Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Ocena mostka h na mosfetach

resonator 25 Jun 2019 16:12 390 4
  • #1
    resonator
    Level 5  
    Dzień dobry, mam do zrealizowania sterowanie siłownikiem elektrycznym 12v o poborze prądu nie większym niż 6A. W tym celu zaprojektował mostek h oparty o tranzystory mosfet. Wzorowałem się na tym ze strony Link, jednak nie mam w tym doświadczenia i prosił bym o sprawdzenie zanim wyślę projekt do wytwórni.



    Przede wszystkim zależy mi na niezawodności i stabilnym działaniu urządzenia ponieważ ma ono pracować w trudnych warunkach. Stąd zastosowałem drivery TC426, podobne do tych z linku. Sygnał sterowania pochodzi z mikrokontrolera STM32 więc sygnały sterujące będą miały napięcie 3,3V (DIRA, DIRB i DIRC na górze).
    I tu pierwsze pytanie, ponieważ zasilanie driverów i silnika jest to samo czy na wejściach za bramkami należało by dodać optoizolacje? Czy same drivery i bramki odizolują mi mikrokontroler?

    Dalej wyjścia z driverów połączone są z mosfetami. I tu zastanawia mnie jakie diody użyć.
    Prosiłbym aby ktoś fachowym okiem spojrzał na ten schemat i ocenił czy ma to szanse prawidłowo działać.

    Ocena mostka h na mosfetach Ocena mostka h na mosfetach
  • #2
    rb401
    Level 38  
    resonator wrote:
    Sygnał sterowania pochodzi z mikrokontrolera STM32 więc sygnały sterujące będą miały napięcie 3,3V (DIRA, DIRB i DIRC na górze).


    Przyjęta tu przez Ciebie koncepcja sterowania trzema sygnałami z uC (oszczędzająca jedną bramkę wobec przykładu z linku) jest potencjalnie niebezpieczna bo nie eliminuje w sposób pewny sytuacji zwarcia zasilania przez dwa równocześnie włączone mosfety.
    A tu jednak prawdopodobieństwo jakieś tam istnieje. Może być błąd w programie, mogą być stany przejściowe przy resecie, może wypaść kabelek itp. itd. .
    Tak że lepiej wykluczyć takie zdarzenie sprzętowo w logice sterującej mostkiem.

    resonator wrote:
    I tu pierwsze pytanie, ponieważ zasilanie driverów i silnika jest to samo czy na wejściach za bramkami należało by dodać optoizolacje? Czy same drivery i bramki odizolują mi mikrokontroler?


    W zasadzie nie potrzeba tu optoizolacji jeśli nie zachodzą jakieś szczególne uwarunkowania, ale jest tu inny ważny problem. Chodzi o poprawne połączenie mas obwodów "prądowych" i sterowania czyli uC, cmosy, drivery.
    W uproszczeniu, chodzi o to by ścieżki do zasilania 12V i ścieżki idące do driverów i w kierunku uC będąc od siebie niezależne, spotykały się na źródłach mosfetów tych dolnych (jak najbliżej), by w gałęzi sterowania po masie nie płynął prąd silnika.
    Równie ważne jest porządne połączenie plusa zasilania driverów prosto na dreny tych górnych mosfetów P i mas driverów na dreny dolnych N, bo tędy zamykają się obwody prądów przeładowania pojemności bramek mosfetów.


    resonator wrote:
    Dalej wyjścia z driverów połączone są z mosfetami. I tu zastanawia mnie jakie diody użyć.


    W samych mosfetach są już diody, ale z dość kiepskimi parametrami (duże napięcie przewodzenia). Tak że jeśli dasz jak w linku poleca autor diody schottkiego to będzie lepiej.
    Co do typu to może jakieś MBR... 10A lub nawet 20A, bo jest duży wybór a są bardzo tanie.
  • #3
    krzysiek_krm
    Level 40  
    Proponowałbym Ci rozważyć użycie scalonego mostka H albo chociaż scalonego drivera mostka H, do którego dokłada się tylko odpowiednie tranzystory mosfet.
    W szczególności, Twój mostek nie zawiera żadnych zabezpieczeń, będzie bezbronny w przypadku zwarcia albo dużego prądu rozruchowego.
  • #4
    resonator
    Level 5  
    rb401 wrote:
    resonator wrote:
    Sygnał sterowania pochodzi z mikrokontrolera STM32 więc sygnały sterujące będą miały napięcie 3,3V (DIRA, DIRB i DIRC na górze).


    Przyjęta tu przez Ciebie koncepcja sterowania trzema sygnałami z uC (oszczędzająca jedną bramkę wobec przykładu z linku) jest potencjalnie niebezpieczna bo nie eliminuje w sposób pewny sytuacji zwarcia zasilania przez dwa równocześnie włączone mosfety.
    A tu jednak prawdopodobieństwo jakieś tam istnieje. Może być błąd w programie, mogą być stany przejściowe przy resecie, może wypaść kabelek itp. itd. .
    Tak że lepiej wykluczyć takie zdarzenie sprzętowo w logice sterującej mostkiem.


    Rzeczywiście, chciałem zachować zgodność sterowania z mostkiem użytym w prototypie aby nie musieć zmieniać softu, jednak tam używałem zintegrowany scalony mostek vnh, który na pewno miał zabezpieczenie przed załączeniem obydwóch połówek na raz. Nigdy nie zwracałem na to uwagi jednak tak jak powiedziałeś lepiej zabezpieczyć się przed taką losową sytuacją. Znalazłem taki driver MIC4428, ma on tak samo dwa kanały, ale są one komplementarne. Odpada więc potrzeba odwracania sygnału na wejściu i logikę sterującą dwoma sygnałami mogę wykonać nadal na trzech bramkach (bez wyjść komplementarnych potrzeba by było 5).


    rb401 wrote:
    resonator wrote:
    I tu pierwsze pytanie, ponieważ zasilanie driverów i silnika jest to samo czy na wejściach za bramkami należało by dodać optoizolacje? Czy same drivery i bramki odizolują mi mikrokontroler?


    W zasadzie nie potrzeba tu optoizolacji jeśli nie zachodzą jakieś szczególne uwarunkowania, ale jest tu inny ważny problem. Chodzi o poprawne połączenie mas obwodów "prądowych" i sterowania czyli uC, cmosy, drivery.
    W uproszczeniu, chodzi o to by ścieżki do zasilania 12V i ścieżki idące do driverów i w kierunku uC będąc od siebie niezależne, spotykały się na źródłach mosfetów tych dolnych (jak najbliżej), by w gałęzi sterowania po masie nie płynął prąd silnika.
    Równie ważne jest porządne połączenie plusa zasilania driverów prosto na dreny tych górnych mosfetów P i mas driverów na dreny dolnych N, bo tędy zamykają się obwody prądów przeładowania pojemności bramek mosfetów.

    Na kwestie związane z prowadzeniem zasilania jestem już bardzo wyczulony po kilku projektach :D O ile o osobnym prowadzeniu zasilania do każdego z bloków zdawałem sobie sprawę, to te informacje o mosfetach na pewno wykożystam.

    rb401 wrote:
    resonator wrote:
    Dalej wyjścia z driverów połączone są z mosfetami. I tu zastanawia mnie jakie diody użyć.


    W samych mosfetach są już diody, ale z dość kiepskimi parametrami (duże napięcie przewodzenia). Tak że jeśli dasz jak w linku poleca autor diody schottkiego to będzie lepiej.
    Co do typu to może jakieś MBR... 10A lub nawet 20A, bo jest duży wybór a są bardzo tanie.

    O właśnie tutaj najbardziej chodziło mi o to jaki zapas prądu powinna znosić taka pojedyncza dioda.

    krzysiek_krm wrote:
    Proponowałbym Ci rozważyć użycie scalonego mostka H albo chociaż scalonego drivera mostka H, do którego dokłada się tylko odpowiednie tranzystory mosfet.
    W szczególności, Twój mostek nie zawiera żadnych zabezpieczeń, będzie bezbronny w przypadku zwarcia albo dużego prądu rozruchowego.

    Miałem właśnie zamiar dodać za mostkiem rezystor za pomocą którego mógłbym mierzyć prąd jaki płynie przez silnik, jednak to wymaga użycia jeszcze przynajmniej wzmacniacza oraz komparatora jeśli chciałbym mieć odcięcie zasilania w wypadku zwarcia bez udziału procesora. Na bieżąco kompletuje sobie na tme elementy i sam ten mostek z pierwszego postu wyjdzie ok 20zł, do tego jak chciałbym dołożyć jakieś zabezpieczenia cena urośnie.. Znalazłem taki mostek Link i w sumie wydaje być się to rozsądną opcją, za 17zł jest mostek z możliwością sterowania i detekcji błędów po spi.
    Jedyne co trzeba dodać to kilka kondensatorków. Jednak prąd jaki wytrzymuje to 6A i to jest tak trochę na pograniczu tego projektu. Musiałbym jeszcze raz pobór prądu zbadać. Moje pytanie do Ciebie odnośnie zabezpieczeń, myślisz że użycie go przy załóżmy prądzie stałym 3A i skaczącym do 5A jest bezpieczniejszym rozwiązaniem? Z tego co policzyłem przy 5A straty to ok 2,5W, czy bez użycia radiatora to może doprowadzić do przegrzania?

    EDIT: Jednak ten mostek scalony tle9201 nie sprawdzi się, prąd przy zatrzymanym wale skacze do 10A.
  • #5
    rb401
    Level 38  
    resonator wrote:
    O właśnie tutaj najbardziej chodziło mi o to jaki zapas prądu powinna znosić taka pojedyncza dioda.


    Tak po prawdzie, to z Twoich danych nie sposób określić jaki będzie rzeczywisty prąd diod.
    Z właściwości indukcyjności wynika tylko tyle że chwilowy prąd diod nie będzie większy niż prąd kluczy w momencie ich wyłączenia w cyklu PWM.
    A wartość tego prądu też jest niewiadoma (nie jest to te 6A), bo na przykład największy prąd wynikający tylko z wartości zasilania i oporu uzwojeń będzie płynął kiedy silnik stoi (początek rozruchu, kiedy SEM=0).
    Z drugiej zaś strony, bardziej istotny dla diod jest prąd średni, który też będzie zależny od wielu czynników, w tym od parametrów czasowych PWM.
    Tak że jeśli nie wdawać się w szczegółową analizę parametrów silnika, czy pomiary na rzeczywistym układzie, warto dać nawet przewymiarowane diody, bo akurat cenowo różnicy dużej nie robi.