![Potente controlador de motor de CC de 30 A con MOSFET de potencia [PWM Controlled, Half Bridge]](https://industrysurfer.com/wp-content/uploads/2023/03/articles-articles-fig5-powerful-dc-motor-driver-using-power-mosfets-pwm-controlled-30a-half-bridge.jpg "Potente controlador de motor de CC de 30 A con MOSFET de potencia [PWM Controlled, Half Bridge]")
Este artículo muestra cómo construir un potente controlador de motor de CC que se puede controlar mediante un microcontrolador como Arduino o Raspberry Pi, o un chip generador de PWM independiente.
Los motores de CC se utilizan en todas partes, desde aplicaciones de hobby hasta robótica e industria. Por lo tanto, existe una amplia gama de aplicaciones y demandas de controladores de motor de CC adecuados y potentes. En este artículo aprenderá cómo construirlo (haga clic aquí para ver el video).
Se puede controlar mediante un microcontrolador, Arduino, Raspberry Pi o un chip generador de PWM independiente. Con métodos adecuados de enfriamiento y disipación de calor, este circuito puede manejar corrientes de hasta 30A.
[1]: análisis de circuito
El corazón del circuito es el chip controlador IR2104 MOSFET. [1]Este es un IC de controlador MOSFET aplicable popular. la figura 2 es un diagrama de circuito del circuito descrito en la figura 1;
Figura 1
Potente esquema de controlador de motor de CC
Según la hoja de datos IR2104 [1]: “El 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 dependientes. La tecnología patentada HVIC y CMOS tolerante a bloqueo proporciona una construcción monolítica robusta Las entradas lógicas son compatibles con salidas CMOS o LSTTL estándar con una lógica de hasta 3,3 V Los controladores de salida son etapas de búfer de corriente de pulso alto diseñadas para minimizar la conducción cruzada del controlador El canal flotante se puede usar para controlar MOSFET o IGBT de potencia de canal N en configuraciones de lado alto que 600 voltios.”
IR2104 impulsa el MOSFET [2] en una configuración de medio puente. La alta capacitancia de entrada del MOSFET IRFP150 no es un problema. Por eso es útil un controlador MOSFET como el IR2104. Los condensadores C1 y C2 se utilizan para reducir el ruido del motor y la EMI. El voltaje máximo permitido para el MOSFET es de 100V. Así que usé un capacitor de al menos 100V. Si está seguro de que el voltaje de la carga no supera el umbral (por ejemplo, un motor de 12 V CC), puede reducir el voltaje del condensador a, por ejemplo, 25 V y aumentar el valor de la capacitancia (por ejemplo, 1000 uF-25 V).
El pin SD se tira hacia abajo con una resistencia de 4,7 K. Luego se debe aplicar un voltaje de nivel lógico de estado estable a este pin para activar el chip. También se debe inyectar un pulso PWM en el pin IN.
[2]: Tablero impreso
Diseño de PCB para el esquema que se muestra en la Figura 2. Diseñado para reducir el ruido y los transitorios para una mejor estabilidad del dispositivo.
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Figura 2
Diseño de PCB diseñado para esquema de controlador de motor
Falta la huella de PCB y el símbolo esquemático para IR2104 [1] y IRFP150 [2] componente.Entonces use los símbolos provistos por SamacSys [3] [4], en lugar de perder el tiempo y diseñar una biblioteca desde cero. Puede utilizar el “motor de búsqueda de componentes” o el complemento CAD. Dado que usamos Altium Designer para dibujar nuestros esquemas y PCB, usamos el complemento SamacSys Altium directamente. [5] (Figura 3).
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Figura 3
Bibliotecas de componentes seleccionados para IR2104 e IRFN150N
La Figura 4 muestra una vista 3D de la placa PCB. La vista 3D mejora el procedimiento de inspección para la colocación de placas y componentes.
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Figura 4
Vista 3D de la placa PCB del controlador del motor
[3] asamblea
Ahora construyamos y construyamos el circuito. Usé una placa PCB semi-casera para poder ensamblar rápidamente la placa y probar el circuito (Figura 5).
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Figura 5
Primer prototipo del diseño (sobre una PCB semi-casera), vista superior
Después de leer este artículo, estoy 100% seguro del verdadero comportamiento del circuito. Así que solicite su PCB a una empresa de fabricación de PCB profesional como PCBWay y disfrute de su placa soldada y premontada.
La figura 6 muestra la vista inferior de la placa PCB ensamblada. Como puede ver, algunas pistas no están completamente cubiertas con máscara de soldadura. La razón de esto es que estas pistas pueden transportar mucha corriente y, por lo tanto, requieren soporte de cobre adicional.
Las pistas ordinarias de PCB no pueden soportar altas corrientes y eventualmente se calentarán y se quemarán. Para superar este desafío (de una manera económica), necesitamos soldar un cable de cobre desnudo grueso (Figura 7) al área sin recubrimiento. Este método aumenta la capacidad de carga actual de la vía.
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Figura-6
Vista inferior del prototipo de placa PCB, pistas expuestas
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Figura-7
alambre de cobre desnudo grueso
[4] prueba y medida
El video de YouTube proporcionado muestra una prueba real de la placa utilizando un motor de CC de limpiaparabrisas de automóvil como carga. Usé un generador de funciones para proporcionar pulsos PWM y observé los pulsos en los cables del motor. También se demuestra una correlación lineal entre el consumo de corriente de carga y el ciclo de trabajo de PWM.
[5] lista de partes
La Tabla 1 muestra la lista de piezas.
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tabla 1
lista de partes del circuito
Referencias
[1]: https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-IR2104-DS-vNA-EN.pdf?fileId=5546d462533600a4015355c7c1c31671
[2]: https://www.infineon.com/dgdl/irfp150npbf.pdf?fileId=5546d462533600a4015356286d121fd6
[3]: https://componentsearchengine.com/part.php?partID=718394
[4]: http://www.componentsearchengine.com/part.php?partID=167938
[5]: https://www.samacsys.com/altium-designer-library-instructions
[6]: Fuente (PCB de descarga/pedido de Gerber)