Un rápido

Personal de DN | 31 de octubre de 2016

Hace años, mi amigo Steve Titus quería experimentar con algunos diseños de rotores de drones. Necesitaba un controlador de motor simple que pudiera operar de 8 V a 12 V y entregar amperios de corriente a un motor de CC utilizado en aviones controlados por radio (Figura 1).

Saqué un diseño basado en el clásico chip TL494 PWM (modulación de ancho de pulso) (Figura 2 ). Este chip de Texas Instruments es una segunda fuente de ON Semi, entre otros. Los distribuidores llevan el chip en pequeñas cantidades con un precio de 24 centavos en 1000 a 60 centavos cada uno (2016). Aprendí a amar este chip cuando consulté a Teledyne. Diseñé fuentes de alimentación para bloqueadores de radar en aviones de combate F-16. El TL494 viene en un paquete DIP de cerámica para que pueda usarlo en proyectos de especificaciones militares o para aplicaciones industriales ultra confiables. En estos días, diseñaría en un SOIC por el tamaño pequeño y la resistencia a las vibraciones. La pieza incluso viene en TSSOP para microminiaturización.

Para obtener el gran amperaje que necesitaba Steve, hice que el chip manejara un gran transistor PNP Darlington de lata de metal TO-3 que puede manejar 100V y 16A. Dado que la inductancia del motor y los cables conectados a él podrían generar picos de conmutación incluso superiores a 100 V, es necesario colocar un diodo de abrazadera robusto a través del motor (figura 3).

Figura 4; El circuito aplica pulsos al motor (rojo). Esto se basa en que el voltaje de control alcanza un umbral establecido (amarillo). La corriente en el motor sube a 4 amperios y luego cae durante el tiempo de inactividad (verde). Las pequeñas oscilaciones en la corriente se deben a la inductancia del motor y el cableado que interactúan con la capacitancia del diodo de amortiguamiento.

El control de la velocidad del motor se realiza cortando el voltaje de entrada de CC en pulsos de ancho variable. Escogí C3 y R5 para dar una frecuencia de operación de 8.7kHz. Si el IC no corta en absoluto, aplica voltaje completo de batería al motor. Si aplica pulsos breves y estrechos al motor, el voltaje promedio es bajo y el motor funciona lentamente (Figura 4 ). Con pulsos que son extremadamente estrechos, no se aplica voltaje al motor y deja de girar. Sin carga en el motor, la forma de onda de voltaje puede parecer irregular ya que la EMF (fuerza electromotriz) trasera del motor crea voltaje como generador.

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Si bien puede parecer brutal aplicar estos pulsos al motor, recuerde que los motores funcionan con magnetismo y el magnetismo se genera con corriente, no con voltaje. Entonces, mientras el controlador aplica pulsos de voltaje, la inductancia del motor los convierte en rampas de corriente que son proporcionales al voltaje.

Para el diseño mecánico compré algunos disipadores de calor en un depósito de chatarra que ya estaban perforados para montar un transistor TO-3. Usé aislantes de mica y grasa térmica cuando los monté. Los pernos del montaje del transistor también se separaron y montaron la tarjeta de circuito. También recogí algunas ollas deslizantes de 10 kilo-ohmios en el depósito de chatarra. Diseñé el tablero en ProCAD. Para hacer la placa de circuito usé placas pre-revestidas a las que apliqué transparencias de mi impresora láser. Una vez que se expuso la fotorresistencia, los dejé caer en una bandeja de cloruro férrico calentado.

También pediría la placa de circuito impreso en un taller de fabricación de entrega rápida decente en lugar de jugar con material de placa de circuito impreso fotorresistente, transparencias y cloruro férrico. En algún momento es más fácil tener los tableros hechos, especialmente ahora que sé que el diseño básico funciona bien.

Otro arrepentimiento que aprendí de la manera difícil. Una vez diseñé un prototipo con piezas de desguace para entregárselo al cliente lo antes posible. Le encantó y pidió 50 más. Cuando volví al depósito de chatarra no tenían esas cantidades disponibles. No tenían idea de dónde conseguir más de las mismas piezas. Ahora me quedo con distribuidores de línea principal como Allied, por lo que sé que puedo obtener todas las piezas que necesito, no son falsificaciones, y mis compañeros ingenieros y piratas informáticos pueden pedir exactamente las mismas piezas. La reproducibilidad es una parte esencial del método científico. La lista de materiales (BOM, por sus siglas en inglés) a continuación tiene piezas disponibles en lugar del disipador de calor, la olla y otras piezas de este prototipo.

Mi último arrepentimiento es no dejarle muy muy claro a mi amigo Steve que todos saben que el cable rojo va al terminal positivo de la batería de 12 voltios. Rápidamente lo conectó al revés y explotó uno de los prototipos antes de cualquier uso (Figura 5 ). Afortunadamente he aprendido a hacer 3 prototipos. Dos que puedo comparar cambios de diseño y uno que Marketing roba y envía a un espectáculo en Kirghistan.

Haga clic aquí para descargar las instrucciones de construcción completas, incluidos los archivos ProCAD PCB y las versiones DXF y DWG.

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LISTA DE PIEZAS del controlador de motor de CC

Referencia del componente

Componente/Material

Costo

Fuente

Motor

Motor, imán permanente de cerámica de CC, pila larga, rodamientos de bolas, 24 VCC

$127.07

Número de inventario aliado: 70217726

Q1

TRANSISTOR, NTE250 PNP SILICIO DARLINGTON 100V IC=16A TO-3 CAJA

$8.74

Número de inventario aliado: 70215870

aislador Q1

Kit de montaje de transistor de disipador de calor RS Pro para TO-3

$1.83

Número de inventario aliado: 70637780

Grasa Q1

Grasa térmica Aavid Thermalloy, 2 onzas, Thermalcote

$10.82

Número de inventario aliado: 70115245

tarjeta de circuito impreso

Junta de Productos Químicos de MG; Revestido de cobre; 9 x 6 pulgadas; 1/16 de grosor; doble cara; presensibilizado

$ 21.50 (hace 4 PCB)

Número de inventario aliado: 70125853

grabador de PCB

MG Productos químicos Químicos; grabador de cobre de cloruro férrico; líquido de 17 onzas

$9.25

Número de inventario aliado: 70125782

D1

Diodo, rectificador de silicio MR752 6A 200V

$1.14

Número de inventario aliado: 70911267

U1

TL494 SWITCHMODE Modulación de ancho de pulso (¡nota: paquete SOIC!)

$0.27 c/u (20 minutos)

Número de inventario aliado: 70341601

Bote1

Potenciómetro Bourns, Panel de Control, Carbono, 100mm, 10 Kilohms, 20%

$3.91

Número de inventario aliado: 70155184

pomo de la olla

perilla deslizante RS Pro; Cuerpo: negro con indicador blanco; Eje de 1,2x4 mm

$0.39

Número de inventario aliado: 70644546

Disipador de calor

Disipador de calor Wakefield 423K; TO-3; 47C @ 50W; 2,625 pulgadas; 0.5C/W;

$20.79

Número de inventario aliado: 70236723

C1

Condensador; tantalio; 33 uF; Toque Serie; Radial; Caso J; 10%; 25V; 33 VCC; ESR de 1,2 ohmios

$2.18

Número de inventario aliado: 70195926

C2

Condensador; Cerámico; tapa 1uF; Tol 10%; Radial; Volt-Rtg 25V; Dieléctrico X7R

$0.770

Número de inventario aliado: 70096303

R1. R2

resistencia Vishay Dale; película metálica; 133 ohmios; 0,5 W; tol 1%; Axial; Militar (cantidad 2)

$0.44 c/u

Número de inventario aliado: 70200270

R3

RESISTENCIA PELÍCULA METÁLICA 1/4W 3.16K OHM 1% PLOMO AXIAL

$0.05

Número de inventario aliado: 70722839

R4

Resistor; película metálica; Res 1,13 kiloohmios; Pwr-Rtg 0,125 W; tol 1%; Axial

$1.02

Número de inventario aliado: 70205979

C3

Capacitor Nichicon Capa de película de poliéster 0.01uF 100V 10% Radial 6.5X10.5 LS 5mm

$0.142

Número de inventario aliado: 70188286

R5

resistencia Vishay Dale; película metálica; Res 19,1 kiloohmios; Pwr-Rtg 0,125 W; tol 1%; Axial; Militar

$0.09

Número de inventario aliado: 70200553

J1, J2

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

$1.66 c/u

(cantidad 2)

Número de inventario aliado: 70087875

P1, P2

Conector TE Connectivity, carcasa blanda; MATE-N-LOK universal; 2; Enchufar; Nylon; Blanco; 19A

$0.25 c/u

(cantidad 2)

Número de inventario aliado: 70083521

Contactos P1, P2

Contacto de enchufe universal MATE-N-LOK II de TE Connectivity, 24-18 AWG, oro (30) sobre níquel

$1.26 c/u

(cantidad 4)

Número de inventario aliado: 70041811

P3

Conector tipo banana de Pomona Electronics; enchufe de plátano; 15 A; Negro; Cobre de berilio; 5000 Vrms

$5.24

Número de inventario aliado: 70197210

P4

Conector tipo banana de Pomona Electronics; enchufe de plátano; 15 A; Rojo; Cobre de berilio; 5000 Vrms

$5.24

Número de inventario aliado: 70197211

Q1 tornillos

APM Hexseal Hardware, Phillips Pan Head Seelskrew, 1 pulgada, tamaño de rosca 6-32, SS

$0.51 c/u

(cantidad 2)

Número de inventario aliado: 70156385

Tornillos J1, J2

APM Hexseal Hardware, Phillips Pan Head Seelskrew, 1/2 pulgada, tamaño de rosca 6-32, SS

$0.43 c/u

(cantidad 4)

Número de inventario aliado: 70156382

Tuercas Q1, J1, J2

Tuerca electrónica Keystone; hexagonal 6-32 roscado; Acero; mecanizado; DE .250

$0.070 c/u

(cantidad 10)

Número de inventario aliado: 70279752

Arandelas de seguridad Q1, J1, J2

terminal de Keystone Electronics; arandela de seguridad; latón, hojalata; Longitud .875; Tamaño del agujero #6

$0.120 c/u

(cantidad 6)

Número de inventario aliado: 70386216

[Todas las imágenes vía Paul Rako, a menos que se indique lo contrario]

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