Podwójny mostek H dla silników DC v2.0

Cześć Wszystkim.
Chciałbym zaprezentować drugą odsłonę sterownika dla silników DC (wersja 1 link ). W wersji v1 najsłabszym elementem było w zasadzie PCB (długie, cienkie ścieżki, cienka folia miedziana, …?) i brak zintegrowanego mikrokontrolera, który by nadzorował pracę. Część mocy w zasadzie została ta sama (HIP4081 + IRF1405). Trudno o mosfety z lepszym stosunkiem cena/korzyść.


(Zdjęcia 1 i 2 są tymczasowe, później podmienię na aktualniejsze)

Co się zmieniło?
• Wbudowany mikrokontroler (ATmega168/328)
• Dodane zabezpieczenie temperaturowe
• PCB z foli miedzianej 70um

Jako sygnały wejściowe można podać póki co sygnał z odbiornika RC albo też z analogowego joysticka potencjometrycznego. Tryb jest automatycznie wykrywany, następnie (jeśli robimy to po raz pierwszy) trzeba skalibrować zakresy. Dane kalibracji są przechowywane w pamięci EEPROM. Dodatkowo jest alarm niskiego napięcia, ustawiony dla dwóch akumulatorów żelowych w szereg i alarm temperaturowy (szybkie piski) ustawiony póki co na ok. 65 stopni.

Na PCB są dwa otwory, do których można przykręcić przez dystanse wentylator 70x70mm (niestety tylko dwa otwory udało mi się upakować, po przekątnej, ale jest stabilnie).

Wyprowadzone jest też złącze ISP do programowania (dodatkowo są na nim dwie zworki [A], [B], które można później do czegoś wykorzystać) oraz UART (na zworkach hamulca i miksowania kanałów) do zabaw w przyszłości. Na razie UART służy do debugowania.

Zbudowałem go na napięcie nominalne 24V, jednak bardzo łatwo dostosować go do 36V. Troszkę więcej manewrów i mamy też 48V (przetwornica, mosfety, transile, …)

Schemat:


W załączniku plik eagle SCH+BRD.
Proszę uszanować moją pracę, trochę czasu poświęciłem za zaprojektowanie PCB i jeśli ktoś będzie chciał sobie wykonać takie płytki, to nie usuwać moich danych.

Póki co, konstrukcja sprawdza się bez większych (patrz ostatni punkt) zastrzeżeń. Robiłem trochę testów, z warunkami niekorzystnymi dla mostka z wykorzystaniem pojazdu na silnikach 2x250W, m.in.:
Link do filmu na vimeo (niestety, chyba się nie da wstawić tutaj tego odtwarzacza)
https://vimeo.com/164119433

Prąd mierzyłem ACS758+LCD+Arduino – niestety nie jestem w stanie określić, na ile ten pomiar jest ‘prawdziwy’. Jeśli ma ktoś pomysł, jak przetestować ten mostek, np. pod obciążeniem 20-40A przez 60 sekund – proszę napisać, spróbuję coś takiego zrobić.

I na koniec… co by można poprawić?
• Wkradł się kruczek i przy opisach wejść mam dwa razy I3 zamiast I1 (I1 jest ten obok O2), drugi kruczek to D3 trzeba wlutować odwrotnie, chyba, że znajdziemy diodę która ma anodę na pinie1, a na pinie2 katodę
• Szybszy procesor? Ta biedna ATmega musi chodzić na 12MHz, żeby udało się wygenerować PWM 24,5kHz (generuję 4 sygnały PWM, można by dodać zewnętrzną logikę i wtedy generować tyko 2 sygnały…). Trzeba było trochę pokombinować w sofcie, żeby przebieg na wyjściu procka był stabilny (potrafił się często rozsynchronizować). Podejrzewam o to przerwania (ADC, TOV i PCINT), są konieczne do zliczania impulsów w trybie odbiornika dla RC. Lepiej by było dać kwarc 16MHz, ale wtedy PWM miałby 32kHz – niepotrzebne grzanie mostka – trzeba przemyśleć, czy warto.
• Jeszcze grubsza folia miedziana…? Są firmy, które oferują folię 140um – czy warto?
• Gniazdo ‘zasilania’ – może bezpośrednio lutować przewody do PCB, żeby wyeliminować niepotrzebne straty cieplne – zależy od obciążenia.
• Radiator – dla silników 250W taki spokojnie, ale to spokojnie wystarcza. Można by zrobić takie hybrydy, że na daszek tego przykręcimy jakiś inny, żeberkowany
• Najważniejsze – czujnik prądu. Tego brakło tutaj całkowicie. Pomysł: próbkować prąd z dużą częstotliwością, jeśli jest większy niż maksymalny dopuszczalny to redukujemy PWM. Być może udało by się ocalić wtedy mostek od przypadków, gdzie wyjścia są fizycznie, przypadkowo zwarte lub też wał silnika zablokowany.
• Przetwornica 12V – może coś mniejszego, bardziej kompaktowego, szybszego… Opierałem się na sprawdzonym rozwiązaniu, chociaż mogłem zaryzykować.

PS. Mogę odsprzedać nadmiarową ilość płytek, którą musiałem zamówić.

edit 28.04 - dodane zdjęcia tyłu PCB

Witam,
projekt bardzo fajny, pokaż jeszcze drugą stronę płytki.

Czy nie lepiej dodatkowo pocynować ścieżki prądowe? Dzięki temu mamy ciut mniejszy opór i dodatkowo znacznie rośnie "pojemność" cieplna ścieżki.

Pozdrawiam

To taki drobny szczegół, ale czy te żółte konektory widełkowe nie były przypadkiem zaciskane kombinerkami? Na korpusie widać ślady po rowkowanych szczękach. Przy niedokładnym zaciśnięciu na połączeniu konektor-przewód przy dużych prądach mogą być problemy.

pako8420 wrote:

projekt bardzo fajny, pokaż jeszcze drugą stronę płytki.

Pod koniec tygodnia podmienię pierwsze zdjęcia i dodam też spód płytki.

pako8420 wrote:

Czy nie lepiej dodatkowo pocynować ścieżki prądowe? Dzięki temu mamy ciut mniejszy opór i dodatkowo znacznie rośnie "pojemność" cieplna ścieżki.

To trochę nieelegancki sposób, ale skuteczny. Nie chciałem dodatkowo narażać wyjść na zwarcia, ale chociaż od spodu, gdzie jest zasilanie i masa można by to zrobić.
W każdym razie już (chyba) soldermaski nie zdrapię.

fuczek wrote:

To taki drobny szczegół, ale czy te żółte konektory widełkowe nie były przypadkiem zaciskane kombinerkami? Na korpusie widać ślady po rowkowanych szczękach. Przy niedokładnym zaciśnięciu na połączeniu konektor-przewód przy dużych prądach mogą być problemy.

Gratuluję spostrzegawczości. Niestety, to prawda, to jest rozwiązane tymczasowe, wolę lutować przewody bezpośrednio do PCB, ale trzeba będzie kiedyś zainwestować w zaciskarke.

Bardzo ładne wykonanie. Trochę estetykę psują te podkładki, które jak gdyby były za duże i nawet w jednym przypadku zachodzą na siebie. Nie wiem tylko co to za nierówna i pokrzywiona blaszka dokręcona z boku tej kostki.

mkrysz8 wrote:

To trochę nieelegancki sposób

Ten nieelegancki sposób jest powszechnie stosowany w przeciętnym wzmacniaczy CA czy właśnie podobnych regulatorach silników dla rowerów itp Generalnie samo cynowanie poza pojemnością cieplną praktycznie nic nie zmienia ponieważ sama rezystancja ścieżki jest znacznie niższa niż rezystancja znajdującej się na niej cyny (chyba, że źle kojarzę). Chcąc uzyskać prawdziwy efekt wzmocnienia prądowego należy przylutować do ścieżek prądowych grube druty miedziane

krzysztofh wrote:

Nie wiem tylko co to za nierówna i pokrzywiona blaszka dokręcona z boku tej kostki.

Tam była dioda D3 - musiałem ją wylutować, bo pomyliłem pinout. (napisałem o tym pod koniec). I została po niej sama podkładka silikonowa. (Muszę podmienić to zdjęcie).

Karol966 wrote:

Ten nieelegancki sposób jest powszechnie stosowany w przeciętnym wzmacniaczy CA czy właśnie podobnych regulatorach silników dla rowerów itp

Co nie zmienia faktu, że jest to nieelegancki sposób Ale wiadomo, jeśli ma coś być skuteczne, to nie o to chodzi.

Karol966 wrote:

Generalnie samo cynowanie poza pojemnością cieplną praktycznie nic nie zmienia ponieważ sama rezystancja ścieżki jest znacznie niższa niż rezystancja znajdującej się na niej cyny (chyba, że źle kojarzę).

Tutaj się mylisz. To tak, jakby wziąć dwa przewody o takiej samej długości, ale różnych rezystancjach i połączyć je równolegle. Z połączenia równoległego wynika, że rezystancja wypadkowa jest zawsze mniejsza, niż mniejsza ze składowych.

Tutaj jest to potwierdzone:

Link


W skrócie: cienka warstwa cyny - spadek rezystancji ścieżki o 17%, grubsza warstwa - spadek o prawie 50% (!).

Co to za element, "wiszący" na kablach?

Bardzo fajny projekt, podziwiam za wykonanie.

Frog_Qmak wrote:

Co to za element, "wiszący" na kablach?

Czujnik halla (tutaj czujnik prądu, np ACS758).

pako8420 wrote:

projekt bardzo fajny, pokaż jeszcze drugą stronę płytki.

Dodane do pierwszego postu.

Frog_Qmak wrote:

Co to za element, "wiszący" na kablach?

Dokładnie j.w, ACS758 - zrobiłem sobie na nim + LCD + Arduino prosty amperomierz żeby sprawdzić mostek w akcji.

Witaj mkrysz8

Na schemacie który udostępniłeś brakuje układu ograniczenia prądowego na ACS758 o którym wspominasz, w jaki sposób tą sprawę rozwiązałeś?

Program do CPU pisałeś sam, czy wiedzę i kopię zaimplementowałeś ze stron WWW?.

Sprawdziłeś pracę układu oscyloskopem?, zwłaszcza stopnia mosfet. Jakie są czasy przełączania tranzystorów w Twoim projekcie, Trise i tfall, charakterystyka temperaturowa itp. Przeliczałeś układ matematycznie?

Czy sprawdziłeś sposób zabezpieczeń transilami wedle ich noty aplikacyjnej? Transile stosowałbym w sytuacji wyjątkowej i jako ostateczność przed innymi.

Reasumując włożyłeś w swój projekt wiele czasu i pracy, efekty są widoczne i interesujące.

Obecnie brak ograniczenia prądowego. Dla mnie to niestanowi to problemu, ale w zależności od zastosowania może być konieczne. Mój pomysł na ograniczenie (napisałem już na końcu posta, ale powtórzę) to bocznik 0,5mR + wzmacniacz albo czujnik na efekcie halla, może być mniejszy niż ACS758. Sygnał wchodzi do uC, pomiar prądu tak szybko, jak to możliwe i jeśli prąd>prąd.max, to obcinamy PWM o kilkadziesiąt procent.

Program pisałem sam, na bazie softu, który kiedyś napisał mój znajomy Wojtek, trzeba było sporo przerobić, w zasadzie, to jeszcze dopracowuję ten program.

Jeżeli chodzi o część mocy, to tak jak napisałem w poście o wersji v1.0 - jest ona zaczerpnięta z Open Source Motor Controller, więc nie ma sensu wyważać otwartych drzwi.

Najlepsze, co udało mi się osiągnąć moim oscyloskopem (trudno go tak nazwać): (nie mogę już rozciągnąć podstawy czasu, oscyloskop gubi synchronizację..., pewnie czasy były by krótsze. )

mkrysz8, ten "oscyloskop" to Hantek? Nie wiesza się jemu program ?

Tak, Hantek. Zasilam go przez aktywny HUB, a sam hub musi być podpięty pod gniazdo USB 2.0, wtedy działa bez zająknięcia, a przy USB 3.0 mocno się ścina, chociaż myślę, że to wina samego HUBa. Jeśli masz jeszcze jakieś pytania dot. oscyloskopu, to napisz na pw.

Świetny projekt ale nie rozumiem trochę koncepcji z zastosowaniem 2 transili do gaszenia przepięć na każdy mostek. Ten sam efekt uzyskałbyś dając jednego transila na "zaciskach silnika".

Co do próbkowania prądu - u siebie zastosuje układ INA226. Sprawdź sobie notę katalogową może Ci się w przyszłości przyda.

Pozdrawiam

Witam kawał dobrej roboty interesują mnie płytki oraz szacunkowy koszt budowy?

SowerOfWind wrote:

Świetny projekt ale nie rozumiem trochę koncepcji z zastosowaniem 2 transili do gaszenia przepięć na każdy mostek. Ten sam efekt uzyskałbyś dając jednego transila na "zaciskach silnika".

I nie wykluczone, że w dalekiej przyszłości tak zrobię, aczkolwiek warto by się dowiedzieć od ludzi z OSMC dlaczego akurat tak to zrobili.

misza333 wrote:

Witam kawał dobrej roboty interesują mnie płytki oraz szacunkowy koszt budowy?

Z kosztami to celował bym w 160-240zł za elektronikę + kawałek aluminium na radiator.