Un rapide

Personnel DN | 31 octobre 2016

Il y a des années, mon ami Steve Titus voulait expérimenter certaines conceptions de rotor de drone. Il avait besoin d'un contrôleur de moteur simple pouvant fonctionner de 8V à 12V et fournir des ampères de courant à un moteur à courant continu utilisé dans les avions radiocommandés (Figure 1).

J'ai créé une conception basée sur la puce classique TL494 PWM (modulation de largeur d'impulsion) (Figure 2 ). Cette puce Texas Instruments est une deuxième source d'ON Semi, ainsi que d'autres. Les distributeurs vendent la puce en petites quantités avec des prix allant de 24 cents par milliers à 60 cents chacun (2016). J'ai appris à aimer cette puce lorsque j'ai consulté Teledyne. J'ai conçu des alimentations pour les brouilleurs de radar sur les avions de chasse F-16. Le TL494 est livré dans un boîtier DIP en céramique afin que vous puissiez l'utiliser sur des projets de spécifications militaires ou pour des applications industrielles ultra-fiables. Ces jours-ci, je concevrais dans un SOIC pour la petite taille et la résistance aux vibrations. La pièce se décline même en TSSOP pour la micro-miniaturisation.

Pour obtenir le grand ampérage requis par Steve, j'ai fait piloter par la puce un gros transistor TO-3 à boîtier métallique PNP Darlington qui peut gérer 100V et 16A. Étant donné que l'inductance du moteur et les fils qui y sont connectés pourraient générer des pics de commutation encore plus élevés que 100 V, il est nécessaire de mettre une diode de serrage robuste à travers le moteur (figure 3).

figure 4; Le circuit applique des impulsions au moteur (rouge). Ceci est basé sur la tension de commande atteignant un seuil défini (jaune). Le courant dans le moteur monte jusqu'à 4 ampères, puis chute pendant le temps d'arrêt (vert) . De petites oscillations de courant sont dues à l'inductance du moteur et du câblage interagissant avec la capacité de la diode d'amortissement.

Vous effectuez le contrôle de la vitesse du moteur en coupant la tension d'entrée CC en impulsions de largeur variable. J'ai choisi C3 et R5 pour donner une fréquence de fonctionnement de 8,7 kHz. Si le circuit intégré ne coupe pas du tout, il applique la pleine tension de la batterie au moteur. S'il applique de brèves impulsions étroites au moteur, la tension moyenne est faible et le moteur tourne lentement (chiffre 4 ). Avec des impulsions extrêmement étroites, aucune tension n'est appliquée au moteur et il s'arrête de tourner. En l'absence de charge sur le moteur, la forme d'onde de tension peut ressembler à un squirrely car la contre-EMF (force électromotrice) du moteur crée une tension en tant que générateur.

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Bien qu'il puisse sembler brutal d'appliquer ces impulsions au moteur, rappelez-vous que les moteurs fonctionnent au magnétisme et que le magnétisme est réalisé avec du courant et non avec de la tension. Ainsi, pendant que le contrôleur émet des impulsions de tension, l'inductance du moteur les transforme en rampes de courant proportionnelles à la tension.

Pour la conception mécanique, j'ai acheté des dissipateurs de chaleur dans un chantier de récupération qui étaient déjà percés pour monter un transistor TO-3. J'ai utilisé des isolants en mica et de la graisse thermique lorsque je les ai montés. Les goujons du support de transistor ont également espacé et monté la carte de circuit. J'ai également ramassé des pots de diapositives de 10 kilo-ohms à la cour de récupération. J'ai disposé le tableau dans ProCAD. Pour fabriquer le circuit imprimé, j'ai utilisé des cartes pré-enduites sur lesquelles j'ai appliqué des transparents de mon imprimante laser. Une fois la photo-résine exposée, je les ai déposées dans un plateau de chlorure ferrique chauffé.

Je commanderais également simplement le PCB dans un atelier de fabrication rapide décent plutôt que de jouer avec le matériau PCB photo-résist et les transparents et le chlorure ferrique. À un moment donné, il est simplement plus facile de faire fabriquer les planches, surtout maintenant que je sais que la conception de base fonctionne correctement.

Un autre regret que j'ai appris à la dure. Une fois, j'ai conçu un prototype avec des pièces de récupération pour le livrer au client le plus rapidement possible. Il a adoré et en a demandé 50 de plus. Quand je suis retourné au chantier de récupération, ils n'avaient pas ces quantités disponibles. Ils n'avaient aucune idée où obtenir plus des mêmes pièces. Maintenant, je reste avec des distributeurs principaux comme Allied, donc je sais que je peux obtenir autant de pièces que j'en ai besoin, elles ne sont pas contrefaites, et mes collègues ingénieurs et hackers peuvent commander exactement les mêmes pièces. La reproductibilité est un élément essentiel de la méthode scientifique. La nomenclature (nomenclature) ci-dessous contient des pièces disponibles plutôt que le dissipateur thermique et le pot de récupération et d'autres pièces de ce prototype.

Mon dernier regret n'est pas de faire comprendre à mon ami Steve que tout le monde sait que le fil rouge va à la borne positive de la batterie de 12 volts. Il l'a rapidement branché à l'envers et a fait exploser l'un des prototypes avant toute utilisation (chiffre 5 ). Heureusement, j'ai appris à faire 3 prototypes. Deux que je peux comparer les changements de conception et un que Marketing vole et expédie à un spectacle au Kirghistan.

Cliquez ici pour télécharger les instructions de construction complètes, y compris les fichiers ProCAD PCB ainsi que les versions DXF et DWG.

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LISTE DES PIÈCES du contrôleur de moteur à courant continu

Référence composant

Composant/Matériau

Coût

Source

Moteur

Moteur, aimant permanent en céramique CC, longue pile - roulements à billes, 24 VDC

127,07 $

Stock allié # : 70217726

Q1

TRANSISTOR, NTE250 PNP SILICIUM DARLINGTON 100V IC=16A TO-3 BOÎTIER

$8.74

Stock allié # : 70215870

Isolateur Q1

Kit de montage de transistor de dissipateur thermique de RS Pro pour TO-3

1,83 $

Stock allié # : 70637780

Graisse Q1

Graisse thermique Aavid Thermalloy, 2 oz, Thermalcote

10,82 $

Stock allié # : 70115245

PCB

Conseil des produits chimiques MG ; Gaine de cuivre; 9 x 6 pouces ; 1/16 d'épaisseur ; double face; présensibilisé

21,50 $ (fait 4 PCB)

Stock allié # : 70125853

Agent de gravure PCB

MG Chemicals Produits chimiques ; mordançage du cuivre au chlorure ferrique ; 17 onces de liquide

9,25 $

Stock allié # : 70125782

D1

Diode, redresseur de silicium MR752 6A 200V

1,14 $

Stock allié # : 70911267

U1

TL494 SWITCHMODE Modulation de largeur d'impulsion (remarque - paquet SOIC !)

0,27 $ ch. (20 min)

Stock allié # : 70341601

Casserole1

Potentiomètre Bourns, Panneau de contrôle, Carbone, 100mm, 10 Kilohms, 20%

3,91 $

Stock allié # : 70155184

Pot bouton

bouton coulissant RS Pro ; Corps : noir avec un indicateur blanc ; Arbre 1.2x4mm

0,39 $

Stock allié # : 70644546

Dissipateur de chaleur

Radiateur Wakefield 423K; TO-3 ; 47C @ 50W ; 2,625 pouces ; 0,5 C/W ;

20,79 $

Stock allié # : 70236723

C1

Condensateur; Tantale; 33 uF ; Appuyez sur la série ; Radial; Cas J ; dix%; 25 V ; 33 VCC ; 1,2 Ohm ESR

$2.18

Stock allié # : 70195926

C2

Condensateur; Céramique; Bouchon 1uF ; tol 10%; Radial; Vol-Rtg 25V; Diélectrique X7R

0,770 $

Stock allié # : 70096303

R1. R2

Résistance Vishay Dale ; Film métallique ; 133 ohms ; 0,5 W ; tol 1%; Axial; Militaire (qté 2)

0,44 $ ch.

Stock allié # : 70200270

R3

RESISTANCE METAL FILM 1/4W 3.16K OHM 1% PAS AXIAL

0,05 $

Stock allié # : 70722839

R4

Résistance ; Film métallique ; Rés 1,13 Kilohms ; Pwr-Rtg 0,125 W ; tol 1%; Axial

1,02 $

Stock allié # : 70205979

C3

Nichicon Condensateur Polyester Film Cap 0.01uF 100V 10% Radial 6.5X10.5 LS 5mm

0,142 $

Stock allié # : 70188286

R5

Résistance Vishay Dale ; Film métallique ; Rés 19,1 Kilohms ; Pwr-Rtg 0,125 W ; tol 1%; Axial; Militaire

0,09 $

Stock allié # : 70200553

J1, J2

TE Connectivity UNIV MNL EN-TÊTE, 02P UMNL HDR ASSY R/A 94VO LF

1,66 $ ch.

(qté 2)

Stock allié # : 70087875

P1, P2

Connecteur TE Connectivity, coque souple ; MATE-N-LOK universel ; 2 ; Brancher; Nylon; Blanc; 19 A

0,25 $ ch.

(qté 2)

Stock allié # : 70083521

Contacts P1, P2

TE Connectivity Contact femelle universel MATE-N-LOK II, 24-18 AWG, or (30) sur nickel

1,26 $ ch.

(qté 4)

Stock allié # : 70041811

P3

Prise banane Pomona Electronics; fiche banane ; 15 A; Noir; Cuivre beryllium; 5000 Vrms

5,24 $

Stock allié # : 70197210

P4

Prise banane Pomona Electronics; fiche banane ; 15 A; Rouge; Cuivre beryllium; 5000 Vrms

5,24 $

Stock allié # : 70197211

Vis Q1

APM Hexseal Hardware, Phillips Pan Head Seelskrew, 1 pouce, taille de filetage 6-32, SS

0,51 $ ch.

(qté 2)

Stock allié # : 70156385

Vis J1, J2

APM Hexseal Hardware, Phillips Pan Head Seelskrew, 1/2 pouce, taille de filetage 6-32, SS

0,43 $ ch.

(qté 4)

Stock allié # : 70156382

Écrous Q1, J1, J2

Écrou Keystone Electronics; Filetage hexagonal 6-32 ; Acier; Usiné ; DE .250

0,070 $ ch.

(qté 10)

Stock allié # : 70279752

Rondelles de blocage Q1, J1, J2

Cosse de borne électronique Keystone ; rondelle-frein ; Laiton, fer-blanc ; Longueur .875 ; Taille du trou #6

0,120 $ ch.

(qté 6)

Stock allié # : 70386216

[Toutes les images via Paul Rako, sauf indication contraire]

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