נהג מנוע זרם DIY גבוה (h-bridge): 5 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

הפרויקט הוא לשדרג את המנועים והאלקטרוניים ברכב אופני הילדים של Power Wheels זה. לא נדהם מהביצועים של מיני-קוואד 12V זה. תכננו לשדרג למערכת 24V עם 2 מנועים חדשים מוברשים מסוג traxxis 775 לאחר שחקרנו לוחות נהג מנועים זמינים מסחרית ומצאנו שרובם די מוזרים (ראו תמונת השוואה כלולה) או די יקרים החלטתי לעצב פתרון מבוסס Arduino פשוט עיצוב קצר

מינימום 24V

שליטה מוטורית דו כיוונית

בקרת PWM

בעל יכולת זרם גבוהה ניתנת להרחבה (100AMP)

רכיבים מינימליים

שלב 5v להגיון

חוש מתח הסוללה

בקרת ננו אדרונו

גישה לכניסות לשימושים ספציפיים (מצערת [כולל גימור עליון ותחתון], כיוון, הפעלה, 1 תוספת)

גישה לסיכות שאינן בשימוש עבור יציאות (led out)

הפתרון הברור הוא להשתמש במעגל ה- H-bridge המבוסס על mosfet

אני הולך להראות לך כיצד תכננתי ובניתי את נהג ה- H-bridge הנוכחי שלי

שלב 1: מצא IC מנהל התקן H-bridge

נהג ה- H-bridge הנהג הוא השבב בין יציאות ה- Arduino לבין ה- MOSFET. IC זה לוקח אותות HIGH/LOW מהארדואינו ומוציא את אותו אות מוגבר להנעת שערי ה- MOSFET, במיוחד הפונקציה החשובה ביותר שלו היא הגברת המתח לשרירי הצד הגבוהים מעל VCC (סוללה + קלט) המאפשרת שימוש בכל ל- N-MOSFET לחלק מהנהגים יש גם מעגלים מיוחדים למניעת ירי (כאשר 2 כובשים יוצרים קצר חשמלי ישיר לקרקע להרוס את הכובשים.) בסופו של דבר התיישבתי על נהג ה- NXP MC33883 מלא H-bridge ICchosen מכיוון שהוא כולל 2 חצי גשרים (אז אני דורש רק 1 IC)-מובנה משאבת טעינה גבוהה בצד-דורש רק 7 רכיבים נוספים (כולל מעגל הגנה)-פועל עם כניסת 5.5-60V (עם נעילה של מתח מעל ומעלה) -1 זרם שיא שיא של 1 אמפר

שלילי למרבה הצער אין הגנה באמצעות צילום דרך (יש לבצע זאת בתוכנה ולבדוק עם אספקת חשמל מוגבלת הנוכחית) דורשת 5 אותות קלט די יקרים ב 8.44 $ כל אחד על העכבר https://nz.mouser.com/ProductDetail/NXP-Freescale/… Datasheet

עם שבב זה בחשבון, כעת אנו יכולים לעצב את המעגל שלנו סביבו

שלב 2: עיצוב מעגלים

אנו נשתמש בכלי המקוון EASYEDA (easyeda.com) לעיצוב המעגל (אינו קשור אך הכלי פועל בסדר והזמנה קלה של הלוח באמצעות JLCPCB.com) מתוך גליון הנתונים של מנהל ההתקן MC33883, אנו יכולים למצוא את סכמט היישום (עם חיצוני מעגל הגנה) אנו נעתיק מעגל זה מכיוון שאיננו צריכים להמציא את הגלגל כאן רק השתמשו בפריסה המומלצת ובערכי הקבלים המומלצים, נוסיף את דיודות הזנר והקבלים של 18V כדי לכסות את מתח השער מתחת ל- 20V MOSFET הטיפוסי. מקסימום Vgs

ההבדל היחיד שנוסיף למעגל הוא ה- MOSFETs המקבילים האופציונליים כדי להגדיל את היכולת הנוכחית לשם כך עלינו רק להבטיח שיש לנו נגד בשער של כל FET. עם FETs מקבילים הנגד הזה עוזר לאזן את מאפייני העומס והמיתוג של הצמד המקביל (מחקר נוסף על העמסה גבוהה כדי להימנע מבעיות)

יש לקבל החלטות..מתח מקס? אני מפעיל 24V, כדי שאוכל לקשור VCC ו- VCC2 של שבב mc33883 שלי יחד (המגבלה על vcc2 היא 28v אבל יכול להיות שיש לי אספקה נפרדת ויש לי מתח VCC מקסימלי של 60v) איך להפעיל את הארדואינו? הלכתי עם רגולטור מיתוג 5v 500mA שמגיע מראש על מחשב עם 3 סיכות אשר פועל בין 6.5-36v מושלם!. הוסף דיודה להגנה על קוטביות, קבלים קלט ופלט. בוצע.

אני רוצה להיות מסוגל להשיג את מתח הסוללה ולסגור כשהוא נמוך, כך שמפריד מתח יגביל את המתח לסיכות הארדואינו שלי. 8 רפידות נגדים בעלות שני מקבילים ו -4 סדרות כאלו +== | ==- זה אמור אומר שאני יכול להגדיר אותו בצורה שונה מבלי שיהיו ערכים ספציפיים בדוק אילו תפוקות אנו צריכים מהארדואינו לנהג אנו זקוקים ל -2 PWM עבור ה- FETs בצד הגבוה ו -2 דיגיטליים (או pwm) עבור ה- FETs בצד הנמוך ואנו זקוקים גם לשורת הפעלה אחת לנהג שתוכל להתגאות בה עם לוגיקה של שער NAND (ואולי בעיכוב) לצילום חומרה באמצעות הגנה אם תזדקק לה.

כניסות בחרתי להשתמש בכל הכניסות האנלוגיות למצערת, הפעלה, כיוון וקיצוץ בעיקר כדי לוודא שהן זמינות ושבורות כולן כוללות רפידות לנגני הנעה וסיכת 5v זמינה וכניסות פועלות כפעילות כשהן גבוהות. (אם אפשר הקו היה פעיל נמוך והמצערת תקועה אם חוט ה- 5V היה שבור המנועים יפעלו ברציפות)

כלול כותרת פלט 5 פינים +קרקע עבור מחוון סוללות LED/ גישה לפינים (סיכות דיגיטליות שנותרו) כלול גם הוא כותרת לסיכת PWM שנותרה אחרונה (הערה ב- PWM בחרתי לשים כפות רגליים גבוהות, ירכי צד נמוכים ו פלט PWM כל אחד בערוצי טיימר נפרדים של ה- Arduino זה אמור לאפשר לי לשחק עם הטיימרים בצורה שונה וכו 'וכו')

שלב 3: בחירת רכיבים

ללוח זה, החלטתי ללכת עם רכיבי הר על פני השטח בעיקר הלחמה SMD אינו קשה מדי אם אתה בוחר את המכשירים שלך בחוכמה.805 רכיבי גודל לנגדים וקבלים הם די פשוטים להלחמה ללא סיוע של מיקרוסקופ ונדרשים רק פינצטה לטיפול.

כמה אנשים אומרים ש 0603 זה לא נורא אבל זה מתחיל לחרוג מהגבול.

זגני זכוכית מצאתי קצת מסובך לתמרון

רשימת רכיבים מהספק לנהג לדיגיטל (מה שהשתמשתי בו)

8x TO220 N-ch mosfets 60V 80A IPP057N06N3 G4x 1N5401-G דיודת כוח כללית 100v 3A (שיא 200A) (אלה שגויים הייתי צריך להשתמש בדיודות Schottky לראות איך הם מתנהלים) (מעגל הגנה)

2 x 18V דיודת זנר 0.5W ZMM5248B (מעגל הגנה) 1x nxp MC33883 נהג שער H-bridge 1x 0805 33nF 50V קבלים קרמיים (לנהג)

2x 0805 470nF 50V קבלים קרמיים (לנהג)

1x דירוג הגנה קוטבי כללי דרך חור (כבר היה) 1x ממיר dc/dc 3pin מקסימום 36vin 5v out VXO7805-500

3x smd 10uF 50V 5x5.3mm קבלים אלקטרוליטיים 3x 0805 1uF 50V קבלים קרמיים (5v מעגלי היגיון)

נגד 9x 0805 10k (הנחות ומחלק מתח המוגדר ליצירת 15k) 4x 0803 3k נגד (סדרות מוגדרות במקביל להישאר 3k.. בזבוז שאני מכיר) 2x 10k גוזם פוטרי-גומרי 1x10 כותרות Arduino, קירור קיר, פריטים אחרים כמו מתגים, פוטנציומטר וכו '

הזמנתי את החלקים שלי מ- mouser.com והזמנתי את רוב החלקים בהרבה של 10 והוספתי עוד כמה חלקים לסך של 60 $ nz כדי לקבל משלוח חינם לניו זילנד (חיסכון של ~ nz $ 30)

עלות רכיב כוללת של בנייה בסביבות 23 $ +(כל מה שתקנו תוספת כדי לקבל עסקה טובה יותר BUY BULK) +pcb

שלב 4: עיצוב PCB

כעת בחרנו את הרכיבים ובתקווה שיהיו לנו בדרך שנוכל לאשר את חבילות הרכיבים בסכימה ולהתחיל לפרוס את פריסת הלוח שלנו PCB היא צורת אמנות שאני לא עומד לנסות ללמד אותה. נסה את YouTube בשביל זה. מה שאני יכול לעשות זה להצביע על הטעויות שלי בלוח הזה

שמתי את המוספות שלי אופקיות עיצבתי את גשר ה- H שלי לעבודה עם פתרון גוף הקירור המתוכנן שלי וכתוצאה מכך יש לי עקבות כוח שהן צרות משמעותית ממה שהייתי רוצה שיהיו. פיצוי על ידי הכפלת העקבות לצד התחתון של הלוח והסרת מסכת ההלחמה שאפשר להוסיף לה הלחמה כדי להגדיל את חיבורי החשמל הנוכחיים. החלטתי להשתמש ברפידות גדולות בגודל 10x10 מ מ כדי לכוון כבלי הלחמה לחיבורי +v -v motorA ו- motorB ולא מסופי בורג וכו '(אני מבינה שאזדקק להקלה מכנית) אולם בגלל גופי הקירור הגדולים שלי יהיה קשה להלחם את הכבלים ל הרפידות האלה. החיים היו קלים יותר אם הייתי מניח את הכריות האלה בצד הנגדי של הלוח לגופי הקירור

הייתי צריך להגדיל את גודל הויאס עבור דיודות הגלגל החופשי. כתוצאה מכך, אלה מותקנים כעת על פני השטח (שימו לב לגודל החבילה שלכם

להמיר את העיצוב שלך לקובץ גרבר ולשלוח אותו ליוצר ה- PCB האהוב עליך. אני יכול להמליץ על JLCPCB הם עשו לי עבודה טובה ובמחיר סביר

שלב 5: הרכבה ובדוק את הלוח

עכשיו יש לך את החלקים וה- PCB שלך, הגיע הזמן להרכיב ולמכור מספר שעות או שעתיים

ראשית, בדוק שיש לך את כל החלקים וכי המחשב הלוח שלך במצב טוב אסוף את הכלים שלך. יסודות תזדקק להלחמת מגהץ -מלקחיים פתיחת פתיחה או או הלחמה בפלאייר.

כמו שאמרתי 0805 חלקים הם לא התחלה קשה מדי עם רכיבים קטנים ביותר נגדנים, כובעים, דיוד ואז IC להתקין את Arduino ישירות או עם כותרות להסרה להתקין את הכותרות

בדוק את הלוח עבור מעגלים קצרים

עכשיו טען סקיצה מהבהבת ל- Arduino ונתק את ה- USB והפעל את הלוח מסוללה או מאספקת חשמל כדי לוודא שחלק הרגולטור פועל כהלכה התקן את ה- mosfets האחרון

בדוק את הלוח עבור מעגלים קצרים

להעלות תוכנת דרייבר ולהפעיל את הלוח מאספקה מוגבלת הנוכחית אומרים ש -100mA צריך להיות הרבה, אנחנו רוצים להבטיח את גשר ה- H בכל המדינות כדי להבטיח שאין אירוע של ירי. אם יש את האספקה, המגבלה הנוכחית מיידית והלוח ככל הנראה יכבה בגלל מתח נמוך

הלוח שלך מוכן כעת להניע מנוע או 2