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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~

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!

基板外注

どうもNekosanです!


先日、Fusion PCBに基板外注をしていましたが、どうやらデータに不具合があったとのこと

先方からこのようなメッセージが
---------------------------------------------------------------------------
We found there is some problem with the words of the ground layer for file
D56629_10X10, it need to be reverse.
---------------------------------------------------------------------------
・・・わからん!

なんで英語なんだ!、と思いましたが中国語じゃないだけまだマシか・・・


とりあえず訳しないと始まらないので訳してみることに・・・
~3秒経過~
・・・わからん!
googleせんせー!!!


以下訳文(by google翻訳)
「我々は、ファイルのグランド層の言葉をいくつかの問題がありました
D56629_10X10、それは逆にする必要があります。」


・・・わからん!
何を言っているのかさっぱりだ!

仕方ないので手探りで原因を探すことに


とりあえずグラウンドレイヤーとか書いてるからレイヤーをチェック

といっても特に問題はなさそうに見える
wordsとか書いてるから変な文字でも書いてるのか?とか思ったけどそんなこともなかった
設計データには特に以上は見られないけどなー・・・

と、暗礁に乗り上げていました

ガーバーファイルに問題があるのかーと思ってみたけど特におかしいところはない・・・


念のためファイルの拡張子を確認したところ・・・
・・・あ、逆だ

という訳でやっと原因らしい原因を探し出せました

Fusion PCB指定のレイヤーごとの拡張子は以下の通り
Top layer: *.GTL
Bottom layer: *.GBL
Solder Stop Mask top: *.GTS
Solder Stop Mask Bottom: *.GBS
Silk Top: *.GTO
Silk Bottom *.GBO
NC Drill: *.TXT


これのTopとBottom、つまり部品面と半田面の拡張子を逆にしてたらしい

ファイル出力内容を修正してガーバーを出力

zipにして提出しました
次こそは・・・!

という感じです
ちゃんと確認しないとだめですね


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
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