Projets:Perso:2012:AdvancedDC

Advanced DC motor Controller
Auteur	Crafty
Lieu d'utilisation final	Electrolab
Utilisateur final	divers gens
Type de projet Projet personnel de Crafty

Projet Advanced DC motor Controller

Le principe est de réaliser un Contrôleur de moteur DC qui permette l'utilisation du moteur au maximum de ses capacités sans l’endommager. Le contrôleur est prévu pour fonctionner avec des moteurs de 12 à 48 Volts DC pour une puissance nominale de 300W En cas de besoin, plusieurs contrôleurs peuvent être montés en // pour augmenter la puissance disponible. La synchronisation des contrôleurs étant automatique.

Présentation

• Objectif : Tirer le meilleur parti d'un moteur DC sans le cramer. Autoriser l'utilisation de tensions plus élevées que la tension nominale d'un moteur en surveillant en temps réel la puissance qu'il dissipe.

Caractéristiques/Whishlist

• Puissance de sortie nominale : 300W
• Tension d'entrée 24V
• Tension de sortie 0-60V
• Courant de sortie 0-15A (en fait, c'est 15A @ 24V et 5A @ 60V)
• Montage possible de plusieurs contrôleurs en // avec un maître et plusieurs esclaves
• Protection contre les courts-circuits, les sur tensions, les sous tensions, la surchauffe.
• Robustesse maximale du système vis à vis des opérations de l'utilisateur
• Protections hard :
  • limite de courant + intégrateur
  • Un vrai mode "Roue libre" qui ne ré-alimente pas tout le circuit lorsqu'on fait tourner le moteur à la main
  • Toutes les entrées / sorties protégées contre les sur-tensions et les courts circuits
  • Surchauffe contrôleur
• Protections Soft :
  • Surchauffe moteur
  • Gestion d'un ou deux ventilateurs
• Commande aisée via contacts secs / potentiomètres
• Interface de configuration serielle ?
• Commande du moteur en vitesse / couple
• Design open source / PCB réalisable au lab.

Principe de fonctionnement

Le principe de ce hacheur est de générer une tension élevée (60V) à partir des batteries de 24V à l'aide d'un hacheur de type boost. Une fois cette tension obtenue et stabilisée, un autre hacheur de type buck permet de contrôler précisément l'énergie envoyée au moteur. Pour s'assurer de ne pas détruire le moteur, le système de régulation veille à ne pas dépasser la puissance max du moteur pendant un trop long laps de temps. Le système effectue donc en permanence des mesures de tensions / courants pour calculer la puissance instantanée et limiter le courant en fonction.

Organisation générale

Organisation interne

Schéma de base

Schéma global

TODOs

ETAPE 0 : Prototype alpha (en cours) =

Tous les fichiers kicad du prototype Alpha sont disponibles Ici

Cette étape permet de tester les différents sous systèmes et de valider leur fonctionnement individuel. 
Un premier prototype plus ou moins fonctionnel de contrôleur moteur devrait voir le jour.

Le premier PCB a été tiré au lab (le 17/07/2012)

Premier routage

Premier tirage du PCB

La soudure des composants par refusion n'a pas fonctionné, le vernis épargne a cloqué lors de la montée en température. Peut être est-ce dû à la lamination sous l'eau ?

Un second PCB est tiré le 24/07/2012 et sera cette fois ci soudé à la main.

Les principaux composants de la partie hacheur survolteur ont été soudés mais le survolteur ne se comporte pas correctement. Il y a probablement un souci sur les boucles de contre réaction (mesure de courant) car le courant de sortie du hacheur est limité à une centaine de mA. Les investigations sont en cours.

ETAPE 1 : Tests et validation de prototype alpha

Corrections à apporter sur le PCB

• changer les empreintes de D2 D3 D5 pour des plus grandes
• changer l'empreinte de U2
• changer les empreintes de Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 pour des plus grandes
• changer les empreintes de D11 D12 pour des plus grandes
• changer les empreintes de C4 C7 C13 pour des plus grandes
• Utiliser les deux diodes présentes dans D11 et D12 pour améliorer la dissipation thermique
• Supprimer le plan de masse autour des connecteurs +