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Technologie PCB
Conseils sur la conception des circuits d'entraînement des moteurs
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Conseils sur la conception des circuits d'entraînement des moteurs

2021-08-23
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Author:IPCB

Objectif de conception du circuit d'entraînement du moteur à courant continu

Dans la conception du circuit d'entraînement du moteur à courant continu, les points suivants sont principalement pris en considération:

1. Fonction: le moteur est unidirectionnel ou bidirectionnel? Avez - vous besoin d'ajuster la vitesse? For unidirectional motor drive, Un triode de haute puissance ou un mosfett ou un relais peut conduire directement le moteur. Lorsque le moteur nécessite une rotation bidirectionnelle, h-bridge circuit composed of four power Composants PCB Un relais bipolaire à double jet peut également être utilisé. If you do not need to speed, Il suffit d'utiliser le relais; Mais si vous avez besoin de vitesse, you can use triode, fET and other switching components to achieve PWM(pulse width modulation) speed.

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2. Performance: pour le circuit d'entraînement du moteur PWM, il y a principalement les indices de performance suivants.

1) Output current and voltage range, which determines how high power motor the circuit can drive.

Une grande efficacité signifie non seulement économiser de l'énergie, mais aussi réduire la chaleur du circuit d'entraînement. Afin d'améliorer l'efficacité du circuit, nous pouvons garantir l'état de commutation du dispositif de puissance et empêcher la conduction de l'état commun (le pont h ou le circuit Push - pull peut avoir un problème, c'est - à - dire que les deux dispositifs de puissance court - circuitent simultanément la puissance).

Influence sur l'entrée de contrôle. L'extrémité d'entrée du circuit d'alimentation électrique doit avoir une bonne isolation du signal pour empêcher la haute tension et le courant élevé d'entrer dans le circuit de commande principal, qui peut être isolé par une impédance d'entrée élevée ou un coupleur photoélectrique.

Impact sur l'alimentation électrique. La conduction de l'état commun peut entraîner une chute instantanée de la tension d'alimentation et une contamination de l'alimentation à haute fréquence. Un courant élevé peut provoquer des fluctuations du fil de terre.

Fiabilité. Quel que soit le signal de commande ou la charge passive ajoutée, le circuit d'entraînement du moteur doit être aussi sûr que possible.

Conversion des entrées et des niveaux:

Le câble de signal d'entrée est introduit par les données. Pin 1 is the ground cable and the rest are signal cables. Notez que la broche 1 est mise à la Terre par une résistance de 2K ohms. When the drive board and the MCU are powered separately, Cette résistance fournit un canal pour le courant de retour du signal. When the drive board shares a power supply with the MCU, Cette résistance empêche l'interférence causée par le courant élevé qui s'écoule le long du fil dans le fil de terre de la carte mère MCU. In other words, Cela équivaut à séparer le sol de la plaque d'entraînement du sol de la MCU pour obtenir un « sol »..

L'amplificateur opérationnel à grande vitesse kf347 (également disponible sous forme de tl084) est utilisé comme comparateur pour comparer le signal logique d'entrée à la tension de référence de 2,7v de l'indicateur et de la diode avec le signal d'onde carrée de l'amplitude approximative de la tension d'alimentation. La plage de tension d'entrée du kf347 ne doit pas être proche de la tension d'alimentation négative, sinon une erreur se produira. Par conséquent, une diode est ajoutée à l'entrée de l'amplificateur opérationnel pour empêcher le débordement de la plage de tension. L'entrée a deux résistances, l'une pour limiter le courant et l'autre pour le tirer à un niveau bas lorsque l'entrée est à un niveau bas

Suspendu.

LM339 or any other comparator with open circuit output can not be used to replace the operational amplifier, Parce que l'impédance de sortie de haut niveau de la sortie en circuit ouvert est supérieure à 1000 ohms, and the voltage drop is large, Et le triode inférieur ne se coupera pas.

Partie motrice de la porte:

The circuit composed of the triode, La résistance et le régulateur de tension amplifient davantage le signal, drives the gate of the FETT and uses the gate capacitance of the FETT itself (about 1000pF) for delay, preventing the simultaneous conduction of the FETT on the upper and lower arms of H bridge (" common-state conduction ") from causing short circuit of the power supply.

Lorsque la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel est faible (environ 1V à 2V, ne peut pas être complètement réinitialisée à zéro), les transistors suivants sont coupés et FET est allumé. Le triode supérieur est allumé, le FET est éteint et la sortie est élevée. Lorsque la sortie de l'amplificateur opérationnel est élevée (environ VCC - (1V à 2V), il ne peut pas atteindre complètement VCC), les transistors suivants sont allumés et FET éteint. Le triode supérieur est coupé, le FET est allumé et la sortie est faible.

L'analyse ci - dessus est statique, tandis que l'analyse ci - dessous traite du processus dynamique de commutation: la résistance à la mise en marche du triode est bien inférieure à 2 KHM, de sorte que la charge sur le condensateur de porte Fett peut être libérée rapidement lorsque le triode passe de la coupure à la mise en marche et à la coupure rapide du Fett. Cependant, il faut du temps pour que le triode passe de on à la porte de coupure et se charge à travers une résistance de 2 KHM. Par conséquent, le MOSFET passe de on à off plus rapidement que le MOSFET passe de off à on. Si l'action de commutation des deux transistors se produit en même temps, le circuit peut faire en sorte que les MOSFETs supérieurs et inférieurs soient déconnectés avant d'être mis en marche, éliminant ainsi la conduction commune.

En fait, le changement de tension de sortie de l'amplificateur opérationnel prend un certain temps, pendant lequel la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel est à mi - chemin entre la tension d'alimentation positive et la tension d'alimentation négative. À ce stade, les deux Triodes sont allumés en même temps et le MOSFET est coupé en même temps. Le circuit réel est donc un peu plus sûr que le circuit idéal.

Une diode stabilisatrice de 12V pour la porte mosfett est utilisée pour empêcher la rupture de surtension de la porte mosfett. En général, la tension de porte du MOSFET est de 18V ou 20v, et une tension directe de 24V peut casser, de sorte que la diode stabilisatrice ne peut pas être remplacée par la diode ordinaire, mais peut être remplacée par une résistance de 2kw, peut également obtenir une tension partielle de 12V.

Partie de sortie du FET:

Il y a une diode parallèle inversée entre la source et la fuite du MOSFET de haute puissance. Lorsqu'il est connecté au pont H, il est équivalent à quatre diodes connectées à l'extrémité de sortie pour éliminer les pointes de tension, de sorte qu'il n'y a pas de diodes externes. Les petits condensateurs de dérivation de sortie (entre out1 et out2) ont un certain avantage à réduire la tension de crête générée par le moteur, mais ont des effets secondaires sur le courant de crête lors de l'utilisation de PWM, de sorte que la capacité ne devrait pas être trop grande. Ce condensateur peut être ignoré lors de l'utilisation d'un moteur de faible puissance. Si vous ajoutez ce condensateur, assurez - vous d'utiliser la haute tension, les condensateurs céramiques ordinaires peuvent avoir un court - circuit de rupture.

Un circuit composé d'une résistance, d'une LED et d'un condensateur est connecté en parallèle à l'extrémité de sortie pour indiquer la direction de rotation du moteur.

D. indicateurs de succès:

Tension d'alimentation 15 ~ 30V, continuous output current 5A/ Par moteur, short time (10 seconds) can reach 10A,PWM frequency can use 30KHz(generally 1 to 10KHz). La carte de circuit contient quatre amplificateurs de puissance logiquement indépendants, which can be directly controlled by single chip microcomputer. Réaliser la rotation bidirectionnelle et la régulation de la vitesse du moteur.

Disposition et câblage des BPC:

Les lignes à courant élevé doivent être aussi courtes et épaisses que possible et éviter autant que possible de traverser les trous. S'il est nécessaire de passer à travers le trou, le trou doit être agrandi (gt; 1mm) et un petit trou doit être percé dans le PAD pour remplir la soudure pendant le soudage, sinon il peut être brûlé. En outre, si un régulateur est utilisé, la source de FET pour la connexion de l'alimentation électrique et du fil de terre doit être aussi courte et épaisse que possible, sinon la chute de tension sur ce conducteur peut être brûlée par le régulateur de biais positif et le transistor on à un courant élevé. Dans la conception initiale, une résistance de 0,15 ohm a été insérée entre la source d'énergie du tube nmos et la mise à la terre pour détecter le courant, et cette résistance est devenue la cause de la combustion continue de la carte de circuit. Bien sûr, il n'y a pas de problème si la résistance est utilisée au lieu du tube de réglage.

Les circuits d'entraînement des PCB ont besoin d'une technologie de refroidissement spéciale pour résoudre les problèmes de consommation d'énergie. Les substrats de circuits imprimés (PCB), tels que le verre époxy fr - 4, ont une faible conductivité thermique. D'autre part, le cuivre a une bonne conductivité thermique. Par conséquent, du point de vue de la gestion thermique, l'augmentation de la surface en cuivre des PCB est une solution idéale. Les feuilles de cuivre plus épaisses (p. ex., 2 onces (68 microns d'épaisseur)) ont une meilleure conductivité thermique que les feuilles de cuivre plus minces. Cependant, l'utilisation de feuilles de cuivre épaisses est coûteuse et il est difficile d'obtenir une bonne géométrie. Par conséquent, l'utilisation de feuilles de cuivre d'une once (34 microns) est devenue courante. L'utilisation habituelle de la couche externe? Feuille de cuivre de 1 OZ à 1 OZ. La surface solide en cuivre utilisée dans la couche interne de la carte de circuit multicouche a une bonne dissipation de chaleur. Cependant, comme ces surfaces en cuivre sont généralement situées au milieu de la pile de circuits imprimés, la chaleur s'accumule à l'intérieur des circuits imprimés. L'augmentation de la surface en cuivre de la couche externe du PCB et sa connexion ou "couture" à la couche interne à travers plusieurs trous aident à transférer la chaleur à l'extérieur de la couche interne.