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請(qǐng)教關(guān)于NMOS搭建的大功率有刷直流電機(jī)H橋驅(qū)動(dòng)器之電路原理

1

 

驅(qū)動(dòng)器方案：高速光耦HCPL-2631+半橋驅(qū)動(dòng)IR2184S+高性能Nmos IRLR7843

預(yù)期目標(biāo)：

1、大功率、小體積、良好穩(wěn)定性的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)；

2、兩路直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，單路峰值達(dá)30A(12V)且導(dǎo)通電阻僅有0.003歐姆；

3、開關(guān)頻率高，最可達(dá)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(shí)為剎車；A1.A2=1.0時(shí)為正轉(zhuǎn)；A1.A2=0.1時(shí)為反轉(zhuǎn)；PWMA為PWM波輸入（電機(jī)速度調(diào)節(jié)）；

電路原理圖：

 Brushed DC Motor Drive(IR2184_IRLR7843).pdf

相關(guān)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(shè)計(jì)，麻煩各位看看此方案是否可行，能否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)？原理圖中電源部分、邏輯控制及H橋驅(qū)動(dòng)中是否有不當(dāng)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(guān)，還是要考慮死區(qū)時(shí)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(shí)際控制過程中換向過程需要考慮死區(qū)時(shí)間，加延時(shí)？

備注：

由于本人第一次接觸大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，沒有MOS相關(guān)使用經(jīng)驗(yàn)，因此在參考學(xué)習(xí)網(wǎng)友們的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)相關(guān)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(wǎng)友"wudi"的IR2104 + IRF540 MOS電機(jī)驅(qū)動(dòng)全橋 學(xué)習(xí)與實(shí)踐過程 的方案，以及holmesruan 的“H橋驅(qū)動(dòng)用MOS驅(qū)動(dòng)與保護(hù)全方位請(qǐng)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(guān)，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(yīng)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(shè)計(jì)正確，元件的選取無非是考慮功率、電壓、電流的余量。
4、網(wǎng)上這方面的資料不少，

5、上下橋驅(qū)動(dòng)器IR2184S已經(jīng)考慮了上管、下管之間的死區(qū)，即上管關(guān)斷到下管開通、以及下管關(guān)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(gè)問題：
1. 電路中如果U6與U7同時(shí)驅(qū)動(dòng)下管開通，MOTO_A的線圈通過VT4、VT3短路了，筆誤還是特殊設(shè)計(jì)？
2. 用于電機(jī)PWM應(yīng)該選取合適的頻率，通常20k以下應(yīng)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(guān)，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(yīng)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(shè)計(jì)正確，元件的選取無非是考慮功率、電壓、電流的余量。4、網(wǎng)上這方面的資料不少，5、上下橋驅(qū)動(dòng)器IR2184S已經(jīng)考慮了上管、下管之間的死區(qū)，即上管關(guān)斷到下管開通、以及下管關(guān)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(gè)問題：1.電路中如果U6與U7同時(shí)驅(qū)動(dòng)下管開通，MOTO_A的線圈通過VT4、VT3短路了，筆誤還是特殊設(shè)計(jì)？2.用于電機(jī)PWM應(yīng)該選取合適的頻率，通常20k以下應(yīng)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(diǎn)！電路圖是我參照網(wǎng)友“wudi”及其他相關(guān)資料根據(jù)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(jīng)驗(yàn)；

關(guān)于您的問題：

1. 電路中如果U6與U7同時(shí)驅(qū)動(dòng)下管開通，MOTO_A的線圈通過VT4、VT3短路了，筆誤還是特殊設(shè)計(jì)？

---我的想法是參照L298的原理，設(shè)置兩個(gè)輸入相等電平，如A1 =0 A2=0 ,來實(shí)現(xiàn)剎車功能，L298內(nèi)部原理如下：

以下是網(wǎng)上找到的關(guān)于直流電機(jī)制動(dòng)的原理 

直流電機(jī)制動(dòng)：

通過短路電機(jī)線圈，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生抑制起轉(zhuǎn)的的磁場，從而達(dá)到了制動(dòng)的目的


  1）瞬間反接制動(dòng)：（略）
  2）發(fā)電機(jī)方式制動(dòng)：運(yùn)轉(zhuǎn)當(dāng)中的直流電動(dòng)機(jī)在切斷電樞的外供電流后，它實(shí)際上就處在發(fā)電機(jī)工況，通過加大“發(fā)電機(jī)”的負(fù)載就能產(chǎn)生一個(gè)制動(dòng)力矩，但這個(gè)制動(dòng)力矩顯然是隨著轉(zhuǎn)速衰減的，所以和瞬間反接制動(dòng)相比，它肯定溫柔得多。
 3）估計(jì)以發(fā)電機(jī)方式制動(dòng)再輔以適時(shí)的“勵(lì)磁補(bǔ)強(qiáng)”，則制動(dòng)的溫柔性和快速性可以完美兼顧。
 4）我上面所說的“勵(lì)磁補(bǔ)強(qiáng)”，就是在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候、適當(dāng)?shù)丶哟髣?lì)磁電流，隨后再將其拆消。當(dāng)然，得你的電機(jī)不是永磁的。
感謝您的建議，歡迎批評(píng)指正。
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2014-07-07 20:55
@sunsigns
1、bootstrap電容不與PWM頻率相關(guān)，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(yīng)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(shè)計(jì)正確，元件的選取無非是考慮功率、電壓、電流的余量。4、網(wǎng)上這方面的資料不少，5、上下橋驅(qū)動(dòng)器IR2184S已經(jīng)考慮了上管、下管之間的死區(qū)，即上管關(guān)斷到下管開通、以及下管關(guān)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(gè)問題：1.電路中如果U6與U7同時(shí)驅(qū)動(dòng)下管開通，MOTO_A的線圈通過VT4、VT3短路了，筆誤還是特殊設(shè)計(jì)？2.用于電機(jī)PWM應(yīng)該選取合適的頻率，通常20k以下應(yīng)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(diào)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(qū)動(dòng)，由于沒有調(diào)試mos相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，折騰了很長時(shí)間，未果，無奈向您尋求幫助，不知您是否有時(shí)間能指教一下

 

1、PWM輸入10khz 0~12v，上電瞬間電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一會(huì)就停了，調(diào)整PWM的占空比，電機(jī)卻沒有反映

2、MOS焊接的時(shí)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(yīng)該ok，2184輸入In為高，LO HO輸出卻都為低（接上電機(jī)的情況），導(dǎo)致電機(jī)無法驅(qū)動(dòng)，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(diào)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(qū)動(dòng)，由于沒有調(diào)試mos相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，折騰了很長時(shí)間，未果，無奈向您尋求幫助，不知您是否有時(shí)間能指教一下 1、PWM輸入10khz0~12v，上電瞬間電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一會(huì)就停了，調(diào)整PWM的占空比，電機(jī)卻沒有反映2、MOS焊接的時(shí)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(yīng)該ok，2184輸入In為高，LOHO輸出卻都為低（接上電機(jī)的情況），導(dǎo)致電機(jī)無法驅(qū)動(dòng)，是mos壞了還是2184芯片壞了呢？ 感激！

SORRY，上次說得太婉轉(zhuǎn)，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(guān)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(zhuǎn)，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(guān)這方面的資料吧。

您好！感謝您的回復(fù)！

不過經(jīng)過連續(xù)奮戰(zhàn)一整天，今天終于調(diào)出來了，問題原因：

1、光耦PWM 輸入端接口問題導(dǎo)致，由于PWM輸入前端有一個(gè)1K下拉電阻，導(dǎo)致光耦驅(qū)動(dòng)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(shí)驅(qū)動(dòng)下管導(dǎo)通，即A1 A2輸入端不能同時(shí)為0？

再次感謝您的指點(diǎn)。

 

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taozhaogy
LV.1
7
2017-04-18 15:23
@yunfeiyang
您好！感謝您的回復(fù)！不過經(jīng)過連續(xù)奮戰(zhàn)一整天，今天終于調(diào)出來了，問題原因：1、光耦PWM輸入端接口問題導(dǎo)致，由于PWM輸入前端有一個(gè)1K下拉電阻，導(dǎo)致光耦驅(qū)動(dòng)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(shí)驅(qū)動(dòng)下管導(dǎo)通，即A1A2輸入端不能同時(shí)為0？再次感謝您的指點(diǎn)。 
你最終的實(shí)際使用的電路是按照發(fā)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(fù)！不過經(jīng)過連續(xù)奮戰(zhàn)一整天，今天終于調(diào)出來了，問題原因：1、光耦PWM輸入端接口問題導(dǎo)致，由于PWM輸入前端有一個(gè)1K下拉電阻，導(dǎo)致光耦驅(qū)動(dòng)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(shí)驅(qū)動(dòng)下管導(dǎo)通，即A1A2輸入端不能同時(shí)為0？再次感謝您的指點(diǎn)。 
您好 我也想制作一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可是找了很多資料自己的數(shù)電模電學(xué)得不好，向您學(xué)習(xí)一下
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