Самодельный драйвер для мощных моторов

2016-06-16

Петр

Для управления мощными моторами через Ардуино нужно выбрать один из вариантов:

• через готовый драйвер – шилд, например Монстр мото шилд
• через свою схему управления на транзисторах, если нужно иметь реверс моторов, то нужно делать Н-мост с транзисторов.
• через свою схему управления на транзисторах, если нужно иметь реверс моторов, то для этого с транзисторами можно использовать реле.

Для первого варианта нужно идеально подобрать драйвер по вашим запросам – вольтаж и ампераж моторов и обеспечить драйвер требуемым отводом тепла – поставить радиатор, а возможно и вентилятор для обдува.

Второй вариант запрашивает очень хорошее понимание электроники – нужно уметь рассчитать все элементы схемы: транзисторы n и p типа, резисторы, конденсаторы, диоды,… Кроме того при выходе из строя одного элемента вся система перестает работать и быстро заменить что то не так просто.

Третий вариант подразумевает получение ШИМ контроля оборотов мотора в одном направлении, а два реле обеспечат смену полярности питания мотора, что даст ему обратный ход. Большой плюс такого варианта в том, что можно иметь на борту несколько транзисторов (один не подключен – в запасе) и при перегрузке или сгорании основных можно на резервном транзисторе «доехать домой». И даже при поломке реле все равно можно иметь ход как минимум в одном направлении. Да и по затратам и надежности этот вариант был выбран как оптимальный.

Теперь по порядку:

Выбираем транзистор – берем полевой транзистор (мосфет). Тут есть два варианта по типу управляющего сигнала:

Логические транзисторы – управляются 5 вольтами – можно прямо с Ардуино.

Остальные транзисторы управляются напряжением от 10в (хотя практика показала что не логический полевик нормально работает и от 5 вольт). Для их использования нужно после Ардуино поднять напряжение, можно использовать готовый драйвер мосфета.

Итак, подсчитав более выгодный вариант (логические транзисторы значительно дороже) был выбран вариант с использованием драйвера мосфета в виде микросхемы ТС 4420. Она имеет 8 ножек:

1 и 5 питание +

4 и 8 питание –

2 вход (от Ардуино)

6 и 7 выход (на транзисторы)

Транзисторы нужно выбирать с запасом по напряжению и току, если углубляться в выбор сильнее, то нужно обратить внимание на сопротивление открытого транзистора, время открытия, закрытия,… В идеале транзистор должен открываться и закрываться очень быстро и тогда он не будет греться и КПД системы будет повыше.

В нашей схеме были использованы транзисторы IRF 2204, с током 210А, но поскольку были сомнения по поводу тонких ножек, то на каждый мотор стоит по 3 транзистора – в параллельном соединении (хотя 2 достаточно), один из них можно держать в запасе.

Подключаем транзистор так:

Левая ножка – управляющий сигнал с ШИМ (берем с выхода драйвера мосфета).

Средняя ножка – выход на мотор, но для удобства ее можно отломать (чтобы не мешала при пайке), а взять выход с корпуса транзистора (через отверстие корпус соединен с радиатором).

Важно не забыть на первую (левую) ножку припаять резистор примерно 10 кОм и пустить его на минус – так база транзистора всегда будет притянута к земле – чем она надежно закроет транзистор даже при обрыве управляющего провода.

Теперь выбираем по току и управляющему напряжению реле. В нашем случае реле управляется 12 вольтами – пришлось ставить еще по одному не очень мощному транзистору не логического уровня, который при сигнале с Ардуино (напрямую без драйвера) подает на реле 12 вольт и меняет положение его контактов.

Таким образом мы уже получили готовую схему для нашего силового драйвера:

Если интересно, то можно посмотреть схему в работе на большой робоплатформе с двумя моторами по примерно 700 Вт каждый и напряжением 12в:

Так же смотрите другие видео по созданию этого робота на канале автора: https://www.youtube.com/user/petromeb/videos

Обсудить робота и понаблюдать за прогрессом работы можно на форуме.