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モタドラ回路図

どうも、Nekosanです。


設計してたモータドライバの回路図がある程度出来上がったので上げてみたいと思います。
まだ部品の定数など決めていないものも多いですが。

無題
クリックで拡大


構成はNchフルブリッジで、ブートストラップでハイサイドFETを駆動しています。

前に組んでいたブートストラップ回路はディスクリート部品で組んでましたが、IR2302PBFというハーフブリッジドライバを使ってFETドライブ回路を構成しています。

まだ、このICを使って回路を作ってないので、近日中に実験したいと思っているところ。
運よく部室にIR2302が転がっていたものでね。。。


また、ATMega328Pを使って、制御回路を組み込んでいます。

ATMegaの高速PWM機能を用いて、PWM波形を出力しています。
また、シャットダウン信号も2本出しています。

これらのロジック信号は、デジタルアイソレータ(Si8440)を通してハイサイドドライバに入力されます。
ロジック部とドライブ部との絶縁はフォトカプラの代わりにデジタルアイソレータを使おうと思います。
正直使いたかっただけですが・・・


他に、ロータリーエンコーダの入力、ポテンショメータ用のAD変換入力をつけています。
まだ回路図に書いていませんが、リミットスイッチ用のインタラプト入力も設けるつもりです。

また、他のマイコンとの通信用に、RS485用ICのLTC485を設けています。
RS485はマルチプロセッサ通信ができて、ノイズに強いとのことなので。。。


いろいろ組み込んでみましたが、果たしてちゃんとプログラムを作ることができるだろうか・・・w
AVRマイコンは使い始めて日が浅いので、正直不安なところです。

ひとまず試作回路を作って、実験してから、よければFusionPCBで発注しようと思っています。


また、このドライバに対する意見などお待ちしております。
改善点などあれば、ブログのコメントに残すなり、Twitterでリプ飛ばすなりしていただけると嬉しいです。


では、これぐらいで。ノシ
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モータドライバのおはなし

どうも、Nekosanです。


次のシーズンで使えるようなモータドライバを作ろうと思ってまして、ちょっとそのお話です。

どういうモータドライバを作ろうと考えているかというと・・・
・NchMOSFETによるHブリッジモータドライバ
・24V駆動が可能
・50A以上流せる(出来れば100Aぐらい)
・ドライブ部とロジック部の絶縁(方法は未定)
・昇圧はブートストラップ

という感じ。

制御は・・・
・AVRマイコンで制御
・他ボードとの通信はRS485による1対多通信
・あわよくばエンコーダ、ポテンショメータ、インタラプト入力を備える

などなど。

他にも電流監視回路とかもつけたいんですけど、どこまで機能をつけようか悩みどころ。。。


これからじっくり考えていくです。でもあんまり時間ない・・・w


では、これぐらいで!
しーゆーあげいん!

NchFETフルブリッジモータドライバの実験レポ的なもの

どうも、Nekosanです!


今日は設計してたNchFETモタドラが動いたので、実験結果を上げようと思います

最初に言っておきますが、実験結果取り損ねがあります
参考程度に見てください


実験回路はこちら!(下図クリックで拡大表示)
Nch_FullBridge_MD.png

「回路仕様」
ハイサイドFETの昇圧にはブートストラップを用いています(詳しくはググろう)
フォトカプラとFETのG-S間電圧の最大値はフォトカプラにかけている電圧(図中では12V)になるため、電源電圧に左右されません
そのため、フォトカプラの電源電圧の定格やFETのG-S間電圧の定格に関係なく、電源電圧を上げることができます!(もちろんFETのD-S間やダイオードの電圧の定格を越えてはいけませんw)

ただし、上下段のFETには相補信号を入力しなければならない、ローサイドのFETを定期的にONにしなければならない、という制約もありますが、気にしないことにしました


「制御方法」
この回路図には制御用のマイコンが記述されてませんが、外部からSTBeeMiniを用いて制御しています。
外部信号線は、回路図のタグ、A,B,C,Dにそれぞれ接続されています。

今日の実験で用いた制御方法は、「ノーマルモード」と「Anti Locked Phase PWMモード」です(名称は適当)

*ノーマルモード
 ・正転
  左上FET:PWM信号
  左下FET:PWM信号(反転)
  右上FET:OFF
  右下FET:ON
 
 ・逆転
  左上FET:OFF
  左下FET:ON
  右上FET:PWM信号
  右下FET:PWM信号(反転)

 ・ブレーキ
  PWMのデューティー比を0%にする(常時出力0)

注:デューティー比を100%にすると、上段のコンデンサが充電されないので禁止

*Anti Locked Phase PWMモード
 一定周期で、モータに正転方向の電流と逆転方向の電流を流して、モータを駆動する方法。
 正電流と逆電流の流す時間の比率が同じ場合、モータは停止する。
 このときをデューティー比50%とすれば、このデューティー比を前後させることで正転逆転を行うことができる。
 このモードを使用する場合は、ノーマルモードより周期を高くする必要がある。


と、こんな感じのプログラムを組んで実験してみました!


「実験1」
電源電圧:12V
ゲートドライブ電圧:12V

・動作モード:ノーマルモード
PWM周期:10kHz
使用モータ:maxon RE35 273752
duty:0% →0.0A
duty:50% →0.6A
duty:99% →0.2A

モータ+-端子間波形(黄:+ 青:-)
CA3G0806.jpg


PWMかけてるほうの上下段ゲート電圧波形(黄:上段 青:下段)
CA3G0807.jpg


PWMかけてないほうの上下段ゲート電圧波形(黄:下段 青:上段)
CA3G0808.jpg

マイコンからの入力信号(PWMかけてるほう)
CA3G0809.jpg


こんな感じになりました
まあなかなか良い感じなのではないでしょうか(知らないけど)

ただモータ端子電圧にオーバーシュートとアンダーシュートがあるのが気になります・・・
原因は何だろう・・・コンデンサかな?


・動作モード:Anti Locked Phase PWM
使用モータ:maxon RE35 273752
PWM周期:10kHz
duty:0% →2.6A
duty:50% →0.9A
duty:99% →0.4A

停止時にどうしても電流が流れますね・・・
基本的にノーマルモードで使ったほうがよさそうです


そして別モータでの実験
・動作モード:ノーマルモード
使用モータ:TG-85R-KU-216-KA
PWM周期:1kHz
duty:0% →0.0A
duty:50% →0.96A
duty:99% →0.6A


次は24Vでの実験です
「実験2」
電源電圧:24V
ゲートドライブ電圧:12V
使用モータ:ツカサモータTG-85R-KU-216-KA 

・動作モード:ノーマルモード
PWM周期:10kHz
duty:0% →0.0A
duty:50% →0.5A
duty:99% →0.2A

音がめっちゃうるさかったです
10kHzでも結構回りましたから、1kHzならもっと回るかも

ちなみに、このモータの定格は12Vです(


大体こんな感じ、悪くはないと思います

もっと詳細なデータは基板発注してからにしようかと
あああ、パターン図があぁ・・・


長くなりましたが、これぐらいで

では、また次回~

一人ロボコン反省会

どうもNekosanです

今週の日曜で高専ロボコン、最後の地区大会がありますね
出場するチームのみなさん、がんばってください!


かくゆう僕も、先週九州地区大会に出場してきました

結果は・・・ボロボロでした
恐らく出場チームの中で最も競技を進行できなかったです

いろいろ原因はあるのですが、僕の責任が大きい部分がほとんどな気がします
本気で悔しかったですね、悔しすぎてその場じゃ涙も出なかった

と、あまり感傷的になったら記事にならないのでやめておきます


全体的な反省はいろいろあるので、そっちは部内のレポートに提出するとして、個人的反省をば

・回路作るのが遅すぎた
いつから作ったと思う? 8月だよ
→設計段階から試作回路を制作する

・夏休みを半分フイにした
夏休み中に自分が指示を出していなかったというのが原因で全く回路作業が進まなかった
→やることを分担して作業を進める できれば制作作業は夏休み前に終わらせておく

・回路班の仕事分担で自分の役割が多すぎた
正確に言うと、自分が仕事を取りすぎて、周りのメンバーがついていけなかった
そのため、デバック作業のときに一人でするしかなく、ミスが多かった
所要時間もその分増えて、遅れに拍車をかけた
→回路班員の技術向上

・モータドライバの設計ミス
動かなかった根本の原因はこれ
新設計したモータドライバが燃えまくった
本番でも煙吹き出した
→モータドライバの再設計

・コネクタートラブル
コネクターの接触不良が多すぎた
信号線ケーブルを作るのにも時間がかかって無駄が多かった
→新しいコネクタとラインの検討

・新しいマイコンを使った
今まではSH7125マイコンを使っていたのですが、USBで書き込める、ポート数が多い、などの理由からSTM32マイコンへ移行しました
それで、部員が新しいマイコンについていけず、結局プログラムは全部僕が書きました(もちろん僕が教えてないのが悪いのですが・・・)
→新しいマイコンを積極的に使うorSH7125に戻す


と、まだまだあるのですが、疲れたのでここまで・・・

しっかりと作業を分担させて、全員がお互いの状況を把握していれば、大体の問題は解決しそうな気がします
まあそれが難しいんですけどね

あと、一昨年と昨年のオフシーズンをほぼ活用できてないというのも大きな要因かもです
まあいろいろ理由があるのですが、ここでは言わないでおきます

そのため、今回のオフシーズンはしっかり頑張らないといけませんね!

オフシーズンで何かやろうと思ってるのですが、候補はミニロボ、研究、などなど
まあありふれたものですが、一工夫はしたいところ・・・


ちなみに今回出場したロボットは、11/11にある文化祭に向けて、動かせるように改良中です
ぶっちゃけ1から作りたい!(

僕はモータドライバの再設計をして、FusionPCBに発注したいと思っています
間に合うといいですけど・・・
モータドライバに関しては別の記事に書くか、ドキュメントにまとめるかしようと思います


では、これぐらいで!
しーゆーあげいん~


追記は好き勝手に愚痴みたいなのを書いてるだけなので、見ないほうがいいです
でも書かずにはいられなかった

続きを読む»

基板届いた!

どうも、Nekosanです

ロボコン合宿真っ最中です
課題おわらねぇ・・・


タイトルの通り、FusionPCBに注文していたモータドライバの基板が届きました!
(回路図とかパターン図とかは過去の記事を見てくださいな)

120828_0944~01
↑届いた基板

格安の基板製作サービスにしては結構品質は高いと思います(よく分からんけど)
スルーホールもちゃんときれいに作ってくれてます

120828_1632~01
↑部品実装後


さっそく一つ組み立てて動作させましたが、なんとか動きました!
いくつか修正箇所がありますが、簡単に修正できる点なので問題なし!

使用した部品は、
FET:H7N0308,2SJ471
フォトカプラ:TLP351
IC:74HC08AP
とまあそんな感じです
バスコンは適当な電界コンデンサをのっけました


まあこんな感じです
なかなか初めて作ったにしてはいい出来ではないかと

これから実際に使ってテストしていきます


では、これぐらいで
しーゆーあげいん!
プロフィール

Nekosan

Author:Nekosan
どこぞやの高専にいる猫
ロボコンとかお絵かきとか音ゲーとかバスケとかプログラミングとかいろいろやってます

好きなLEDは5mm青色LED!

Twitter:neko3_twit
pixiv:3024831

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