¿Consideraciones de diseño para un circuito de accionamiento de motor de CC?

Estoy planeando desarrollar un circuito de control para un motor de CC con escobillas de 24 V, 500 RPM (@sin carga), 2 A, 4 kg-cm. El motor tiene que funcionar solo en una dirección. Planeo usar IRF44ZN MOSFET con un controlador adecuado para impulsar el motor y un PIC 16f873a para generar PWM. Pero el desafío es que el motor debe funcionar continuamente durante al menos un día (24 horas). ¿Cuáles son las cosas que debo tener en cuenta al diseñar una unidad para una aplicación de este tipo?

frecuencia PWM? ¿Diodo de retorno a través del motor? ¿Tensión de alimentación? ¿Corriente de la fuente de alimentación? Controlador FET = correcto? ¿Está contento el motor con ser conducido todo el día, independientemente del circuito de control electrónico? ¿Tiene un circuito de retroalimentación para controlar la velocidad o el par en el motor?
Tengo que controlar la velocidad de 5rpm a 500 rpm. La red eléctrica de CA es de 230 V, 50 Hz, de la que se derivarán 24 V. Sí, el motor funciona feliz todo el día sin accionamiento electrónico.
sí, tendré un circuito de retroalimentación para controlar la velocidad.
Esta información más el consumo de corriente anticipado a varias velocidades sería útil. ¿Por qué no agregar esto a su pregunta original en lugar de como comentarios?
Lea todas las hojas de datos y tenga cuidado de mantenerse dentro de todos los límites especificados. Si eso parece un montón de cosas a tener en cuenta, lo es. Esta es una pregunta demasiado amplia tal como está ahora.

Respuestas (2)

Estas son algunas de las cosas en las que pienso cuando necesito conducir un motor:

  • ¿He considerado usar un controlador de motor estándar?
  • En lugar de comenzar un diseño completamente desde cero, ¿he considerado comenzar con algún controlador de motor de código abierto , hacer algunas mejoras y luego devolver esas mejoras a la comunidad?
  • ¿He considerado usar un "interruptor autoprotegido" como International Rectifier IPS6031PBF, Infineon Technologies BTS50080-1TMB, etc. que no requiere tanto tiempo de diseño como un FET sin procesar?
  • ¿He considerado usar partes que realmente puedo comprar, como el International Rectifier IRFZ44N?

Sobrecalentamiento del motor:

  • ¿Está el motor suficientemente clasificado para manejar continuamente la carga máxima a la velocidad máxima requerida? (Esto es más caliente que correr sin carga).

  • ¿Está el motor suficientemente clasificado para manejar continuamente la carga máxima a la velocidad mínima requerida? (Aunque esto técnicamente requiere menos potencia mecánica, el "autoenfriamiento" es menor, por lo que puede calentarse más).

  • ¿Es mejor funcionar a la velocidad solicitada el mayor tiempo posible, hasta que el motor falle? ¿O es mejor que el sistema se niegue a funcionar a la velocidad solicitada cuando el motor parece estar sobrecalentándose, desacelerándose o deteniéndose para proteger el motor?

Sobrecalentamiento de transistores:

  • ¿Están el transistor y su disipador de calor suficientemente clasificados para manejar continuamente la corriente normal máxima?

  • ¿Qué sucede si se cortan los cables que van al motor? ¿Es esto tan improbable que está bien si el transistor explota? ¿O es tan probable que valga la pena diseñar el sistema para medir la corriente de salida y apagar el transistor cuando alcance el límite máximo de corriente?

  • ¿Cuánto voltaje se requiere para encender el FET de potencia "completamente"? ¿Puede mi microprocesador encenderlo adecuadamente o necesito conectar la puerta del FET de potencia a un voltaje más alto, tal vez 10 V o 12 V?

  • ¿Cuánta carga eléctrica se necesita para "encender" y "apagar" el FET de potencia? ¿Cuánto tiempo le toma a mi microprocesador empujar esa cantidad de carga hacia la puerta o sacar esa carga de la puerta? ¿Es adecuada una resistencia de 10 ohmios entre mi microprocesador y la puerta, o un controlador MOSFET entre ellos mantendría la potencia FET significativamente más fría? (consulte Capacitancia de la puerta frente a carga de la puerta en FET n-ch y cómo calcular la disipación de energía durante la carga/descarga de la puerta )

Otras Consideraciones:

  • ¿Cuál es la ruta de alta corriente "transistor encendido"? (fuente de alimentación al transistor al motor a la fuente de alimentación)
  • ¿Cuál es la ruta de alta corriente inmediatamente después de que se apaga el transistor? (motor a diodo flyback a motor)
  • ¿Puedo hacer que la diferencia en esos dos bucles sea más pequeña para reducir la EMU radiada?
  • ¿Todos los conectores, cables, fusibles, sensores de corriente y otros componentes en las dos rutas de alta corriente están clasificados para manejar la corriente normal máxima continuamente?
  • ¿Cómo puedo sentir la corriente del motor?
  • ¿Qué es lo peor que podría pasar si hay un error en el software? ¿Hay alguna manera de arreglar el hardware para que los errores inevitables en el software no causen daños permanentes?

cuando se trata del controlador MOSFET, tiene a) CONTROLADOR DEL LADO BAJO (carga conectada entre + VDD y el terminal de drenaje) b) CONTROLADOR DEL LADO ALTO (carga conectada entre el terminal de origen y tierra) estos dos tienen sus propias ventajas y desventajas. Para saber más sobre Controlador MOSFET http://code.google.com/p/qut-brushless-controller/wiki/mosfetdrive

si opta por el CONTROLADOR DE LADO BAJO, puede diseñar un controlador con componentes discretos (este circuito funciona bien para mí) https://www.circuitlab.com/circuit/4j8c53/discrete-mosfet-driver/ . Le sugiero que construya el controlador y pruébelo aplicándole PWM; si tiene algún problema, publíquelo aquí.

si opta por el CONTROLADOR DE LADO ALTO, entonces es posible que deba usar circuitos integrados de controlador como IR2110, IR2101, ... y problemas de diseño como elegir un diodo de arranque adecuado, un condensador de arranque.

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