在本文中，我們將討論如何構(gòu)建功能強(qiáng)大的直流電機(jī)驅(qū)動器，該驅(qū)動器可以使用 Arduino 或 Raspberry Pi 等微控制器，甚至是獨(dú)立的 PWM 發(fā)生器芯片進(jìn)行控制。

直流電機(jī)無處不在，從業(yè)余愛好應(yīng)用到機(jī)器人技術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域。因此，對合適且功能強(qiáng)大的直流電機(jī)驅(qū)動器有廣泛的用途和需求。在本文中，我們將學(xué)習(xí)構(gòu)建一個。

您可以使用微控制器、Arduino、Raspberry Pi 甚至獨(dú)立的 PWM 發(fā)生器芯片來控制它。通過使用適當(dāng)?shù)纳崞骱屠鋮s方法，該電路可以處理高達(dá) 30A 的電流。

電路分析

該電路的核心是一個 IR2104 MOSFET 驅(qū)動芯片。它是一種流行且適用的MOSFET驅(qū)動器IC。電路原理圖如圖 1 所示。

圖1

大功率直流電機(jī)驅(qū)動器示意圖

根據(jù) IR2104 數(shù)據(jù)表：“IR2104（S） 是高壓、高速功率 MOSFET 和 IGBT 驅(qū)動器，具有獨(dú)立的高側(cè)和低側(cè)參考輸出通道。專有的 HVIC 和鎖存免疫 CMOS 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)堅(jiān)固耐用的單片結(jié)構(gòu)。邏輯輸入與標(biāo)準(zhǔn) CMOS 或 LSTTL 輸出兼容，低至 3.3V 邏輯。輸出驅(qū)動器具有高脈沖電流緩沖級，專為最小化驅(qū)動器交叉?zhèn)鲗?dǎo)而設(shè)計(jì)。浮動通道可用于驅(qū)動工作電壓為 10 至 600 伏的高端配置中的 N 通道功率 MOSFET 或 IGBT。”

IR2104 以半橋配置驅(qū)動 MOSFET。IRFP150 MOSFET 的高輸入電容沒有問題。這就是為什么像 IR2104 這樣的 MOSFET 驅(qū)動器很有用的原因。電容 C1 和 C2 用于降低電機(jī)的噪音和 EMI。最大容許 MOSFET 電壓為 100V。所以我至少使用了 100V 額定的電容器。如果您確定您的負(fù)載電壓沒有超過閾值（例如 12V 直流電機(jī)），那么您可以將電容器的電壓降低到 25V，然后增加它們的電容值（例如 1000uF-25V）。

SD 引腳已用 4.7K 電阻下拉。然后您必須向該引腳施加穩(wěn)態(tài)邏輯電平電壓以激活芯片。您還必須將 PWM 脈沖注入 IN 引腳。

PCB Board

原理圖的 PCB 布局如圖 2 所示。它的設(shè)計(jì)旨在降低噪聲和瞬態(tài)以幫助設(shè)備的穩(wěn)定性。

圖 2

為電機(jī)驅(qū)動原理圖設(shè)計(jì)的 PCB 布局

我沒有 IR2104 和 IRFP150組件的 PCB 封裝和原理圖符號。因此，我使用 SamacSys 提供的符號，而不是浪費(fèi)我的時間并從頭開始設(shè)計(jì)庫。您可以使用“組件搜索引擎”或 CAD 插件。因?yàn)槲沂褂?Altium Designer 繪制原理圖和 PCB，所以我直接使用了 SamacSys Altium 插件 （圖 3）。

圖 3

IR2104 和 IRFN150N 的選定組件庫

圖 4 顯示了 PCB 板的 3D 視圖。3D 視圖改進(jìn)了電路板和元件放置的檢查程序。

圖 4

電機(jī)驅(qū)動器 PCB 板的 3D 視圖

組裝

因此，讓我們構(gòu)建和構(gòu)建電路。我只是使用了一塊半自制的 PCB 板，以便能夠快速組裝電路板并測試電路（圖 5）。

圖 5

設(shè)計(jì)的第一個原型（在半自制 PCB 上），俯視圖

閱讀本文后，您對電路的真實(shí)操作100% 確定。因此，將 PCB 訂購到專業(yè)的 PCB 制造公司，例如 PCBWay，并享受您的焊接和組裝板的樂趣。

圖 6 顯示了組裝好的 PCB 板的底視圖。正如你所看到的，一些軌道沒有完全被阻焊層覆蓋。原因是這些軌道可能承載大量電流，因此它們需要額外的銅支撐。

普通的 PCB 走線無法承受大量電流，最終會升溫并燒毀。為了克服這一挑戰(zhàn)（使用廉價(jià)的方法），您必須在未覆蓋的區(qū)域焊接一根粗裸銅線（圖 7）。這種方法增強(qiáng)了軌道的電流傳輸能力。

圖 6

PCB 板原型的底視圖，未覆蓋的軌道

粗裸銅線

測試與測量

提供的 YouTube 視頻演示了使用汽車擋風(fēng)玻璃雨刷器直流電機(jī)作為負(fù)載對電路板進(jìn)行的實(shí)際測試。我用函數(shù)發(fā)生器提供了 PWM 脈沖，并檢查了電機(jī)線上的脈沖。此外，負(fù)載電流消耗與 PWM 占空比的線性相關(guān)性也得到證實(shí)。

材料清單

表 1 顯示了物料清單。

表1

電路材料清單

審核編輯：郭婷