5-60V (dengan penguncian voltase di bawah dan di atas) -1amp arus penggerak puncak

negatifsayangnya tidak memiliki perlindungan menembak melalui (jadi harus dilakukan dalam perangkat lunak dan diuji dengan catu daya terbatas saat ini)membutuhkan 5 sinyal input agak mahal di $8.44 masing-masing pada mouserhttps://nz.mouser.com/ProductDetail/NXP-Freescale/…datasheet

dengan chip ini dalam pikiran, kita sekarang dapat merancang sirkuit kita di sekitarnya

Langkah 2: Desain Sirkuit

kita akan menggunakan alat online EASYEDA (easyeda.com) untuk mendesain rangkaian (tidak berafiliasi tetapi alat berfungsi dengan baik dan pemesanan PCB mudah melalui JLCPCB.com)Dari datasheet untuk driver MC33883, kita dapat menemukan skema aplikasi (dengan eksternal sirkuit perlindungan) kami akan menyalin sirkuit ini karena kami tidak perlu menemukan kembali roda di sini cukup gunakan tata letak yang disarankan dan nilai kapasitor yang disarankan, kami akan menambahkan dioda zener 18v dan kapasitor untuk membatasi tegangan sumber gerbang di bawah MOSFET 20v khas maks Vgs

Satu perbedaan yang akan kami tambahkan ke rangkaian adalah MOSFET paralel opsional untuk meningkatkan kemampuan arus. Untuk melakukan ini, kami hanya perlu memastikan bahwa kami memiliki resistor di gerbang setiap FET. dengan FET paralel resistor ini membantu menyeimbangkan beban dan karakteristik switching dari pasangan paralel (riset lebih banyak untuk pemuatan tinggi untuk menghindari masalah)

Keputusan yang harus dibuat.. tegangan maks? Saya menjalankan 24v, jadi saya dapat mengikat VCC dan VCC2 dari chip mc33883 saya bersama-sama (batas pada vcc2 adalah 28v tetapi saya dapat memiliki suplai terpisah dan memiliki tegangan VCC maks 60v) Bagaimana cara memberi daya pada Arduino? Saya menggunakan regulator switching 5v 500mA kecil yang dilengkapi dengan PCB dengan 3 pin yang beroperasi antara 6,5-36v sempurna!.https://nz.mouser.com/ProductDetail/490-VXO7805-50…yang perlu saya lakukan adalah tambahkan dioda pelindung polaritas, kapasitor input dan output. selesai.

Saya ingin bisa mendapatkan tegangan baterai dan mematikan ketika rendah sehingga pembagi tegangan untuk membatasi tegangan ke pin Arduino saya. 8 bantalan resistor 2 paralel dan 4 seri loos seperti ini +==|==- ini berarti saya dapat dengan mudah mengonfigurasinya secara berbeda tanpa memiliki nilai tertentu. Cari tahu output apa yang kita butuhkan dari Arduino ke driver, kita membutuhkan 2 PWM untuk FET sisi tinggi dan 2 digital (atau pwm) untuk FET sisi rendah dan kami juga membutuhkan 1 jalur pengaktifan untuk driver yang bisa Anda sukai dengan semacam logika gerbang NAND (dan mungkin pada penundaan) untuk perangkat keras yang menembak melalui perlindungan jika Anda membutuhkannya.

Input Saya memilih untuk menggunakan semua input Analog untuk throttle, mengaktifkan, arah, dan pemangkasan terutama untuk memastikan mereka tersedia dan rusak semua memiliki bantalan untuk resistor pulldown dan pin 5v tersedia dan input bekerja sebagai aktif saat tinggi. (jika mengaktifkan saluran aktif rendah dan throttle macet jika kabel 5v putus, motor akan terus berjalan)

output Saya menyertakan header output 5pin + ground untuk indikator baterai LED/ akses ke pin (pin digital yang tersisa) juga termasuk header untuk pin PWM yang tersisa (catatan pada PWM saya memilih untuk menempatkan high side fets, low side fets, dan Output PWM masing-masing pada saluran pengatur waktu terpisah dari Arduino ini akan memungkinkan saya untuk bermain dengan pengatur waktu secara berbeda, dll.)

Langkah 3: Pemilihan Komponen

untuk papan ini, saya memutuskan untuk menggunakan terutama komponen pemasangan permukaan menyolder smd tidak terlalu sulit jika Anda memilih perangkat Anda dengan bijak.0805 ukuran komponen untuk resistor dan kapasitor cukup sederhana untuk disolder tanpa bantuan mikroskop dan hanya pinset yang diperlukan untuk penanganan.

beberapa orang mengatakan 0603 tidak terlalu buruk tetapi mulai mendorong batas.

zener kaca saya merasa agak sulit untuk bermanuver

Daftar komponen dari daya ke driver ke digital (apa yang saya gunakan)

8x TO220 N-ch mosfets 60V 80A IPP057N06N3 G4x 1N5401-G power diode tujuan umum 100v 3A (puncak 200A) (ini salah saya seharusnya menggunakan dioda Schottky lihat bagaimana mereka pergi)8x 0805 resistor 50ohm2x 0805 10ohm resistor2x 0805 10nF 50V kapasitor keramik (sirkuit pelindung)

2x 18v zener diode 0.5W ZMM5248B (sirkuit proteksi)1x nxp MC33883 H-bridge gate driver1x 0805 33nF kapasitor keramik 50V (untuk driver)

2x 0805 470nF 50V kapasitor keramik (untuk driver)

1x dioda pelindung polaritas melalui lubang generik (sudah memilikinya)1x 3pin dc/dc converter max 36vin 5v out VXO7805-500

3x smd 10uF 50V 5x5.3mm kapasitor elektrolit3x 0805 1uF 50V kapasitor keramik (sirkuit logika 5v)

9x 0805 10k resistor (pulldown dan pembagi tegangan dikonfigurasi untuk membuat 15k)4x 0803 resistor 3k (seri dikonfigurasi paralel untuk tetap 3k.. sia-sia saya tahu)2x 10k melalui lubang pemangkas potensiometer1x Arduino nano berbagai header, heatsink, item lain seperti sakelar, potensiometer dll

Saya memesan suku cadang saya dari mouser.com dan memesan sebagian besar dalam lot 10 dan menambahkan beberapa suku cadang lainnya dengan total nz$60 untuk mendapatkan pengiriman gratis ke Selandia Baru (penghematan ~nz$30)

Total biaya komponen untuk pembuatan sekitar US$23 + (berapa pun yang Anda beli ekstra untuk mendapatkan kesepakatan yang lebih baik BELI BULK)+pcb

Langkah 4: DESAIN PCB

Sekarang kita telah memilih komponen dan mudah-mudahan dalam perjalanan kita dapat mengkonfirmasi paket komponen dalam skema dan mulai tata letak papan tata letak PCB kami adalah bentuk seni dan saya tidak akan mencoba untuk mengajarkannya. Coba youtube untuk itu. yang bisa saya lakukan adalah menunjukkan kesalahan saya di papan ini

Saya meletakkan mosfets saya secara horizontal. Saya merancang jembatan-H saya untuk bekerja dengan solusi heatsink yang saya rencanakan dan sebagai hasilnya, saya memiliki jejak daya yang secara signifikan lebih sempit daripada yang saya inginkan. Saya mengimbanginya dengan menggandakan jejak ke sisi bawah papan dan melepas topeng solder sehingga saya dapat menambahkan solder untuk meningkatkan penanganan koneksi daya saat ini. Saya memutuskan untuk menggunakan bantalan 10x10mm besar untuk mengarahkan kabel solder untuk koneksi +v -v motorA dan motorB daripada terminal sekrup dll (saya sadar saya akan membutuhkan bantuan regangan mekanis) namun karena heatsink saya yang besar akan sulit untuk menyolder kabel ke bantalan ini. hidup akan lebih mudah jika saya menempatkan bantalan ini dari sisi berlawanan dari papan ke heatsink

Saya seharusnya meningkatkan ukuran vias untuk dioda freewheel melalui lubang. sebagai hasilnya, ini sekarang dipasang di permukaan (perhatikan ukuran paket Anda

konversikan desain Anda ke file Gerber dan kirimkan ke fabrikator PCB favorit Anda. Saya dapat merekomendasikan JLCPCB, mereka melakukan pekerjaan dengan baik untuk saya dan harga terjangkau

Langkah 5: Perakitan dan UJI PAPAN

Sekarang Anda memiliki suku cadang dan PCB, waktu untuk merakit dan menyolder mungkin membutuhkan waktu satu atau 2 jam

pertama, periksa apakah Anda memiliki semua bagian dan bahwa PCB Anda dalam kondisi baik kumpulkan alat-alat Anda. dasar-dasar yang Anda perlukan adalah solder besisolderpinsetsumbu solder dan atau tang potong pengisap solder

seperti yang saya katakan 0805 bagian tidak terlalu sulit mulai dengan komponen terkecil pertama resistor, tutup, diodakemudian IC instal Arduino baik secara langsung atau dengan header untuk dilepas pasang header

UJI PAPAN UNTUK HUBUNGAN PENDEK

sekarang muat sketsa kedipan ke Arduino dan cabut USB dan nyalakan papan dari baterai atau catu daya untuk memastikan bagian regulator berfungsi dengan benar, pasang MOSFET terakhir

UJI PAPAN UNTUK HUBUNGAN PENDEK

unggah perangkat lunak driver dan nyalakan papan dari pasokan terbatas saat ini, katakan 100mA harus banyak, kami ingin memastikan jembatan-H di semua negara bagian untuk memastikan tidak ada peristiwa tembak-menembak. jika ada pasokan akan segera membatasi arus dan papan kemungkinan akan mati karena tegangan rendah

papan Anda sekarang siap untuk mengendarai motor atau 2