在本文中，我們將討論如何構建功能強大的直流電機驅動器，該驅動器可以使用 Arduino 或 Raspberry Pi 等微控制器，甚至是獨立的 PWM 發生器芯片進行控制。

直流電機無處不在，從業余愛好應用到機器人技術和工業領域。因此，對合適且功能強大的直流電機驅動器有廣泛的用途和需求。在本文中，我們將學習構建一個。

您可以使用微控制器、Arduino、Raspberry Pi 甚至獨立的 PWM 發生器芯片來控制它。通過使用適當的散熱器和冷卻方法，該電路可以處理高達 30A 的電流。

電路分析

該電路的核心是一個 IR2104 MOSFET 驅動芯片。它是一種流行且適用的MOSFET驅動器IC。電路原理圖如圖 1 所示。

圖1

大功率直流電機驅動器示意圖

根據 IR2104 數據表：“IR2104（S） 是高壓、高速功率 MOSFET 和 IGBT 驅動器，具有獨立的高側和低側參考輸出通道。專有的 HVIC 和鎖存免疫 CMOS 技術可實現堅固耐用的單片結構。邏輯輸入與標準 CMOS 或 LSTTL 輸出兼容，低至 3.3V 邏輯。輸出驅動器具有高脈沖電流緩沖級，專為最小化驅動器交叉傳導而設計。浮動通道可用于驅動工作電壓為 10 至 600 伏的高端配置中的 N 通道功率 MOSFET 或 IGBT。”

IR2104 以半橋配置驅動 MOSFET。IRFP150 MOSFET 的高輸入電容沒有問題。這就是為什么像 IR2104 這樣的 MOSFET 驅動器很有用的原因。電容 C1 和 C2 用于降低電機的噪音和 EMI。最大容許 MOSFET 電壓為 100V。所以我至少使用了 100V 額定的電容器。如果您確定您的負載電壓沒有超過閾值（例如 12V 直流電機），那么您可以將電容器的電壓降低到 25V，然后增加它們的電容值（例如 1000uF-25V）。

SD 引腳已用 4.7K 電阻下拉。然后您必須向該引腳施加穩態邏輯電平電壓以激活芯片。您還必須將 PWM 脈沖注入 IN 引腳。

PCB Board

原理圖的 PCB 布局如圖 2 所示。它的設計旨在降低噪聲和瞬態以幫助設備的穩定性。

圖 2

為電機驅動原理圖設計的 PCB 布局

我沒有 IR2104 和 IRFP150組件的 PCB 封裝和原理圖符號。因此，我使用 SamacSys 提供的符號，而不是浪費我的時間并從頭開始設計庫。您可以使用“組件搜索引擎”或 CAD 插件。因為我使用 Altium Designer 繪制原理圖和 PCB，所以我直接使用了 SamacSys Altium 插件 （圖 3）。

圖 3

IR2104 和 IRFN150N 的選定組件庫

圖 4 顯示了 PCB 板的 3D 視圖。3D 視圖改進了電路板和元件放置的檢查程序。

圖 4

電機驅動器 PCB 板的 3D 視圖

組裝

因此，讓我們構建和構建電路。我只是使用了一塊半自制的 PCB 板，以便能夠快速組裝電路板并測試電路（圖 5）。

圖 5

設計的第一個原型（在半自制 PCB 上），俯視圖

閱讀本文后，您對電路的真實操作100% 確定。因此，將 PCB 訂購到專業的 PCB 制造公司，例如 PCBWay，并享受您的焊接和組裝板的樂趣。

圖 6 顯示了組裝好的 PCB 板的底視圖。正如你所看到的，一些軌道沒有完全被阻焊層覆蓋。原因是這些軌道可能承載大量電流，因此它們需要額外的銅支撐。

普通的 PCB 走線無法承受大量電流，最終會升溫并燒毀。為了克服這一挑戰（使用廉價的方法），您必須在未覆蓋的區域焊接一根粗裸銅線（圖 7）。這種方法增強了軌道的電流傳輸能力。

圖 6

PCB 板原型的底視圖，未覆蓋的軌道

粗裸銅線

測試與測量

提供的 YouTube 視頻演示了使用汽車擋風玻璃雨刷器直流電機作為負載對電路板進行的實際測試。我用函數發生器提供了 PWM 脈沖，并檢查了電機線上的脈沖。此外，負載電流消耗與 PWM 占空比的線性相關性也得到證實。

材料清單

表 1 顯示了物料清單。

表1

電路材料清單

審核編輯：郭婷