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請教關于NMOS搭建的大功率有刷直流電機H橋驅動器之電路原理

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驅動器方案:高速光耦HCPL-2631+半橋驅動IR2184S+高性能Nmos IRLR7843

預期目標:

1、大功率、小體積、良好穩定性的直流電機驅動;

2、兩路直流電機驅動,單路峰值達30A(12V)且導通電阻僅有0.003歐姆;

3、開關頻率高,最可達60KHZ,PWM 0~95%;

4、寬電源電壓(12~30v)及寬邏輯控制電壓輸入(3.3~24v)

5、控制接口簡單:A1.A2=0.0時為剎車;A1.A2=1.0時為正轉;A1.A2=0.1時為反轉;PWMA為PWM波輸入(電機速度調節);

電路原理圖:

 Brushed DC Motor Drive(IR2184_IRLR7843).pdf

相關芯片資料:

HCPL-2631 Datasheet - Fairchild Semiconductor.pdf

IRLR7843中文資料.pdfMC34063ACN.pdf

MC34063ACN.pdf

IR2184S_-_HALF-BRIDGE_DRIVER.pdf

  

由于是初次設計,麻煩各位看看此方案是否可行,能否達到預期目標?原理圖中電源部分、邏輯控制及H橋驅動中是否有不當之處?

另外還有些疑惑不解:

1、PWM最高頻率是否與IR2184的bootstrap電容選擇有關,還是要考慮死區時間等;

2、PWM不能100%輸出的原因;

3、電路中哪些元器件選型需要注意;

4、大電流PCB制板需要注意什么;

5、實際控制過程中換向過程需要考慮死區時間,加延時?

備注:

由于本人第一次接觸大功率直流電機驅動,沒有MOS相關使用經驗,因此在參考學習網友們的直流電機驅動相關方案后提出以下方案與大家一起討論,希望各位前輩不吝賜教,失誤之處還望指出,感謝!

主要參考了 網友"wudi"的IR2104 + IRF540 MOS電機驅動全橋 學習與實踐過程 的方案,以及holmesruan 的“H橋驅動用MOS驅動與保護全方位請教”,在此表示感謝!


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sunsigns
LV.5
2
2014-06-27 16:26
1、 bootstrap電容不與PWM頻率相關,按照參考電路的推薦值即可,不放心的話可以選大一些,兩倍到10倍都應該可以正常工作;
2、這通常是由于控制電路引起的,可以用雙蹤示波器觀察光耦副邊的波形做參考。
3、如果電路設計正確,元件的選取無非是考慮功率、電壓、電流的余量。
4、網上這方面的資料不少,

5、上下橋驅動器IR2184S已經考慮了上管、下管之間的死區,即上管關斷到下管開通、以及下管關斷到上管開通的延遲,如果是不同橋臂之間還需要延遲,則需要另外的軟硬件配合。

另有兩個問題:
1. 電路中如果U6與U7同時驅動下管開通,MOTO_A的線圈通過VT4、VT3短路了,筆誤還是特殊設計?
2. 用于電機PWM應該選取合適的頻率,通常20k以下應該足夠了,過高的頻率將引起MOS管損耗增大;

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2014-06-29 23:08
@sunsigns
1、bootstrap電容不與PWM頻率相關,按照參考電路的推薦值即可,不放心的話可以選大一些,兩倍到10倍都應該可以正常工作;2、這通常是由于控制電路引起的,可以用雙蹤示波器觀察光耦副邊的波形做參考。3、如果電路設計正確,元件的選取無非是考慮功率、電壓、電流的余量。4、網上這方面的資料不少,5、上下橋驅動器IR2184S已經考慮了上管、下管之間的死區,即上管關斷到下管開通、以及下管關斷到上管開通的延遲,如果是不同橋臂之間還需要延遲,則需要另外的軟硬件配合。另有兩個問題:1.電路中如果U6與U7同時驅動下管開通,MOTO_A的線圈通過VT4、VT3短路了,筆誤還是特殊設計?2.用于電機PWM應該選取合適的頻率,通常20k以下應該足夠了,過高的頻率將引起MOS管損耗增大;

感謝您的耐心指點!電路圖是我參照網友“wudi”及其他相關資料根據需求繪制的,由于第一次使用MOS搭建H橋,也不知此電路是否存在不合理的地方,以前僅有L298的使用經驗;

關于您的問題:

1. 電路中如果U6與U7同時驅動下管開通,MOTO_A的線圈通過VT4、VT3短路了,筆誤還是特殊設計?

---我的想法是參照L298的原理,設置兩個輸入相等電平,如A1 =0 A2=0 ,來實現剎車功能,L298內部原理如下:

以下是網上找到的關于直流電機制動的原理

直流電機制動:
通過短路電機線圈,當電機轉動時會產生抑制起轉的的磁場,從而達到了制動的目的
  1)瞬間反接制動:(略)
  2)發電機方式制動:運轉當中的直流電動機在切斷電樞的外供電流后,它實際上就處在發電機工況,通過加大“發電機”的負載就能產生一個制動力矩,但這個制動力矩顯然是隨著轉速衰減的,所以和瞬間反接制動相比,它肯定溫柔得多。
 3)估計以發電機方式制動再輔以適時的“勵磁補強”,則制動的溫柔性和快速性可以完美兼顧。
 4)我上面所說的“勵磁補強”,就是在適當的時候、適當地加大勵磁電流,隨后再將其拆消。當然,得你的電機不是永磁的。
感謝您的建議,歡迎批評指正。
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2014-07-07 20:55
@sunsigns
1、bootstrap電容不與PWM頻率相關,按照參考電路的推薦值即可,不放心的話可以選大一些,兩倍到10倍都應該可以正常工作;2、這通常是由于控制電路引起的,可以用雙蹤示波器觀察光耦副邊的波形做參考。3、如果電路設計正確,元件的選取無非是考慮功率、電壓、電流的余量。4、網上這方面的資料不少,5、上下橋驅動器IR2184S已經考慮了上管、下管之間的死區,即上管關斷到下管開通、以及下管關斷到上管開通的延遲,如果是不同橋臂之間還需要延遲,則需要另外的軟硬件配合。另有兩個問題:1.電路中如果U6與U7同時驅動下管開通,MOTO_A的線圈通過VT4、VT3短路了,筆誤還是特殊設計?2.用于電機PWM應該選取合適的頻率,通常20k以下應該足夠了,過高的頻率將引起MOS管損耗增大;

您好!最近基于以上電路打樣了幾塊電路板,在調試過程中遇到一些問題,按照電路圖焊接了一塊電路板,卻不能正常驅動,由于沒有調試mos相關經驗,折騰了很長時間,未果,無奈向您尋求幫助,不知您是否有時間能指教一下

 

1、PWM輸入10khz 0~12v,上電瞬間電機轉動一會就停了,調整PWM的占空比,電機卻沒有反映

2、MOS焊接的時候是否容易損壞,有什么辦法檢測嗎,

3、電路邏輯控制部分應該ok,2184輸入In為高,LO HO輸出卻都為低(接上電機的情況),導致電機無法驅動,是mos壞了還是2184芯片壞了呢?

 感激!

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sunsigns
LV.5
5
2014-07-08 13:52
@yunfeiyang
您好!最近基于以上電路打樣了幾塊電路板,在調試過程中遇到一些問題,按照電路圖焊接了一塊電路板,卻不能正常驅動,由于沒有調試mos相關經驗,折騰了很長時間,未果,無奈向您尋求幫助,不知您是否有時間能指教一下 1、PWM輸入10khz0~12v,上電瞬間電機轉動一會就停了,調整PWM的占空比,電機卻沒有反映2、MOS焊接的時候是否容易損壞,有什么辦法檢測嗎,3、電路邏輯控制部分應該ok,2184輸入In為高,LOHO輸出卻都為低(接上電機的情況),導致電機無法驅動,是mos壞了還是2184芯片壞了呢? 感激!

SORRY,上次說得太婉轉,反而讓你多走彎路了。

這樣的控制方式不行的,再多看看有關這方面的資料吧。

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2014-07-08 17:45
@sunsigns
SORRY,上次說得太婉轉,反而讓你多走彎路了。這樣的控制方式不行的,再多看看有關這方面的資料吧。

您好!感謝您的回復!

不過經過連續奮戰一整天,今天終于調出來了,問題原因:

1、光耦PWM 輸入端接口問題導致,由于PWM輸入前端有一個1K下拉電阻,導致光耦驅動電流不夠引起的,通過減小輸入端限流電阻或者提升輸出端上拉電阻至10K;

2、電源管理芯片MC34063部分,電阻R2需要提升至8.5k;

 

您說的控制方式不行是指U6 U7不能同時驅動下管導通,即A1 A2輸入端不能同時為0?

再次感謝您的指點。

 

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taozhaogy
LV.1
7
2017-04-18 15:23
@yunfeiyang
您好!感謝您的回復!不過經過連續奮戰一整天,今天終于調出來了,問題原因:1、光耦PWM輸入端接口問題導致,由于PWM輸入前端有一個1K下拉電阻,導致光耦驅動電流不夠引起的,通過減小輸入端限流電阻或者提升輸出端上拉電阻至10K;2、電源管理芯片MC34063部分,電阻R2需要提升至8.5k; 您說的控制方式不行是指U6U7不能同時驅動下管導通,即A1A2輸入端不能同時為0?再次感謝您的指點。 
你最終的實際使用的電路是按照發出的原理圖繪制的嗎?我也剛接觸,還望賜教
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車咕嚕
LV.1
8
2017-12-26 10:08
@yunfeiyang
您好!感謝您的回復!不過經過連續奮戰一整天,今天終于調出來了,問題原因:1、光耦PWM輸入端接口問題導致,由于PWM輸入前端有一個1K下拉電阻,導致光耦驅動電流不夠引起的,通過減小輸入端限流電阻或者提升輸出端上拉電阻至10K;2、電源管理芯片MC34063部分,電阻R2需要提升至8.5k; 您說的控制方式不行是指U6U7不能同時驅動下管導通,即A1A2輸入端不能同時為0?再次感謝您的指點。 
您好 我也想制作一個電機驅動,可是找了很多資料自己的數電模電學得不好,向您學習一下
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