PCB Tecnico - Raccomandazioni PCB per la progettazione del circuito del driver motore

Obiettivi di progettazione del circuito di azionamento del motore CC

Nella progettazione del circuito di azionamento del motore CC, considerare principalmente i seguenti punti:

1. Funzione: è il motore unidirezionale o bidirezionale? Hai bisogno di regolare la velocità? Per l'azionamento unidirezionale del motore, un triodo ad alta potenza o mosFETt o relè può guidare il motore direttamente. Quando il motore ha bisogno di rotazione bidirezionale, il circuito h-bridge composto da quattro componenti PCB di potenza può essere utilizzato o un relè doppio-polo a doppio lancio può essere utilizzato. Se non è necessario accelerare, finché l'uso del relè può essere; Ma se avete bisogno di velocità, è possibile utilizzare triode, fET e altri componenti di commutazione per raggiungere la velocità PWM (modulazione della larghezza di impulso).

2. prestazione: per il circuito di azionamento del motore PWM, pricipalmente hanno i seguenti indicatori di prestazione.

1) Corrente di uscita e gamma di tensione, che determina quanto motore ad alta potenza il circuito può guidare.

2) Efficienza, alta efficienza non significa solo risparmiare l'alimentazione elettrica, ma anche ridurre il riscaldamento del circuito di azionamento. Per migliorare l'efficienza del circuito, possiamo garantire lo stato di commutazione dei dispositivi di alimentazione e prevenire la conduzione dello stato comune (ponte H o circuito push pull possono apparire un problema, cioè due dispositivi di alimentazione contemporaneamente per rendere il cortocircuito dell'alimentazione elettrica).

3) Influenza sull'input di controllo. Il circuito di alimentazione dovrebbe avere un buon isolamento del segnale sul suo ingresso per impedire ad alta tensione e ad alta corrente di entrare nel circuito di controllo principale, che può essere isolato dall'impedenza di ingresso elevata o dall'accoppiatore fotoelettrico.

4) Influenza sull'alimentazione elettrica. La conduzione a stato comune può causare la caduta istantanea della tensione di alimentazione elettrica e causare l'inquinamento dell'alimentazione elettrica ad alta frequenza. Una grande corrente può far oscillare il filo di terra.

5) Affidabilità. Il circuito di azionamento del motore dovrebbe essere il più sicuro possibile indipendentemente dal segnale di controllo o dal carico passivo aggiunto.

a. Conversione di input e livello:

Il cavo del segnale di ingresso è introdotto da DATA. Pin 1 è il cavo di terra e il resto sono cavi di segnale. Si noti che il pin 1 è collegato al terreno con una resistenza di 2K ohm. Quando la scheda di azionamento e l'MCU sono alimentati separatamente, questo resistore può fornire un percorso per il ritorno della corrente del segnale. Quando la scheda di azionamento condivide un alimentatore con l'MCU, questa resistenza impedisce l'interferenza causata da alta corrente che scorre nel cavo di terra della scheda madre MCU lungo il cavo. In altre parole, è equivalente a separare il filo di terra della scheda di azionamento dal filo di terra della MCU per ottenere "un punto di messa a terra".

L'amplificatore op ad alta velocità KF347 (disponibile anche come TL084) funziona come comparatore, confrontando il segnale logico di ingresso con la tensione di riferimento 2.7V dalla spia e da un diodo ad un segnale ad onda quadrata che approssima l'ampiezza di tensione dell'alimentazione. L'intervallo di tensione in ingresso di KF347 non dovrebbe essere vicino alla tensione di alimentazione negativa, altrimenti commetterà errori. Pertanto, un diodo per prevenire il sovraccarico della gamma di tensione viene aggiunto al terminale di ingresso op-amp. Ci sono due resistenze all'ingresso - uno per limitare la corrente e uno per tirare l'ingresso al livello basso quando è

sospeso.

LM339 o qualsiasi altro comparatore con uscita a circuito aperto non può essere utilizzato per sostituire l'amplificatore operativo, perché l'impedenza di uscita di alto livello dell'uscita a circuito aperto è superiore a 1000 ohm e la caduta di tensione è grande e il seguente triode non sarà in grado di tagliare.

b. Parte di guida del portone:

Il circuito composto da triodo, resistenza e regolatore di tensione amplifica ulteriormente il segnale, aziona il gate del FETT e utilizza la capacità gate del FETT stesso (circa 1000pF) per il ritardo, impedendo alla conduzione simultanea del FETT sui bracci superiori e inferiori del ponte H (" conduzione common-state ") di causare cortocircuito dell'alimentazione elettrica.

Quando l'estremità di uscita dell'amplificatore op è bassa (circa 1V a 2V, non può raggiungere completamente lo zero), il seguente triode si interrompe e il FETS si accende. Il triode superiore è acceso, i FETS sono tagliati e l'uscita è di alto livello. Quando l'uscita dell'amplificatore op è alta (circa VCC-(da 1V a 2V), non può raggiungere completamente VCC), il seguente triode si accende e il FETS si interrompe. Il triode superiore si spegne, il FETS si accende e l'uscita è bassa.

L'analisi di cui sopra è statica, mentre il processo dinamico di commutazione è discusso di seguito: La resistenza di conduzione del triodo è molto inferiore a 2 KHM, quindi la carica sul condensatore di rete del FETT può essere rilasciata rapidamente quando il triodo passa da cutoff a on-off e il FETT si interrompe rapidamente. Tuttavia, ci vuole un certo periodo di tempo per il triodo per essere convertito da on-on al cut-off gate fET per essere caricato attraverso la resistenza 2KHM. Di conseguenza, la velocità dei MOSFET da on-on a cut-off è più veloce di quella dei mosFET da cut-off a on-on. Se l'azione di commutazione di due triodi avviene contemporaneamente, questo circuito può far sì che i mosfet superiori e inferiori si rompano prima e poi si accendano, eliminando così il fenomeno di accensione dello stato comune.

Infatti, ci vuole un certo periodo di tempo perché la tensione di uscita dell'amplificatore operativo cambi e durante questo periodo di tempo, la tensione di uscita dell'amplificatore operativo è nel valore medio tra tensione di alimentazione positiva e negativa. In questo momento, entrambi i triodi si accendono allo stesso tempo e i MOSFET si tagliano allo stesso tempo. Quindi il circuito reale è un po' più sicuro di questo ideale.

Il diodo stabilizzato di tensione 12V della rete MOSFETt è utilizzato per prevenire la rottura di sovratensione della rete MOSFETt. La tensione generale del cancello MOSFETt è 18V o 20V, aggiungere direttamente la tensione 24V si romperà, quindi il diodo stabilizzatore di tensione non può essere sostituito dal diodo ordinario, ma può essere sostituito da un resistore di 2KOW, anche può ottenere tensione parziale 12V.

c. Parte di uscita del tubo effetto campo:

Ci sono diodi in connessione parallela inversa tra sorgente e scarico all'interno dei MOSFET ad alta potenza. Quando collegato al ponte H, è equivalente all'estremità di uscita è stato collegato con quattro diodi per eliminare i picchi di tensione, quindi non c'è diodo esterno. Un condensatore parallelo di piccola uscita (tra OUT1 e OUT2) ha alcuni vantaggi per ridurre la tensione di picco generata dal motore, ma nell'uso di PWM ha l'effetto collaterale della corrente di picco, quindi la capacità non dovrebbe essere troppo grande. Questa capacità può essere omessa quando si utilizza un motore a bassa potenza. Se si aggiunge questo condensatore, assicurarsi di utilizzare alta tensione, condensatore ceramico ordinario può apparire guasto di cortocircuito.

Un circuito costituito da resistenze, led e condensatori in parallelo all'uscita indica la direzione di rotazione del motore.

d. Indicatori di prestazione:

Tensione di alimentazione 15~30 V, corrente di uscita continua 5A / ogni motore, breve tempo (10 secondi) può raggiungere 10A, la frequenza PWM può utilizzare 30KHz (generalmente da 1 a 10KHz). Il circuito stampato contiene quattro unità di amplificazione di potenza logicamente indipendenti, che possono essere controllate direttamente dal microcomputer singolo chip. Realizzare la rotazione bidirezionale e la regolazione della velocità del motore.

e.Struttura e cablaggio PCB:

La linea ad alta corrente dovrebbe essere corta e spessa per quanto possibile, e cercare di evitare di passare attraverso il foro. Se si deve passare attraverso il foro, si dovrebbe rendere il foro più grande (gt; 1mm) e fare un piccolo foro nel pad e riempirlo di saldatura durante la saldatura, altrimenti potrebbe bruciare. Inoltre, se si utilizza il tubo regolatore, la sorgente fET per l'alimentazione elettrica e il cavo di massa dovrebbe essere il più corto e spesso possibile, altrimenti in alta corrente, la caduta di tensione su questo cavo può essere bruciata attraverso il tubo regolatore di bias positivo e il transistor acceso. Nel disegno originale, una resistenza 0,15 ohm è stata inserita tra la sorgente e terra del tubo NMOS per rilevare la corrente, e questa resistenza è diventata il colpevole della combustione costante della scheda. Naturalmente, questo problema non esiste se il tubo regolatore viene sostituito da una resistenza.

Il PCB che aziona i circuiti richiede speciali tecniche di raffreddamento per affrontare il consumo energetico. I substrati del circuito stampato (PCB), come il vetro epossidico FR-4, hanno scarsa conducibilità termica. Il rame, d'altra parte, conduce il calore molto bene. Pertanto, dal punto di vista della gestione termica, aumentare l'area in rame nel PCB è una soluzione ideale. La spessa lamina di rame (ad esempio 68 micron di spessore) conduce il calore meglio della lamina di rame più sottile. Tuttavia, l'uso di fogli di rame spessi è costoso e difficile da ottenere una geometria fine. Di conseguenza, l'uso di 1 oncia (34 micron) foglio di rame divenne comune. Di solito si usa lo strato esterno? Ounce a 1 oncia di foglio di rame. La superficie solida di rame utilizzata nello strato interno del circuito multistrato ha una buona dissipazione del calore. Tuttavia, poiché queste superfici in rame sono solitamente poste al centro della pila del circuito stampato, il calore si accumula all'interno del circuito stampato. Aumentare l'area di rame dello strato esterno del PCB e collegarlo o "cucirlo" allo strato interno attraverso una serie di fori passanti aiuta a trasferire il calore all'esterno dello strato interno.