Pentru a controla viteza și direcția de rotație a motorului de curent continuu avem nevoie de un anumit tip de driver de motor, una dintre cele mai populare scheme este H-Bridge. Pentru curenți și tensiuni reduse, putem folosi câteva soluții integrale precum L293D și așa mai departe. Dar dacă avem nevoie de mai multă putere și fiabilitate, trebuie să construim o punte H personalizată folosind tranzistoare Mosfet. Acest tip de tranzistor necesită o conducere atentă și adecvată. Una dintre cele mai populare soluții integrale pentru conducerea MOSFET-urilor este IR2110 de la Infineon.
În acest articol, vom discuta despre modul de utilizare a acestui IC pentru a construi un driver de motor DC puternic.

folosind

IR2110 este un cip de înaltă tensiune (până la 500V) care este potrivit pentru a conduce diferite tipuri de MOSFET și IGBT. Acest dispozitiv conține atât drivere cu jumătate de pod atât pe partea joasă, cât și pe partea înaltă.

Puteți găsi descrierea pinilor și alți parametri în foaia de date.

Iată o schemă tipică

Acesta este un șofer pe jumătate de pod, ceea ce înseamnă asta SARCINĂ pinul poate fi conectat la ALIMENTARE CU ÎNCĂRCARE sau la AGND, în funcție de starea pinilor de intrare ACTIVAȚI BUN și ACTIVAȚI LO. Aceste semnale pot fi o tensiune statică a nivelurilor logice (3,3 până la 5 volți) sau unele semnale de impuls, cum ar fi PWM.

Controlul MOSFET-ului Q2 este foarte simplu și nu necesită scheme suplimentare.
Cu Q1, toate lucrurile sunt puțin mai complicate, deoarece pinul SURSE al acestui tranzistor plutește fără o conexiune directă la linia negativă a sursei de alimentare.
Pentru a putea activa acest tranzistor, trebuie să creăm un punct zero „virtual” și este necesară o putere suplimentară.
Această problemă poate fi rezolvată folosind circuite de bootstrap.

Puteți vedea diodele D5 și două condensatoare C1 și C2. Când partea de jos este activă (Q2 este deschis) ambii condensatori se încarcă prin diodă de la sursa de alimentare IR2110 (de obicei 12V). Atunci când partea înaltă devine activă, aceste condensatoare sunt folosite pentru a încărca poarta Q1 și a deschide acest tranzistor.
Valoarea lui C1 depinde de frecvența de comutare și de ciclul de funcționare. De obicei, această valoare este în intervalul 4,7 - 22 microfarade.
Desigur, există o formulă care poate fi utilizată pentru a calcula o valoare adecvată. Vă rugăm să citiți această notă de aplicație dacă doriți să aflați mai multe despre circuitele plutitoare și de bootstrap.
Dar, de asemenea, puteți selecta valoarea corespunzătoare a condensatorului în mod experimental. Se garantează o valoare adecvată că condensatorul se poate descărca suficient de repede pentru a închide tranzistorul și se poate încărca suficient de repede pentru a atinge valoarea de tensiune necesară. Este mai bine să folosiți condensatori de tantal, dar și electrolitul este în regulă, dar este necesar un bypass ceramic suplimentar.

Diodele D1 și D2 asigură un circuit de descărcare rapidă, astfel încât ambele tranzistoare pot fi închise imediat.

Diodele D7 și D9 protejează MOSFET-urile de sarcinile inductive mari și foarte necesare la acționarea motoarelor.

Două rezistențe R5 și R6 sunt utilizate pentru a limita curentul de încărcare a porților pentru a proteja tranzistoarele.
R2 și R1 sunt un circuit de protecție suplimentar care previne plutirea pinului Gate și protejează tranzistoarele de activare.

Când ambii tranzistori care activează în același timp este o mare problemă numită trage prin. Acest lucru este echivalent cu un scurtcircuit care poate distruge ambele MOSFET-uri și vă poate distruge ziua.

Pentru a evita împușcarea MOSFET-urilor, trebuie să ne asigurăm că pinii de intrare ENABLE HI și ENABLE LO nu se activează în același timp.

Una dintre modalități este utilizarea unui circuit de protecție simplu, care este plasat lângă pinii de intrare IR2110.

74HC00N este o poartă NAND quad cu 2 intrări care acționează ca un circuit de blocare încrucișată.
Un produs secundar al acestei scheme este inversarea semnalului, deci trebuie să inversăm semnalul de intrare real înainte.
Deci, când IN HI este scăzut (de exemplu) - pinii de ieșire 6 și 8 sunt în stare înaltă și pinul 6 conduc efectiv IR2110 ENABLE HI input.
În același timp, pinul 8 activează tranzistorul T2 care trage în jos linia ENABLE LOW care protejează această linie de activarea neautorizată.
O altă parte a schemelor cu T1 funcționează în același mod.

Șofer de pod complet.

Pentru a construi un pod H complet, avem nevoie de două jumătăți identice ale jumătății podului.
În acest caz, ENABLE HI din primul IR2110 ar trebui să fie conectat la ENABLE LOW din al doilea IR2110 și invers.

Sarcina se conectează între bornele LOAD ale ambelor jumătăți.

Iată o schemă completă a driverului pe care îl folosesc pentru motoare mari de 110 volți.
Acest dispozitiv conține toate circuitele de protecție descrise mai sus și oferă, de asemenea, izolare galvanică la intrări, astfel încât să putem conecta în siguranță microcontrolerul ca sursă de semnal PWM.
Această placă necesită două surse de alimentare stabilizate de 5 și 12 volți. Podul real se alimentează de la sursa separată de 110 volți.
De asemenea, puteți găsi un circuit de măsurare a curentului bazat pe senzorul de efect Hall Hall ACS712. Această parte nu este obligatorie și este pur și simplu utilizată în proiectul meu actual.

Diodele D11 și D12 sunt foarte recomandate pentru fiabilitate. Această diodă oferă o cale pentru posibili curenți inversi (în cazul liniilor lungi între placa drivere și controler) în condiții EMI proaste. Chiar și curentul invers mic poate deteriora optocuploarele led.

Valorile R9 și R10 ar trebui selectate pentru varianta dvs. de 74HC00. Poate fi de 570 ohmi sau de 3,8 kiloohmi. Pentru a depana această parte, aveți nevoie de un domeniu de aplicare, care vă poate ajuta să controlați forma semnalului după 74HC00. Dar dacă nu aveți unul - pur și simplu înlocuiți rezistențele până când schema devine funcțională.

Și ambele straturi pentru DIY:

Plăci completate cu tranzistoare de putere medie.

Și o altă variantă cu tranzistoare mari pe radiator. Acest dispozitiv este capabil să conducă o încărcare de peste 2 kilowați.

După cum puteți vedea, MOSFET-urile puternice sunt plasate pe radiatoare, departe de plăcile driverului.
Acest lucru este permis, dar firul dintre plăci și tranzistoare ar trebui să fie cât mai scurt posibil. De asemenea, este o idee bună să răsuciți linia SOURCE și GATE ca pereche diferențială, acest lucru ne permite să minimizăm inductanța.
Rezistențele de protecție de pe aceste linii trebuie amplasate cât mai aproape posibil de tranzistoare.
Puteți vedea totul în fotografiile de mai sus.

Testele de laborator ale acestui șofer.
Ca sursă de semnal PWM, folosesc generatorul de semnal Siglent în modul Pulse. Frecvența este de 15 kHz, ciclul de funcționare se schimbă, ceea ce determină modificări ale vitezei de rotație a motorului.

Mulțumesc pentru lectură!
Sper că acest material vă va fi de ajutor.