Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Mostki H o małych spadkach sterowane PWM

Xweldog 28 Jul 2009 21:21 3871 5
  • #1
    Xweldog
    Level 30  
    Popularna L293D powstała 15lat temu i odstaje od dzisiejszych czasów. Ma duże spadki i słabo się nadaje do ciągłego napędzania silników powyżej 0,5A, zwłaszcza przy małych Uz. Stosowane przez niektórych układy serii TC44xx czy tp. mają Rds ok. 2Ω i łatwo policzyć wnoszone przez nie straty. Są mostki 30A ale drogie i trudne do zdobycia. Ale nie zetknąłem się z mostkami H dla prądów rzędu Amperów ze spadkami rzędu mV. Takie układy można zrobić samemu. Bazowałem na MOS-ach tanich i łatwo dostępnych. Wszystkie przykłady są do sterowania wprost z uPC i podzieliłem je na 3 grupy:
    - SMD do modeli / robotów z małym Uz do sterowania silniczków do 2A
    -12V do silników większej mocy
    -24V i większe
    Idealny mostek powinien zapewnić podłączanie bez żadnych spadków. Dlatego przy wyborze MOS-ów w pierwszej kolejności należy zwracać uwagę by miały jak najmniejsze Rds. Spotkałem opinie, że jakiś jest "za mocny". Nie ma takiego pojęcia, nawet do silnika pobierającego 1A lepiej dać MOS-a z Id 100A niż 20A. Zwłaszcza, że różnice cenowe są minimalne. Co do Uds radzę dwukrotny zapas w stosunku do użytego Uz. Np. IRL3803 nie nadaje się do silnika zasilanego z 24V, trzeba dać np. IRL2505. By zapewnić dobre wysterowanie z uPC wejściowe MOS-y muszą być low Ut. Ut mówi, przy jakim dany MOS zaczyna przewodzić ale zadowalająco małe Rds osiąga dopiero kilka V powyżej. A minimalne powyżej Ugs 10V. W ostateczności można stosować z Ut do 4V. Przy 5V na bramce zamiast np. 20mΩ będą miały np. 200 ale podgrzane prądem przesuną sobie charakterystykę w "low Ut" ( ten dryft jest sporym problemem przy MOS-ach impulsowych stosowanych jako audio ale tu jest korzystny ).
    Zamieszczone przykłady można używać przy innych Uz niż w schematach. Praktycznie bez zmian ( ew. zwiększyć R ) nadają się do 18V. Dla wyższych trzeba zabezpieczyć bramki diodami Zenera i dodać R. Podałem pod dwa przykłady: bez i z hamowaniem. Od użytkownika będzie zleżało jak je wykorzysta. Wątpliwości mogę wyjaśnić ale radzę słabsze MOS-y włączać na stałe a kluczować mocniejsze. Np. w IRF7319 słabszy jest P, 4905 jest słabszy od 3205.
    Przeciętna wydajność Q z uPC to 20mA, Uz 5V co daje Rg=250Ω. Nie oznacza to że wciąż będzie pobierane 20mA. Po naładowaniu bramki ten prąd spadnie do zera. Dla Ciss np. 3nF po ok. 750ns ale to jest zawyżone. Gdyż Ciss maleje ze wzrostem Ugs. Ponieważ repetycje z PWM są w ms zbędne jest wstawianie tu driverów. Tym bardziej, że nawet przyjmując zawyżone 750ns to opór drenu zmienia się od ∞ do mΩ w krótkim wycinku tych 750ns. Gdyż stosowane MOS-y mają dużą forward transcondutance. Oznacza ona: o ile wzrośnie Id gdy Ug zwiększy się o 1V.
    Dla MOS-ów z małym Ciss ( BS170, 2N7002 ) Rg można znacznie zmniejszyć.
    Nie ma obawy, że w mostkach bez hamowania będą się włączały oba MOS-y P: jeden wprost a drugi przez silnik. Prąd bramki drugiego będzie opóźniany przez L silnika. Nim dotrze, jego GS zewrze MOS sterowany bezpośrednio.
    Odradzam mostki bipolarne. Zwłaszcza do urządzeń zasilanych z małych accu gdzie ważny jest każdy mA. MOS-owe nie pobierają praktycznie nic. Niskonapięciowe bipolarne nie mają diod między CE, każdemu trzeba taką dodać. A wszystkie MOS-y są z nimi zintegrowane i mostek na nich potrzebuje mniej elementów. Nie mniej, spotyka się schematy w których te diody są zbędnie dodawane również do MOS-ów.
    MOS- mają ważną zaletę gdy trzeba sterować dużymi prądami. Dowolną ich ilość można łączyć równolegle bez żadnych R wyrównawczych. Ponieważ wtedy sumują się Ciss, warto w Rg dać pnp. Mostki MOS-owe są lepsze nie mniej załączam też schematy na 4-rech i 6-ciu bipolarnych. Tym bardziej że na forach krąży schemat na 6-ciu z błędami.
    Obudowę silnika zawsze należy łączyć z masą. Na przewody zasilające warto nałożyć ferrytowe tulejki / pierścionki - zwłaszcza przy większych prądach. Elementy odkłócające wlutować jak najbliżej miejsca powstawania zakłóceń. Najlepiej na pinach silnika. Podałem symbole, konkretne wartości transili musi wybrać użytkownik stosownie do Uz i prądu silnika. Ale, na wyrost będzie danie 1,5kilowatowego 1,5KExx do silnika pobierającego np. 0,5A z 7,4V. I odwrotnie, P6KExx do silnika 10A z 24V. Zamiast transili można dać przeciwsobnie diody Zenera 5W. Ale transile i Zenerki "nie istnieją" poniżej swych progów i podczas pracy silnika uPC może fiksować. Przeciwdziałać może dodanie w/w np. 100nF szeregowo ze 100Ω. Można też spróbować kluczować oba MOS-y. Wtedy przepięcia będą się wytracać w innych miejscach co może dać poprawę.
  • #2
    FastProject
    Level 28  
    Wreszcie ktoś przystępnie próbuje wytłumaczyć działanie mostków H. Dzięki.

    Mam uwagę, dobrze było by, abyś opisał gdzieś na końcu skróty parametrów i gdzie się one w tych MOSFET-ach znajdują (np Ciss, lub Ut). Coś w formie legendy, alby początkujący wiedzieli czego szukać w dokumentacjach tranzystorów.

    Pytanie, jak wpływa połączenie takie niekonwencjonalne podłączenie diod w bramkach?.
    Mostki H o małych spadkach sterowane PWM
    Niekonwencjonalne bo sporo przejrzałem schematów mostków, ale takiego połączenie nie widziałem.
  • #3
    Xweldog
    Level 30  
    Ja też nigdy nie zetknąłem się z takimi rozwiązaniami. Nie podobało mi się że wszystkie sterowania są 4-rema kanałami - osobno każdy do każdego MOS-a ( czy IGBT ). Po co, skoro na mostki można patrzeć jak na dwie przekątne i sterować tylko dwoma. A zająć się sprzężeniem między sobą odpowiedniego "dolnego" z "górnym". I takie patrzenie nijako samo podpowiadało inne proste zależności.
    Większość zwraca uwagę na tylko na ewidentne parametry jak Uds, Id, Rds, P ( sądzę, że tych skrótów nie muszę objaśniać ). Ale diabeł tkwi w szczegółach. Prócz tych elementarnych których nie można pominąć w MOS-ach istotne są:
    pojemność bramki Ciss - to jest pojemność złącza GS ( Gate - bramka, S - source - źródło ), wejściowa, popularnie "bramkowa". Na nią trzeba zwracać uwagę w MOS-ach większej mocy gdyż im większy Id tym większa Ciss ( w nF ). Zignorowanie jej może skutkować uszkodzeniem stopnia sterującego.
    Rg - rezystor gate / rezystor bramkowy. Rezystor "bezpiecznik" umożliwiający bezpieczne połączenie bramki MOS-a ze stopniem sterującym
    Ut -( treshold / przejście ) napięcie od którego dany MOS przechodzi z nie / w przewodzenie. Podawane jest z dość dużym rozrzutem, np. "od 2 do 4V". Mocno zależy od temperatury.
    Co do diod. W każdym mostku najbardziej opłakane w skutkach jest włączenie MOS-ów znajdujących się "nad" i "pod" sobą. Krótkie zwarcie Uz i po MOS-ach. Wpadłem na pomysł. że uniemożliwia to danie diod. Włączany np. lewy ma swym drenem włączyć prawego "górnego" z którym tworzy przekątną mostka. A ten "górny" bardzo by nie lubił, gdyby z dowolnego powodu ( zakłócenie, błąd z uPC ) włączył się będąc pod nim prawy dolny. Taki przypadek uniemożliwia dioda. Tych diod nie musi się dawać, można z nich zrezygnować ale to już nie będzie mostek przemyślany przez mnie tylko typowy.
  • #5
    Xweldog
    Level 30  
    Wiem, skierował mnie tam jeden z forumowiczy Elektrody używający "argumentu" że zły układ na 6-ciu bipolarnych jest dobry i jest stamtąd ( jak widzę, na Diodzie nikt nie ma zamiaru poprawić ewidentnych błędów ). Do swych doszedłem z drugiej strony - adaptowałem zasady z mych mostków na wysokie napięcia d.mocy na IGBT do niskich napięć i prądów. Np. to banalnie proste wstawianie diod tak, by nigdy nie było możliwości destrukcyjnego zwarcia. No i mostki z hamowaniem.
  • #6
    MARIUSZ R
    Level 28  
    Posiada może ktoś z kolegów PCB tego mostka . Chodzi mi o wersję 24volt.