Быстрый

Персонал ДН | 31 октября 2016 г.

Несколько лет назад мой приятель Стив Титус захотел поэкспериментировать с конструкциями роторов дронов. Ему нужен был простой контроллер двигателя, который мог бы работать от напряжения от 8 В до 12 В и подавать амперный ток на двигатель постоянного тока, используемый в радиоуправляемых самолетах (Рисунок 1).

Я набросал конструкцию на основе классической микросхемы ШИМ (широтно-импульсной модуляции) TL494 (фигура 2 ). Этот чип Texas Instruments произведен компанией ON Semi и другими производителями. Дистрибьюторы продают чипы в небольших количествах по цене от 24 центов за тысячу до 60 центов за штуку (2016 г.). Я полюбил этот чип, когда консультировался с Teledyne. Я проектировал источники питания для постановщиков радиолокационных помех на истребителях F-16. TL494 поставляется в керамическом корпусе DIP, поэтому его можно использовать в проектах военного назначения или для сверхнадежных промышленных приложений. В наши дни я бы разработал SOIC из-за небольшого размера и виброустойчивости. Деталь даже входит в TSSOP для микроминиатюризации.

Чтобы получить большую силу тока, необходимую Стиву, я заказал чипу большой металлический PNP-транзистор Дарлингтона TO-3, который выдерживает 100 В и 16 А. Поскольку индуктивность двигателя и подключенных к нему проводов может генерировать импульсы переключения даже выше 100 В, необходимо установить на двигатель надежный фиксирующий диод (рисунок 3).

Рисунок 4; Схема подает импульсы на двигатель (красный). Это основано на достижении управляющим напряжением установленного порога (желтого цвета). Ток в двигателе достигает 4 Ампер, а затем падает через время выключения (зеленый). Небольшие колебания тока возникают из-за индуктивности двигателя и проводки, взаимодействующих с емкостью снабжающего диода.

Управление скоростью двигателя осуществляется путем разделения входного напряжения постоянного тока на импульсы переменной ширины. Я выбрал C3 и R5, чтобы обеспечить рабочую частоту 8,7 кГц. Если микросхема вообще не прерывается, она подает на двигатель полное напряжение батареи. Если на двигатель подаются короткие узкие импульсы, среднее напряжение будет низким, и двигатель будет работать медленно (рисунок 4 ). При исчезающе узких импульсах на двигатель не подается напряжение, и он перестает вращаться. Без нагрузки на двигатель форма волны напряжения может выглядеть короткометражной, поскольку противо-ЭДС (электродвижущая сила) двигателя создает напряжение как генератор.

Дизайнеры и новаторы.Узнайте больше о некоторых из последних дизайнеров и новаторов и о том, чем они занимаются, на ESC Silicon Valley, 6-8 декабря 2016 г. в Сан-Хосе, Калифорния. Зарегистрируйтесь здесь для участия в мероприятии, организованном материнской компанией Design News, UBM. .

Хотя подача этих импульсов на двигатель может показаться жестокой, помните, что двигатели работают на магнетизме, а магнетизм создается током, а не напряжением. Таким образом, пока контроллер подает импульсы напряжения, индуктивность двигателя превращает их в изменения тока, пропорциональные напряжению.

Для механического проектирования я купил на свалке несколько радиаторов, которые уже были просверлены для установки транзистора ТО-3. При их установке я использовал слюдяные изоляторы и термопасту. Шпильки крепления транзистора также были удалены и установлены на печатной плате. Я также подобрал на свалке несколько скользящих горшков на 10 кОм. Плату я выложил в ProCAD. Для изготовления печатной платы я использовал платы с предварительно нанесенным покрытием, на которые наносил прозрачную пленку с лазерного принтера. Как только фоторезист был экспонирован, я положил его в лоток с нагретым хлорным железом.

Я бы также просто заказал печатную плату в приличном цехе по быстрому изготовлению, а не возился с фоторезистирующим материалом для печатной платы, прозрачными пленками и хлорным железом. В какой-то момент создавать платы становится проще, особенно теперь, когда я знаю, что базовая конструкция работает нормально.

Еще одно сожаление, которое я усвоил на собственном горьком опыте. Однажды я спроектировал прототип, используя детали со склада, чтобы как можно скорее доставить его заказчику. Ему понравилось, и он попросил еще 50. Когда я вернулся на свалку, там не было такого количества. Они понятия не имели, где взять больше таких же деталей. Теперь я пользуюсь услугами таких крупных дистрибьюторов, как Allied, поэтому знаю, что могу получить столько деталей, сколько мне нужно, они не поддельные, и мои коллеги-инженеры и хакеры могут заказать точно такие же детали. Воспроизводимость является неотъемлемой частью научного метода. В приведенной ниже спецификации (спецификации материалов) указаны доступные детали, а не радиатор, бак и другие детали на складе в этом прототипе.