Sistema de control de motor para trenes LGB

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Actualmente estoy experimentando con algunos circuitos de control de motores para mi tren de jardín. He pasado mucho tiempo tratando de leer los conceptos básicos del control de motores, y también he hecho algunos prototipos. Finalmente me decidí por un diseño, pero tengo algunas preguntas diferentes que agradecería que alguien con experiencia me ayudara a responder.

La pregunta consta de dos partes: (a) una descripción general del sistema y (b) algunas preguntas sobre el diseño. Soy consciente de que esta es una pregunta compuesta, pero no pude encontrar una manera significativa de dividirlos.

Descripción general del sistema

La idea es construir un sistema de control de ferrocarril de jardín simple. El jardín a mano es pequeño, remotamente colocado. La única fuente de energía serán las baterías que traigo. El diseño también se automatizará con el tiempo, pero las locomotoras se controlarán manualmente, probablemente a través de un enlace de radio.

Figura:

Lapistaseutilizarácomounbusdealimentación:unabateríaLiPoodosbateríasdeautomóvilenserieseconectaránalrielparaproporcionarenergíaatodoelmaterialrodante,yenelfuturo,laslámparas,losinterruptores,etc.

Laslocomotorastomaránenergíadelapista,perorecibiráncomandosdelmotoratravésdelaradio.Enelfuturo,seesperaquelaslocomotorasesténcompletamenteautomatizadas.

LocoControl

Cadalocomotoraestaráequipadaconunpequeñocircuitodecontrol.ElpropósitoespodertantoaccionarelmotordeCCcomocontrolarelvariador.ElcontroladorestácentradoalrededordeuncircuitodepuenteH(elL6202)yelcontrolalrededordeunmicrocontrolador(elATmega328).

Figura:

Como se desconoce cómo se ha colocado la locomotora en la pista, un rectificador es el primero en la línea que nos da una línea de alimentación de CC inicialmente. Esta potencia se alimenta luego a dos reguladores de voltaje diferentes. Una es apoyar el ATmega328 y la solución de radio que se elija, y la otra es apoyar el controlador del motor.

Preguntas

Ahora que he explicado el sistema completo, aquí están las preguntas:

  1. El regulador de voltaje para el microcontrolador (LM2937) deberá reducir el voltaje de aproximadamente 20V DC a 5V DC. Supongo que la mayor parte se convertirá en calor. ¿Hay alguna forma de evitar esto?

  2. El microcontrolador no consumirá mucha corriente, pero el motor lo hará, y supongo que podría haber ruido y transitorios al arrancar y detener el motor. ¿Debo proteger el microcontrolador (o su regulador de voltaje) de esto? Si es así, ¿cómo?

  3. ¿Cómo puedo proteger un LiPo de cortocircuitos u otros problemas? No quiero ningún fuego de LiPo.

Supongo que esas son las preguntas más importantes. Tengo muchas preguntas cortas, pero creo que las grandes preguntas. Si detecta algún otro problema o mejora, hágamelo saber.

    
pregunta David Pettersson

2 respuestas

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No me preocuparía por las pérdidas del regulador de voltaje del microcontrolador. Sí, la mayor parte de la energía va a hacer calor. Pero, la corriente que necesita el microcontrolador será tan pequeña en comparación con los motores que probablemente no merezca la pena preocuparse. Para obtener más detalles sobre cómo calcular la cantidad de calor que habrá, consulte Mi regulador de voltaje lineal se está sobrecalentando muy rápido .

Yo sugeriría dejar caer el regulador de voltaje para los motores. Un motor impulsado por PWM ya es un convertidor tipo , por lo que siempre que no exceda el voltaje máximo del controlador, es probable que esté seguro. La clasificación de voltaje para los motores suele ser el máximo continuo que pueden tomar, pero el pico de voltaje es mucho mayor, limitado básicamente por el aislamiento de los devanados. Mientras el controlador de su motor esté haciendo su trabajo de limitar la corriente, y por lo tanto la potencia y el calor, al motor, un motor de mayor voltaje está bien. Agregar un regulador al sistema solo lo hace más ineficiente.

El motor generará ruido. Redúzcalo incluyendo muchos capacitores de derivación, desde los pequeños alrededor de cada IC, hasta los grandes para alimentar el motor. Además, organice su PCB y los cables para minimizar el área del bucle a través del cual viaja la corriente del motor. Esto minimizará la inductancia de ese bucle y, por lo tanto, reducirá su acoplamiento inductivo a todo lo demás en su circuito. Recuerde que la corriente del motor fluye no solo a través del suministro positivo sino también a tierra. Mantenga estas corrientes alejadas del suelo del microcontrolador. Su motor es lo suficientemente pequeño como para que no necesite medidas extraordinarias más allá de un buen diseño y práctica estándar para mantener el ruido a niveles razonables. Tengo una respuesta anterior sobre ruido con más detalles. Además, un regulador lineal generalmente tiene un mejor rechazo del ruido de la fuente de alimentación que un convertidor Buck: otra razón para retener el regulador de 5V.

No soy suficiente experto en baterías para abordar sus inquietudes más allá de los consejos básicos, como incluir un fusible. Esto parece algo que podría dividirse fácilmente en una pregunta aparte y obtener un buen consejo, si después de realizar una investigación básica necesita más aclaraciones.

    
respondido por el Phil Frost
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  1. Use un convertidor reductor para evitar la pérdida de energía al disminuir el voltaje. Dimension Engineering tiene algunos buenos módulos y una excelente introducción aquí .

  2. Depende de su regulador específico, pero lo más fácil es poner algunos condensadores tanto en la fuente de alimentación del motor como en los rieles electrónicos sensibles.

  3. Un fusible es el método de protección más fácil, pero requiere que lo reemplace cada vez que los rieles estén cortocircuitados. Un disyuntor de CC protegerá sus baterías y podrá reiniciarse después de un corto.

respondido por el srlm

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