برنامج تشغيل المحرك عالي التيار DIY (h-bridge): 5 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

المشروع هو ترقية المحركات والإلكترونيات في هذه الدراجة الرباعية للأطفال من Power Wheels. غارقة في أداء هذه الدراجة الرباعية الصغيرة 12 فولت. خططنا للترقية إلى نظام 24 فولت بمحركين جديدين من traxxis 775 بعد البحث عن لوحات تشغيل المحرك المتاحة تجاريًا ووجدنا أن معظمها كان إما جبانًا نوعًا ما (انظر صورة المقارنة المضمنة) أو باهظ الثمن إلى حد ما قررت تصميم حل بسيط قائم على Arduino

24 فولت كحد أدنى

التحكم في المحرك ثنائي الاتجاه

تحكم PWM

قدرة عالية التيار قابلة للتطوير (100AMP)

الحد الأدنى من المكونات

تنحى 5 فولت للمنطق

استشعار جهد البطارية

أدروينو نانو كونترولر

الوصول إلى المدخلات لاستخدامات محددة (الخانق [بما في ذلك الحافة العلوية والسفلية] ، الاتجاه ، التمكين ، 1 إضافي)

الوصول إلى المسامير غير المستخدمة للمخرجات (أدى للخارج)

الحل الواضح هو استخدام دائرة جسر H المستندة إلى mosfet

سأوضح لك كيف صممت وصنعت برنامج تشغيل H-bridge الحالي

الخطوة 1: ابحث عن برنامج تشغيل IC لـ H-bridge

IC سائق الجسر H هو الرقاقة بين مخرجات Arduino و MOSFET. يأخذ هذا IC إشارات HIGH / LOW من Arduino ويخرج نفس الإشارة المعززة لقيادة بوابات MOSFET ، وتحديداً وظيفته الأكثر أهمية هي زيادة الجهد إلى الجانب العالي فوق VCC (البطارية + الإدخال) مما يسمح باستخدام الكل N-MOSFETs بعض السائقين لديهم أيضًا دوائر خاصة لمنع إطلاق النار من خلالها (عندما يقوم اثنان من الأبطال بإنشاء دائرة كهربائية قصيرة مباشرة للأرض تدمر الأجنة.) استقرت أخيرًا على سائق NXP MC33883 Full H-bridge IC الذي تم اختياره لأنه - يشتمل على جسرين نصفي (لذلك أنا فقط أحتاج إلى 1 IC) - مضخة شحن جانبية مدمجة - تتطلب 7 مكونات إضافية فقط (بما في ذلك دائرة الحماية) - تعمل بإدخال 5.5-60 فولت (مع إغلاق أقل وفوق فولت) - تيار محرك ذروة -1 أمبير

السلبيات لسوء الحظ لا تحتوي على الحماية من خلال الحماية (لذلك يجب أن يتم ذلك في البرنامج واختباره باستخدام مصدر طاقة محدود حالي) يتطلب 5 إشارات إدخال باهظة الثمن إلى حد ما بسعر 8.44 دولار لكل منها على الماوس: //nz.mouser.com/datasheet/2/302/MC33883-1126…

مع وضع هذه الشريحة في الاعتبار ، يمكننا الآن تصميم دائرتنا حولها

الخطوة 2: تصميم الدوائر

سنستخدم الأداة عبر الإنترنت EASYEDA (easyeda.com) لتصميم الدائرة (ليست تابعة ولكن الأداة تعمل بشكل جيد ويسهل طلب PCB من خلال JLCPCB.com) من ورقة البيانات الخاصة ببرنامج التشغيل MC33883 ، يمكننا العثور على مخطط التطبيق (مع خارجي دائرة الحماية) سنقوم بنسخ هذه الدائرة لأننا لسنا بحاجة إلى إعادة اختراع العجلة هنا فقط استخدم التخطيط الموصى به وقيم المكثف الموصى بها ، وسنضيف ثنائيات ومكثفات زينر 18 فولت لسد جهد مصدر البوابة أقل من MOSFET النموذجي 20 فولت ماكس Vgs

الاختلاف الوحيد الذي سنضيفه إلى الدائرة هو وحدات MOSFET الموازية الاختيارية لزيادة القدرة الحالية للقيام بذلك ، نحتاج فقط إلى التأكد من وجود المقاوم على بوابة كل FET. مع FETs المتوازية ، يساعد هذا المقاوم في موازنة خصائص الحمل والتبديل للزوج المتوازي (ابحث أكثر عن التحميل العالي لتجنب المشكلات)

القرارات التي يتعين اتخاذها.. أقصى جهد؟ أنا أقوم بتشغيل 24 فولت ، لذلك يمكنني ربط VCC و VCC2 لشريحة mc33883 الخاصة بي معًا (الحد الأقصى على vcc2 هو 28 فولت ولكن يمكنني الحصول على مصدر منفصل ولدي أقصى جهد VCC يبلغ 60 فولت) كيف يمكنني تشغيل Arduino؟ ذهبت مع منظم تحويل صغير 5 فولت 500 مللي أمبير والذي يأتي مُصمم مسبقًا على ثنائي الفينيل متعدد الكلور مع 3 دبابيس تعمل بين 6.5-36 فولت مثالي!. إضافة قطبية حماية الصمام الثنائي ومكثفات الإدخال والإخراج. انتهى.

أريد أن أكون قادرًا على الحصول على جهد البطارية وإغلاقه عندما يكون منخفضًا ، لذا فإن مقسم الجهد يحد من الجهد الكهربي لدبابيس Arduino. 8 منصات مقاومة 2 Paralled و 4 series loos مثل هذا + == | == - وهذا يعني أنه يمكنني بسهولة تهيئتها بشكل مختلف دون وجود قيم محددة. و 2 رقمي (أو pwm) للجانب المنخفض FETs ونحتاج أيضًا إلى خط تمكين واحد للسائق ، يمكنك أن تتوهم مع نوع من منطق بوابة NAND (وربما في تأخير) لتصوير الأجهزة من خلال الحماية إذا كنت بحاجة إليها.

المدخلات التي اخترت استخدام جميع المدخلات التناظرية من أجل الخانق ، والتمكين ، والتوجيه ، والتشذيب بشكل أساسي للتأكد من توفرها وكسرها ، تحتوي جميعها على وسادات للمقاومات المنسدلة ودبوس 5 فولت متاح وتعمل المدخلات على أنها نشطة عندما تكون عالية. (إذا تم التمكين كان الخط نشطًا منخفضًا وكان الخانق عالقًا في حالة كسر السلك 5 فولت ، فستعمل المحركات باستمرار)

لقد قمت بتضمين رأس خرج أرضي 5pin + لمؤشر بطارية LED / الوصول إلى المسامير (المسامير الرقمية المتبقية) كما تم تضمين رأس لآخر دبوس PWM متبقي (ملاحظة على PWM اخترت وضع علامات جانبية عالية ، وجانب جانبي منخفض ، و خرج كل من PWM على قنوات توقيت منفصلة من Arduino ، وهذا من شأنه أن يسمح لي باللعب مع أجهزة ضبط الوقت بشكل مختلف وما إلى ذلك)

الخطوة 3: اختيار المكون

بالنسبة لهذه اللوحة ، قررت أن أستخدم مكونات تثبيت السطح بشكل أساسي ، حيث أن لحام SMD ليس صعبًا للغاية إذا اخترت أجهزتك بحكمة..

يقول بعض الناس أن 0603 ليس سيئًا للغاية ولكنه بدأ في دفع الحد الأقصى.

zeners الزجاجي وجدت بعض الصعوبة في المناورة

قائمة المكونات من السلطة إلى السائق إلى الرقمية (ما استخدمته)

8x TO220 N-ch mosfets 60V 80A IPP057N06N3 G4x 1N5401-G الصمام الثنائي للطاقة للأغراض العامة 100 فولت 3 أمبير (200 أمبير) (هذه خاطئة يجب أن أستخدم ثنائيات شوتكي انظر كيف تسير) 8 × 0805 50 أوم المقاوم 2 × 0805 10 أوم المقاوم 2 × 0805 10nF 50nF (دائرة الحماية)

2x 18 فولت زينر ديود 0.5 واط ZMM5248B (دائرة حماية) 1x nxp MC33883 H- جسر بوابة سائق 1x 0805 33nF 50V مكثف سيراميك (للسائق)

2x 0805 470nF 50V مكثف سيراميك (للسائق)

1x صمام حماية قطبية عام من خلال الفتحة (كان موجودًا بالفعل) محول 1x 3pin dc / dc بحد أقصى 36vin 5 فولت خارج VXO7805-500

3x smd 10 فائق التوهج 50 فولت 5x5.3 مم كهربائياً مكثف 3 × 0805 1 فائق التوهج 50 فولت مكثف سيراميك (دوائر منطقية 5 فولت)

9x 0805 10k المقاوم (انسحاب ومقسّم جهد مهيأ لصنع 15 كيلو) 4x 0803 3k المقاوم (سلسلة مهيأة موازية لتظل 3 كيلو.. مضيعة أعرفها) 2x 10k من خلال الفتحة فرق الجهد 1x اردوينو رؤوس متنوعة ومبددات حرارة وعناصر أخرى مثل المفاتيح ، الجهد الخ

لقد طلبت أجزائي من mouser.com وطلبت معظم الأجزاء في الكثير من 10 وأضفت عدة أجزاء أخرى إلى إجمالي 60 دولارًا نيوزيلنديًا للحصول على شحن مجاني إلى نيوزيلندا (توفير حوالي 30 دولارًا نيوزيلنديًا)

التكلفة الإجمالية للمكونات للبناء حوالي 23 دولارًا أمريكيًا (كل ما تشتريه إضافيًا للحصول على صفقة أفضل ، شراء بكميات كبيرة) + ثنائي الفينيل متعدد الكلور

الخطوة 4: تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور

لقد اخترنا الآن المكونات ونأمل أن نحصل عليها على الطريقة التي يمكننا بها تأكيد حزم المكونات في التخطيطي والبدء في تخطيط تخطيط اللوحة PCB الخاص بنا هو شكل فني وأنا لست على وشك محاولة تعليمه. جرب youtube لذلك ، ما يمكنني فعله هو الإشارة إلى أخطائي في هذا المنتدى

لقد وضعت جهاز mosfets الخاص بي في وضع أفقي ، لقد صممت جسر H الخاص بي للعمل مع حل غرفة التبريد الذي خططت له ، ونتيجة لذلك ، لديّ آثار طاقة أضيق بشكل كبير مما أريده. لقد قمت بالتعويض عن طريق مضاعفة الآثار إلى الجانب السفلي من اللوحة وإزالة قناع اللحام لذلك يمكنني إضافة لحام لزيادة توصيلات الطاقة الحالية. قررت استخدام وسادات كبيرة مقاس 10x10 مم لتوجيه كبلات اللحام لمحرك + v -v وتوصيلات المحرك B بدلاً من المحطات اللولبية وما إلى ذلك (أدرك أنني سأحتاج إلى تخفيف الضغط الميكانيكي) ولكن بسبب مبددات الحرارة الكبيرة ، سيكون من الصعب لحام الكابلات إلى هذه الفوط. ستكون الحياة أسهل إذا كنت قد وضعت هذه الفوط من الجانب الآخر من اللوحة في غرفة التبريد

كان يجب أن أزيد من حجم القواطع لثنائيات العجلة الحرة من خلال الفتحة. نتيجة لذلك ، هذه الآن مثبتة على السطح (انتبه لأحجام العبوات الخاصة بك

قم بتحويل تصميمك إلى ملف Gerber وأرسله إلى صانع PCB المفضل لديك ويمكنني أن أوصي بـ JLCPCB لقد قاموا بعمل جيد بالنسبة لي وبأسعار معقولة

الخطوة 5: التجميع واختبار اللوحة

الآن لديك أجزائك ومركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور حان الوقت للتجميع ولحام اللحام ربما ساعة أو 2

أولاً ، تحقق من أن لديك جميع الأجزاء وأن PCB الخاص بك في حالة جيدة ، اجمع أدواتك معًا.

كما قلت ، فإن أجزاء 0805 ليست صعبة للغاية في البداية مع أصغر المكونات ، والمقاومات الأولى ، والقبعات ، والثنائيات ، ثم يقوم IC بتثبيت Arduino إما مباشرة أو مع رؤوس للإزالة ، قم بتثبيت الرؤوس

اختبر اللوحة بحثًا عن دوائر قصيرة

الآن قم بتحميل رسم وميض إلى Arduino وافصل USB وتشغيل اللوحة من بطارية أو مصدر طاقة للتأكد من أن قسم المنظم يعمل بشكل صحيح.

اختبر اللوحة بحثًا عن دوائر قصيرة

قم بتحميل برنامج التشغيل وتشغيل اللوحة من الإمداد المحدود الحالي ، على سبيل المثال ، يجب أن يكون 100mA كثيرًا ، ونريد التأكد من وجود جسر H في جميع الولايات لضمان عدم وجود أي حدث إطلاق نار. من المحتمل أن ينطفئ بسبب الجهد المنخفض

لوحك جاهز الآن لقيادة محرك أو 2