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Projeto: RJMD-R2101 Driver de Motor MOSFET H-Bridge

Neste tutorial, exploraremos como controlar um motor DC usando o driver de motor MOSFET RJMD-R2101 H-Bridge. Este projeto demonstrará como utilizar efetivamente os MOSFETs IRFZ44N em conjunto com os drivers de porta IR2101 para controlar a velocidade e a direção do motor. Ao final deste guia, você terá uma configuração funcional de controle de motor que pode acelerar, frear e parar o motor suavemente.

À medida que avançamos, cobriremos os componentes de hardware necessários, as instruções de fiação e trechos de código de exemplo para esclarecer como tudo funciona em conjunto. Para uma representação mais visual, recomendo assistir ao vídeo associado (no vídeo às :15).

Hardware Explicado

Os componentes principais deste projeto são o driver de porta IR2101 e os MOSFETs IRFZ44N. O IR2101 é um driver de alta velocidade projetado para acionar MOSFETs de canal N em uma configuração de meio ponte. Ele permite uma comutação e controle eficientes dos MOSFETs, possibilitando que o motor funcione suavemente.

Os MOSFETs IRFZ44N atuam como os elementos de comutação que controlam a potência fornecida ao motor. Quando ativados pelo IR2101, esses MOSFETs podem lidar com altas correntes, fornecendo a potência necessária para acionar o motor. Juntos, esses componentes permitem um controle preciso sobre a direção e a velocidade do motor.

Detalhes da Ficha Técnica

• Assegure um dissipador de calor adequado para os MOSFETs para evitar superaquecimento.
• Use PWM para controle de velocidade para alcançar uma operação suave do motor.
• Verifique se a tensão de alimentação não excede as classificações do MOSFET.
• Garanta a polaridade correta ao ligar o motor para evitar danos.
• Use capacitores de desacoplamento perto da fonte de alimentação para estabilizar a voltagem.

Instruções de Fiação

Para conectar o driver de motor RJMD-R2101, comece ligando a fonte de alimentação. Conecte o pino VCC do driver a uma fonte de 5V. O pino GND deve ser conectado ao terra da fonte de alimentação. Em seguida, conecte os pinos de controle: o sinal PWM para o primeiro MOSFET deve ir para o pinoPWM1_HIN1_PIN(o que é o pino 9), e o pino de habilitação para o primeiro MOSFET deve se conectar aEN1_LIN1_PIN(pin 8). Para o segundo MOSFET, conecte o sinal PWM aPWM2_HIN2_PIN(pin 3) e o pino de habilitação paraEN2_LIN2_PIN(pin 2).

Certifique-se de conectar os terminais do motor às saídas apropriadas do H-Bridge. Se você estiver usando Arduino, conecte os pinos PWM aos pinos designados na placa Arduino. Por exemplo, conectePWM1_HIN1_PINpara o pino 9,EN1_LIN1_PINpara o pino 8, e assim por diante. Esta configuração permitirá que você controle o motor de forma eficaz.

Exemplos de Código e Passo a Passo

A seção do código inclui funções para controlar a velocidade e a direção do motor usando os pinos definidos. Abaixo está um trecho do esboço de controle do motor:

const int PWM1_HIN1_PIN= 9; // PWM pin for first MOSFET
const int EN1_LIN1_PIN= 8; // Enable pin for first MOSFET

Nesta parte, definimos os pinos usados para controlar o primeiro MOSFET. APWM1_HIN1_PINé usado para controle de velocidade, enquanto oEN1_LIN1_PINativa o driver do motor.

void Motor(boolean direction, int speed=0) {
    int speedPWM = map(speed, 0, 100, 0, 255);
    // Control motor direction and speed here
}

Esta função recebe umdirectionparâmetro para determinar se o motor deve girar no sentido horário ou anti-horário. Ospeedo parâmetro é mapeado para um valor PWM, permitindo um controle suave sobre a velocidade do motor.

void stop() {
    digitalWrite(EN1_LIN1_PIN, LOW); // Disable first MOSFET
}

Ostopa função desativa o motor definindo o pino de habilitação como baixo, efetivamente interrompendo qualquer fluxo de corrente através do motor. Isso garante uma parada rápida sem danificar os componentes.

Para o código completo, consulte o programa completo carregado abaixo do artigo.

Demonstração / O que Esperar

Quando a configuração estiver completa, você deve observar o motor respondendo aos comandos enviados pelo Arduino. O motor girará na direção especificada, e você pode ajustar a velocidade usando sinais PWM. Problemas comuns a serem observados incluem conexões de polaridade invertida, que podem fazer o motor funcionar na direção oposta, e entradas flutuantes que podem levar a um comportamento errático.

Durante os testes, você também pode notar a velocidade do motor mudando com base nos valores de PWM enviados. Certifique-se de que todas as conexões estejam seguras para evitar interrupções no fluxo de energia, o que pode afetar o desempenho (no vídeo às 05:45).

Marcas de Tempo do Vídeo

• 00:00- Introdução ao projeto
• 02:15- Visão geral dos componentes de hardware
• 05:45- Demonstração de controle motor
• 08:30- Demonstração e explicação do código

Imagens

RJMD-R2101 Driver de Motor MOSFET H-Bridge 0

RJMD-R2101 Driver de Motor MOSFET H-Bridge 1

RJMD-R2101 Driver de Motor MOSFET H-Bridge 2

RJMD-R2101 Driver de Motor MOSFET H-Bridge 3

RJMD-R2101 Driver de Motor MOSFET H-Bridge 4

RJMD-R2101 Driver de Motor MOSFET H-Bridge 5

Arduino wiring for H-bridge IR2101 with IRFZ44N

RJMD-R2101 Driver de Motor MOSFET H-Bridge 0

RJMD-R2101 Driver de Motor MOSFET H-Bridge 1

RJMD-R2101 Driver de Motor MOSFET H-Bridge 2

RJMD-R2101 Driver de Motor MOSFET H-Bridge 3

RJMD-R2101 Driver de Motor MOSFET H-Bridge 4

RJMD-R2101 Driver de Motor MOSFET H-Bridge 5

Arduino wiring for H-bridge IR2101 with IRFZ44N

/*
 * Esboço de Controle de Motor IR2101  
 * Controla motor DC com velocidade, freio e parada  
 * Mosfets IRF44ZN usados para lado alto e lado baixo.  
 * Driver de porta IR2101 usado para acionar os MOSFETs.  
 * Você pode obter o código, o arquivo gerber para PCB produzir e o diagrama de fiação em http://robojax.com/RJT390  
 * 
 * escrito por Ahmad Shamshiri em 19 de novembro de 2024  
 * www.Robojax.com https://youTube.com/@robojax
 */
const int PWM1_HIN1_PIN= 9; // deve ser uma pinta com ~
const int EN1_LIN1_PIN= 8;

const int PWM2_HIN2_PIN= 3; // deve ser uma pinta com ~
const int EN2_LIN2_PIN= 2;

const boolean CW =1;
const boolean CCW =0;


void Motor(boolean, int); // protótipo
void brake(); // protótipo
void stop(); // protótipo

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(PWM1_HIN1_PIN, OUTPUT);
  pinMode(EN1_LIN1_PIN, OUTPUT);

  pinMode(PWM2_HIN2_PIN, OUTPUT);
  pinMode(EN2_LIN2_PIN, OUTPUT);

}

void loop() {
  Motor(CW, 100);
  delay(5000);

  brake();
  delay(3000);

  Motor(CCW, 100);
  delay(5000);

  stop();
  delay(3000);

  Motor(CCW, 50); // em CW a 50% de velocidade
  delay(5000);

  brake();
  delay(3000);
  for(int i=0; i<=100; i++)
  {
    Motor(CCW, i);
    delay(100);
  }
  delay(3000);
  for(int i=100; i>=0; i--)
  {
    Motor(CCW, i);
    delay(100);
  }
  brake();
  delay(3000);
}


void stop()
{
    Serial.println ("=== Stop");
    digitalWrite(EN1_LIN1_PIN, LOW);
    digitalWrite(PWM1_HIN1_PIN, LOW);
    digitalWrite(EN2_LIN2_PIN, LOW);
    digitalWrite(PWM2_HIN2_PIN, LOW);
}
void brake()
{
    Serial.println ("=== Brake");
    digitalWrite(PWM1_HIN1_PIN, HIGH);
    digitalWrite(EN1_LIN1_PIN, LOW);
    digitalWrite(PWM2_HIN2_PIN, HIGH);
    digitalWrite(EN2_LIN2_PIN, LOW);
}


void Motor(boolean direction, int speed=0)
{
  int speedPWM = map(speed, 0, 100, 0, 255);
  Serial.print("Speed: "); Serial.print (speedPWM);
  Serial.print("(");Serial.print(speed);Serial.print("%)");


  if(direction){
   Serial.print(" dir: ");Serial.println ("CW");

    analogWrite(PWM1_HIN1_PIN, speedPWM);
    digitalWrite(EN1_LIN1_PIN, HIGH);

    digitalWrite(PWM2_HIN2_PIN, LOW);
    digitalWrite(EN2_LIN2_PIN, LOW);

  }else{
    Serial.print(" dir: ");Serial.println ("CCW");

    digitalWrite(PWM1_HIN1_PIN, LOW);
    digitalWrite(EN1_LIN1_PIN, LOW);

    analogWrite(PWM2_HIN2_PIN, speedPWM);
    digitalWrite(EN2_LIN2_PIN, HIGH);
  }

}