дравствуйте, уважаемые читатели!
Представляю вам очередной обзор продукции китайской электронной промышленности, на этот раз у меня на столе плата для ШИМ-управления двумя коллекторными двигателями 3-36V с реверсом.
Я предварительно планирую использовать её для управления 12-вольтовыми линейными приводами форточек и дверей в теплице в новой версии контроллера. Поэтому данная статья в первую очередь шпаргалка для меня самого. Почему я не хочу интегрировать мосты на основную плату? Потому что в случае неисправности заменить плату мостов на подменную гораздо проще и быстрее, чем ремонтировать её (но нужно иметь замену, конечно).
Технические характеристики
Производитель заявляет следующие данные:
- Напряжение питания логики – 5В
- Уровни TTL логики управления – 5В
- ШИМ модуляция скорости вращения – от 0% до 99%
- Возможность смены направления движения
- Напряжение питания нагрузки – от 3 до 36В
- Ток нагрузки максимальный – 15А
- Кратковременный допустимый ток – 30А
- Размеры 60 х 110 мм
Если будете заказывать данную плату, обратите внимание на то, что в продаже имеется две версии. На другой, “усовершенствованной”, версии в центре платы имеется еще один “электролит”, и немного изменена схема преобразователя напряжения. По слухам, новые платы не всегда работают, но проверить я это не могу.
Плата имеет два идентичных друг другу канала управления, поэтому можно управлять сразу двумя электродвигателями. На входе установлена обычная стандартная гребенка, которая не отличается высокой надежностью в процессе эксплуатации. Поэтому я впоследствии заменю ее на разъем XH2.54, ибо они мне нравятся гораздо больше.
На плате тут и там видны следы неотмытого флюса, особенно на оборотной стороне. Разъемы и силовые элементы паяются вручную.
На нижней стороне отсутствуют два диода D2 и D4 (см. схему ниже). Силовые дорожки снизу “усилены” припоем, но на верхней стороне такого нет – только луженая медь.
Некоторые микросхемы явно допаивали вручную:
Схема
Разумеется, никто не предоставляет никаких datasheet-ов и схем на данную плату, поэтому мне пришлось сделать реверс-инженеринг и нарисовать её самому. Надеюсь, я нигде не напутал.
Основная логика
Каждый из двух каналов имеет похожую схему, которая включает в себя логику управления и по две микросхемы драйвера моста, которые в свою очередь, управляют ключевыми MOSFET-транзисторами.
На входе установлена микросхема 74HCT02D, которая содержит в себе четыре 2-входовых вентиля NOR (“2ИЛИ-НЕ”). Входы имеют ограничительные диоды защиты.
С моей точки зрения очень жаль, что здесь установлена именно 74HCT02D, которая рассчитана на 5-вольтовую TTL-логику. Была бы 74HC02D (CMOS-уровни) – можно было бы напрямую подключать плату к ESP32. С другой стороны, на Ali есть отзыв, что сгоревшая из-за перегрузки плата утянула за собой и контроллер Arduino. Так что оптроны между микроконтроллером и этой платой точно не помешают, а ими же можно будет одновременно и согласовать логические уровни.
Два элемента используются просто как инверторы, на двух других реализована логика переключения направления движения мотора, в результате чего логические уровни на выходах 4 и 13 являются противоположными друг другу (противофазными).
Далее, этими сигналами запускаются два драйвера IGBT/MOSFET-полумоста на микросхемах L6384ED.
Эта микросхема имеет несколько уровней защиты от сквозного тока через ключевые транзисторы полумоста, в том числе функцию deadtime, настраиваемой через внешний резистор, подключенный к выводу DT/SD. Логические входы совместимы с CMOS/TTL логикой, что упрощает взаимодействие с управляющими схемами.
Интересно, что две микросхемы (в разных каналах по одной) оснащены вootstrap-диодами Шоттки D3 и D5, а две – нет.
Ключевые MOSFET-транзисторы
Собственно сам H-мост собран на N-канальных MOSFET-ах IRF3205:
Этот транзистор по даташиту допускает нагрузку до 55В и 75~110А, и имеет сопротивление в открытом состоянии 0.0065 Ом/66А, 10В. То есть с большим запасом. Но это характеристики оригинальных транзисторов. Какие установлены в данном случае – знает только производитель этих самых транзисторов, и, возможно, производитель платы. Кроме того, эти характеристики приведены для использования на массивном радиаторе с эффективным теплоотводом, чего нет в данном случае. Поэтому производитель платы ограничивает ток моторов на 15А.
Ну а я немного позже проверю, выдержат ли данные транзисторы ток 12В 6А без значительного нагрева, и дополню данную статью (на сайте, на дзене будет отдельная статья-дополнение).
Преобразователь напряжения
Так как для работы драйверов требуется напряжение 11,5~16В, на микросхеме MC34036A собран повышающий импульсный DC-DC преобразователь:
Меня только смутил резистор R7, по даташиту и схемам в интернете он должен быть номиналом 0,22 ~ 0.33 Ом. Здесь же мы видим маркировку 0 Ом, то есть “перемычка”. Впрочем, реальное сопротивление у этой перемычки вполне может быть эти самые 0,22 Ома.
При подаче питания на логику на выходе преобразователя тестер показывает выходное напряжение около 15 вольт.
Часть вторая: Испытания