Los controladores de puente H (puente completo) son muy populares para impulsar cargas como motores de CC con escobillas y se usan ampliamente en robótica e industria. Las principales ventajas de utilizar controladores de puente H son la alta eficiencia, el cambio de dirección y el frenado del motor. Este artículo/video mostró un controlador de motor de CC de puente H completo que utiliza cuatro MOSFET de potencia IR3205 y dos controladores MOSFET IR2104. Teóricamente, el MOSFET antes mencionado puede manejar corrientes de hasta 80A. Sin embargo, en la práctica, puede esperar obtener hasta 40 A de corriente si usa un disipador de calor grande o un ventilador para mantener la temperatura del MOSFET lo más baja posible.
análisis de circuitos
Figura 1 muestra un esquema de un controlador de motor de CC de puente H. Como puede ver, el corazón del circuito son dos chips de controlador MOSFET IR2104.
Figura 1: Esquema del controlador de motor de CC de puente H
Seleccionado 4 IR32051 cambiar. Este MOSFET ofrece excelentes características de muy bajo R que es esencial para esta aplicación.SD (activado) Resistencia y capacidad de manejo de alta corriente. De acuerdo con la hoja de datos IRF3205, “Los MOSFET de potencia HEXFET avanzados de International Rectifier utilizan técnicas de procesamiento avanzadas para lograr una resistencia de encendido muy baja por área de silicio. Esta ventaja es bien conocida por los MOSFET de potencia HEXFET. Combinada con su velocidad de conmutación rápida y diseño de dispositivo resistente, el El paquete TO-220 brinda a los diseñadores un dispositivo altamente eficiente y confiable para usar en una amplia variedad de aplicaciones Es ampliamente preferido para todas las aplicaciones comerciales e industriales con niveles de potencia de hasta aproximadamente 50 W. La baja resistencia térmica y el paquete bajo del TO-220 costo contribuyen a su amplia aceptación en la industria”.
Seleccionó dos IR21042 Conduce el MOSFET. Según la hoja de datos de IR2104, “IR2104(S) es un controlador IGBT y MOSFET de potencia de alta velocidad y alto voltaje con canales de salida de referencia de lado alto y lado bajo que se basan en HVIC patentado y tecnología CMOS tolerante a bloqueo. una estructura monolítica robusta Las entradas lógicas son compatibles con salidas CMOS estándar o LSTTL con una lógica de hasta 3,3 V Los controladores de salida están diseñados para minimizar la conducción cruzada del controlador Tiene una etapa de búfer de corriente de pulso alto con un canal flotante que se puede usar para controlar el canal N MOSFET o IGBT de potencia en una configuración de lado alto que opera de 10 a 600 V”.
La buena noticia sobre IR2104 es que el chip es compatible con niveles lógicos de 3,3 V y 5 V. Figura 2 Aquí hay un diagrama de cableado básico para el chip. Como es obvio, las fuentes de alimentación del chip y la carga (motor) no necesitan ser idénticas. Sin embargo, ambas fuentes de alimentación comparten un terreno común.
FIGURA 2: DIAGRAMA DE CABLEADO DEL CHIP DEL CONTROLADOR MOSFET IR2104
C1, C3, C4, C5, C6, C7 y C9 se utilizan para reducir el ruido. R1 y D2, R2 y D3, R3 y D8, y R4 y D9 se utilizan para amortiguar el timbre y los parásitos que pueden introducir el inductor y el capacitor cuando el MOSFET se enciende y se apaga. Recuerde que un MOSFET introduce capacitancia en su pin de puerta. Un diodo 1N4148 descarga el capacitor de puerta.
D4, D5, D6 y D73 Se utiliza para suprimir picos de corriente inversa en motores de CC. Un diodo Schottky inverso interno está integrado en el MOSFET. Sin embargo, el uso de estos diodos Schottky externos también reduce la tensión en los diodos internos. C2, C8, D1 y D10 se seleccionan de acuerdo con la hoja de datos y los requisitos de la aplicación.
P1 es un conector XH de 5 pines que se utiliza para aplicar señales de control y suministro de chips a la placa. K1 es el conector de alimentación KF45 que se utiliza para conectar el motor y los cables de alimentación del motor a la placa.
diseño de placa de circuito impreso
figura 3 muestra el diseño de PCB del controlador de motor de CC del puente H. Esta es una placa PCB de 2 capas y todos los paquetes de componentes tienen un orificio pasante.
Figura 3: Disposición de PCB del controlador de motor de CC H-Bridge
Figura 4 Muestra una vista 3D de una placa PCB desde arriba y desde abajo.
Figura 4: vista 3D desde la parte superior e inferior del tablero
Faltaba el símbolo esquemático y la huella de PCB para IR2104cuatro y IRF3205Cinco (Bibliotecas de componentes), use las Bibliotecas de componentes de SamacSys y reemplace las bibliotecas que faltan con el complemento SamacSys Altium Designer (Figura 5). SamacSys ofrece complementos para casi todos los software de diseño electrónico populares (Figura 6). Curiosamente, todos los servicios son gratuitos y las bibliotecas siguen los estándares de IPC. Simplemente descargue y use su complemento CAD favorito.6 Otra opción es descargar e importar la biblioteca desde ComponentSearchEngine.com.
Figura 5: Componentes seleccionados en el complemento SamacSys Altium
Figura 6: software CAD de diseño electrónico compatible con el complemento SamacSys
Las pistas que transportan altas corrientes no están completamente cubiertas por la máscara de soldadura. Esto le permite fortalecer la pista con soldadura o con alambre de cobre grueso. Figura 7 muestra estas pistas parcialmente expuestas.
Figura 7: Pista de PCB parcialmente expuesta que transporta alta corriente
construir y probar
Figura 8 muestra la unidad ensamblada, Figura 9 Indica un entorno de prueba. He programado un Arduino Uno para controlar una placa de controlador de motor. También creé un teclado simple en la placa de prototipos para cambiar la velocidad (usando PWM) y la dirección de rotación del motor.
Figura 8: Controlador de motor de CC de puente H ensamblado
Figura 9: Placa de controlador de motor de CC, Arduino Uno y banco de pruebas
Todos los botones están activos en nivel bajo y utilizan las resistencias pull-up internas de Arduino. Considere el siguiente código Arduino.
#incluir
int PWM_Valor;
byte Enable_Pin = 13;
Byte PWM1_Pin = 11;
byte PWM2_Pin = 10;
byte PWM_Pin = 11;
Botón ARRIBA (9, 25, verdadero, verdadero);
botón hacia abajo (8, 25, verdadero, verdadero);
botón izquierdo (7, 25, verdadero, verdadero);
botón derecho (6, 25, verdadero, verdadero);
configuración vacía () {
pinMode(Habilitar_Pin, SALIDA);
pinMode(PWM1_Pin, SALIDA);
pinMode(PWM2_Pin, SALIDA);
ARRIBA.begin();
Abajo.begin();
Izquierda.begin();
Derecha.begin();
escritura digital (Habilitar_Pin, BAJO);
PWM_Valor = 0;
escritura analógica (PWM1_Pin, PWM_Value);
escritura analógica (PWM2_Pin, PWM_Valor);
}
bucle vacío()
{
escritura digital (Habilitar_Pin, ALTO);
ARRIBA.leer();
Abajo.leer();
Izquierda.read();
derecho.leer();
si (UP.wasReleased() && PWM_Value < 250)
{
Valor_PWM +=5;
}
si (Down.wasReleased() && PWM_Value > 5)
{
Valor_PWM -=5;
}
si (Izquierda. fue Liberado ())
{
PWM_Pin = PWM1_Pin;
escritura analógica (PWM2_Pin, 0);
}
si (Derecha. fue Liberado ())
{
PWM_Pin = PWM2_Pin;
Escritura analógica (PWM1_Pin, 0);
}
escritura analógica (PWM_Pin, PWM_Valor);
}
lista de partes
Figura 10 Muestra la lista de piezas.
FIGURA 10: BOM DEL CONTROLADOR DE MOTOR DE CC DE PUENTE H
Referencias
1Hoja de datos IRF3205
2Hoja de datos IR2104
3Hoja de datos 1N5819
cuatroSímbolo esquemático IR2104, huella de PCB, modelo 3D
CincoSímbolo esquemático IRF3205, huella de PCB, modelo 3D
6Complemento CAD