TODOPIC
FORO TÉCNICO => Foro Técnico => Mensaje iniciado por: gera en 20 de Agosto de 2013, 13:08:22
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Hola amigos!! Qué tal?
Estoy trabajando en un robot y quiero utilizar simples transistores para controlar la velocidad de los motores. Prefiero no utilizar un puente H por los siguientes motivos:
- No necesito invertir el sentido de giro (el robot siempre avanza)
- El PIC trabaja a 3.3V y los puente H que consigo son de 5V (L293D).
- Quiero mantener el circuito lo más sencillo posible.
La pregunta es: Qué transistor me recomiendan? BJT o MOSFET? Hasta donde sé, los BJT consumen más corriente y se calientan, pero un MOSFET requiere de un gate driver y me complica el circuito. Salvo que pueda manejar el MOSFET directamente con un pin del PIC. Es recomendable?
El motor que utilizo es este (http://www.pololu.com/catalog/product/998): @6V: 625 RPM. 100mA free-run. 1.1 kg-cm. 1.6A stall. reducción 50:1
El pic a utilizar es el PIC18F26j50.
Espero sus recomendaciones. Muchas gracias!!
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Yo usaria un mosfet, los hay que con bajos voltajes de Vgs manejan bastante corriente de drenador, como el 2SK3570. En cuanto al gate driver, como el consumo del motor es bajo, creo que un par de transistores smd bipolares, un pnp y un npn, en configuración push-pull te servirá.
Me refiero a esta configuración: http://m.eet.com/media/1121178/c0921-figure1.gif
Y los transistores del driver pueden ser unos BC817 y BC807.
Saludos!
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Lo más simple es un bjt npn con la base directamente al pic. Puede calentarse un poco, pero con esas corrien no será mucho.
El motor conviene que no pase de cierta corriente. Debería mantenerse por debajo de 1 amperio. El control de corriente puedes hacerlo con el adc conectado al colector.
Para evitar que se queme el bjt hay que añadir un diodo de libre circulación.
Saludos.
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Si quieres controlar mejor la velocidad del motor, puedes utilizar un mosfet de canal P conectado a Vdd y el driver puedes hacerlo con un transistor npn y una resistencia. Creo que es la mejor opción. Es simple y es versatil. También necesitas un diodo conectado a GND que puedes sustituirlo por un mosfet de canal N directamente controlado por el pic.
El esquema puedes sacarlo de un ESC para motores brushless. Sólo necesitas montar medio puente en H de los tres del esquema.
Adjunto esquema.
(http://i57.photobucket.com/albums/g236/kratchouf/TowerPro25aEscSchematic.png)
Saludos.
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Usaria un mosfet N de gate lógico.
Esta la serie irlz y otros irlr. Revisa la hoja de datos hay unos con el treshold a 4.5v y otros desde 2.5v
Ahora uso mucho irlr8729 y es barato.Es un cañon para lo que tu necesitas pero te andara bien.
Otro mas común es el irfz24/irfz44.
Tambien puedes usar el npn pero no me gusta la caida que tienen para usarlos en equipos con baterias.Luego si metes un darlington pues la caida se te va al doble xD.
Saludos!
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Un detalle Gera: ¿Cómo quieres controlar la velocidad de los motores?
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Muchas gracias por sus respuestas! :) Veo que la mayoría se inclina por utilizar MOSFET. En lugar de utilizar unos bjt como gate driver, puedo usar directamente un IC para este fin. Encontré un par que son bastante prácticos: El TC426 de Microchip y el UCC27423 de TI (puedo pedir muestras de cualquiera de los dos).
Ahora tengo que ver qué mosfets consigo en mi ciudad. Con los que mencionaron ya tengo una referencia.
Ahora uso mucho irlr8729 y es barato.Es un cañon para lo que tu necesitas pero te andara bien.
Otro mas común es el irfz24/irfz44.
Tambien puedes usar el npn pero no me gusta la caida que tienen para usarlos en equipos con baterias.Luego si metes un darlington pues la caida se te va al doble xD.
Claro, el robot funcionará con 3 pilas AA recargables (3.6V) y un boost para levantar eso a 6V. Por eso no quiero nada calentando y consumiendo energía al vicio. Pensé en sobredimensionar los transistores por si luego quiero poner motores más potentes, pero lo que me limita es el boost de 12W (a 6V serían 2A máximo). Por lo tanto quiero mantener todo lo más simple, liviano y eficiente posible (el robot es un velocista).
El motor conviene que no pase de cierta corriente. Debería mantenerse por debajo de 1 amperio. El control de corriente puedes hacerlo con el adc conectado al colector.
Eso pensaba hacerlo con una resistencia de 0.1ohm en serie con el motor. Algo como esto:
(http://analogtalk.com/wp-content/uploads/2010/10/isense.jpg)
Un detalle Gera: ¿Cómo quieres controlar la velocidad de los motores?
Pienso hacerlo por PWM. Seguramente tendré que cuidar la frecuencia ya que los MOSFET aumentan el consumo a mayores frecuencias, cierto? Creo que 12 kHz están bien.
Saludos!!
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Yo usaria un mosfet, los hay que con bajos voltajes de Vgs manejan bastante corriente de drenador, como el 2SK3570. En cuanto al gate driver, como el consumo del motor es bajo, creo que un par de transistores smd bipolares, un pnp y un npn, en configuración push-pull te servirá.
Me refiero a esta configuración: http://m.eet.com/media/1121178/c0921-figure1.gif
Y los transistores del driver pueden ser unos BC817 y BC807.
Saludos!
Estoy contigo: es poca corriente. De hecho con un "logic level" no creo ni que haga falta un driver: los hay de menos de 1V VGSth (sin carga claro).
Un saludo.
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HOla Gera!
YA con esos datos que das pues vete por un mosfet.
No necesitaras el driver para mosfet,como dice manwenwe consiguete un mosfet con bajo voltaje de disparo.
Sobre la frecuencia depende del motor si la escucharas o no xD.Pero desde unos 2KHz vas seguro , yo los he trabajado con 3,7 y 17KHz con motores de 12v@60W
Para el control de corriente si usas un shunt pues metelo directo a un comparador del pic si solo haras corte , te evitas broncas de usar el adc y de atenuar ruidos, promediar ,etc...
P.D. CHeca si el voltaje del shunt es aceptable para el comparador o ADC , sino lo tendrás que amplificar.
--Si tu pic entrega poca corriente mete un buffer,ya sea unas compuertas tipo HC o alguno otro que te guste mas.
Saludos!
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El control PWM es muy pobre. Si quieres tener mayor control sobre la velocidad de los motores, como mínimo deberías medir la corriente del motor y compensar el control PWM para mantener la velocidad de giro constante.
Saludos.
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El control PWM es muy pobre. Si quieres tener mayor control sobre la velocidad de los motores, como mínimo deberías medir la corriente del motor y compensar el control PWM para mantener la velocidad de giro constante.
Saludos.
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Hola muchachos, el tema es interesante, y tambien me inclinaria por MOSFET pero solo del tipo N, y hablando de gate drive por IR2110, pero tengo un consulta extra para Picuino, un ejemplo para implementar esto ultimo que posteaste, a que te refieres con que si no se tiene sensado el consumo del motor de forma dinamica ( en todo momento, me refiero) el PWM es pobre, cual seria una posible solucion, el ejemplo de senseor tipo shunt que posteo gera, seria la manera mas simple (teniendo en cuenta que, una simple resistensia conlleva factores de temperatura , coeficientes a tener en cuenta, y la presicion ya no seria tal, pero eso podria solucionarce con otros metodos), ahora obiamente acondicionando la señal con algun operacional de precsicion y de ahi a una entrada ADC, cuyos parametros intervengan posteriormente en el control del PWM, pero me gustaria saber como lo harias tu, y si el bot, utiliza dos motores como hacer para que ambos abancen a la misma velocidad como hacer eso con un PIC y dos ADC asociados a dos PWM si entre el seteo de un PWM con su ADC y el segundo PWM y su otro ADC, hay una diferencia de respuesta de aproximadamente 20 a 25 microsegundos, como evitar esa diferencia o es que el bot (en el caso de ir hacia adelante iria derechito, derechito, me refeiero la diferencia del seteo no se notaria?, en fin espero haber ayudado en algo aunque lo enrroscque al final, con mis dudas, saludos, y gracias :?
Gera, si bien es verdad que los BJT ,calientan un poco mas que los MOSFET, solo un poco mas, el secreto esta en primero tener los motores que vas a utilizar (algo muy importante, para que puedas provarlos sin la electronica y evaluar su funcionamiento), segundo la frecuencia de los o el PWM es muy pero muy importante de 20Khz para arriba 100khz seria lo ideal no menos de 20Khz ya que los TR que utilices, por debajo de esa frecuencia frien huevos fritos Otro error que se suele cometer al diceñar un control de velocidad por medio de PWM (es no tener los motores para el cual se va a diceñar dicho controlador), en muchos casos por no tenerlos y una vez construido el controlador y luego conectar el motor en bajas velocidades se suele escuchar un sumbido muyyy molesto, producto de malos calculos de la frecuencia del PWM y demas yerbas, que se pasan por alto, he visto controlsdores exelentemente construidos sin un solo filtro pasabajos ni siquiera cortachispas ni diodos adicionales en inversa del tipo rapidos en respuesta, colocados sobre los TR.
De calculo en este tipo de aplicacion se muy poco solo lectura pero es realmete un tema interesante el de control de motres ymaginense un Segway comandado por un PIC,eh!, que desafio, en fin solo queria comentar . sludos ;-)
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Si me permites un comentario.
Sólo por ahondar en el tema del MOSFET y apoyando los sugeridos por AKENAFAB y en particular el IRFZ24 te diré que más que por el calentamiento en sí mismo la elección debiera ser porque estas pensando en un sistema a baterías Eso hace importante la pérdida de voltaje en el elemento de control.
Al saturarse el MOSFET el voltaje entre drenaje y fuente es muy bajo dado que la "resistencia interna" es baja. Si le das un vistazo a las especificaciones del IRFZ24 su resistencia estática a 10 amperes es de sólo 0.07 ohms.
Un BJT normalmente tiene un voltaje de saturación alto, en el rango de 1.2 volts, con lo que la pérdida de voltaje puede ser importante sobre todo a alimentación tan baja. Por comparación, el TIP-31C tiene un voltaje de saturación de 1.2 Volts a 375 mA. Esto es así porque la "resistencia interna" del transistor es grande.
Recordándo que V=I X R y que P=I^2 X R entonces te explicas porqúe el BJT trabaja caliente en comparación con el MOSFET.
Suerte con tu proyecto.
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Bien, no quedan dudas entonces que lo mejor para mi aplicación son los MOSFET (sobretodo por la batería).
Pero aún me queda una duda: de qué depende que utilice un gate driver o directamente un pin del pic?
Según me dicen, si el MOSFET tiene un bajo voltaje de saturación, puedo usar directamente el pic. Pero yo tengo por entendido que el driver es necesario para entregar una buena corriente al gate y saturar el transistor lo más rápido posible.
El control PWM es muy pobre. Si quieres tener mayor control sobre la velocidad de los motores, como mínimo deberías medir la corriente del motor y compensar el control PWM para mantener la velocidad de giro constante.
Saludos.
En realidad esto no me afecta, no necesito controlar con precisión la velocidad de los motores. El robot es un seguidor de líneas con un lazo PID, y las salidas de los motores se ajustan solas según la posición de la línea respecto al robot. Cualquier diferencia de velocidad entre los motores será compensada por el lazo.
la frecuencia de los o el PWM es muy pero muy importante de 20Khz para arriba 100khz seria lo ideal no menos de 20Khz ya que los TR que utilices, por debajo de esa frecuencia frien huevos fritos
Seguro? Los MOSFET solo disipan potencia cuando cambian de estado (on/off), y con mayores frecuencias calientan más. Yo creo que menores frecuencias es mejor. Es cierto que emiten un zumbido, pero eso no importa.
Elegí 12kHz porque a 48MHz el duty me da justo entre 0 y 1000 para salidas de PWM de 0% y 100% respectivamente. Lo que me facilita mucho los cálculos.
Bueno, espero sus respuestas y muchas gracias por todo!!
Saludos!!
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El pensar que los MOSFET sólo disipan calor cuando cambian de estado es un error muy común. Esto se debe a que al cambiar de estado los MOSFET exhiben una "rampa" de encendido o apagado en la cual la resistencia cambia de muy baja a muy alta y viceversa y es durante este tiempo que se nota más el efecto de calentamiento. La resistencia de encendido de los MOSFET es muy baja y por eso aparentan no disipar calor en ese estado.
Los tiempos de las rampas están dados por la acumulación o depleción de cargas en la zona de compuerta que como debes recordar es como si fuera un capacitor (condensador). Estas "rampas" son totalmente dependientes de cada componente particular de ahí que los hay de velocidad "normal", "rápidos" y "ultra rápidos".
La proporción de los tiempos de encendido y apagado contra los tiempos de las "rampas" de conmutación es lo que define la frecuencia máxima de operación y está directamente relacionada con el efecto que mencionas de que a mayor frecuencia el componente se calienta más. Esto es que entre mayor sea la frecuencia el tiempo de operación se acerca más al tiempo total de las "rampas". Si la frecuencia es muy alta el componente puede llegar a operar como una resistencia de baja a alta pero sin alcanzar el corte ni la saturación. El calentamiento en esta zona es rápido y tiene efectos catastróficos en el MOSFET.
Con respecto a si utilizar un driver o conectar directamente un pin del microcontrolador, nuevamente depende del componente que elijas. Recuerda que los MOSFET son elementos de voltaje no de corriente como los BJT. La corriente que toman en la compuerta es mínima correspondiento a la corriente de fuga que generalmente está en el rango de los nA. Así, si el MOSFET que elijas tiene un voltaje de disparo dentro del rango de salida en nivel alto del microcontrolador entonces no deberás tener ningún problema. En este sentido te sugiero trabajar con un mínimo de alimentación de 5V al PIC para que no necesites un transistor adicional como driver del MOSFET. De la fuente a baterías de 6V para el motor puedes bajar el voltaje con 1 o 2 diodos 1N4001 para alimentar al PIC. Recuerda poner dos capacitores después de los diodos. Uno de mínimo unos 100uF y el otro de 0.1uF. El primero "amortigua" los 5 volts para el PIC y el segundo atenúa los pequeños picos que se "colarán" de la conmutación del motor.
En particular te sugiero montar una resistencia de 1Mohm entre la compuerta y la fuente del MOSFET a manera de protegerlo contra posteriores posibles descargas electrostáticas. La carga es mínima y no afectará al PIC.
El MOSFET IRFZ24N que sugirió AKENAFAB me parece una buena elección ya que está especificado como de conmutación rápida y dispara con un voltaje de compuerta máximo de 4 volts. Sólo recuerda que este tipo de componentes son sensibles a las descargas electrostáticas. Por eso generalmente los venden envueltos en papel aluminio, así que mantenlo protegido hasta que lo vayas a instalar.
Dado que tu motor es pequeño es muy posible que pudieras bajar la frecuencia portadora PWM incluso hasta unos 2000 Hz o menos. Esto te permitirá mayor control de la frecuencia y garantizar que el MOSFET trabaje más frío. No creo que el nivel de ruido acustico sea molesto. Incluso es muy probable que el ruido de los engranes sea más fuerte.
Suerte.
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Generalmente cuando uses un transistor de gate lógico no tendrás que usar un driver.
Cuando se usa o no el driver ?, bueno esto depende de la capacitancia y carga del mosfet,de la velocidad de conmutación.
Si el mosfet tiene una capacitancia grande y frecuencia alta la señal de gate debera poder entregar una corriente mayor.
En la hoja de datos viene como Qg y C , están en el orden de nC y pF.
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Muchas gracias por la explicación BBMNet, quedó claro como el agua! Igualmente pienso alimentar todos los integrados del circuito con 3.3V regulados. No quiero usar un pic a 5V porque consume más, y porque se comunica con otros IC que trabajan a 3.3V.
Estuve viendo las hojas de datos de los MOSFET que me recomendó AKENAFAB, y me gustó el IRLR8729. Tiene un VGS(th) de 1.35/2.35 V, o sea que en principio puedo controlarlo directamente con el pic. El esquema sería algo así:
(http://farm6.static.flickr.com/5143/5659349985_fe4cc2f631_m.jpg)
Ahora... el motor consume 100mA sin carga, y 1600mA bloqueado. El robot es liviano, no creo que consuma más de 500mA cada motor. No podre usar un MOSFET mas pequeño, onda 2n7000?
Mil gracias por sus aportes!
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Un poco sobredimensionado no?
El de fairchild se te quema en cuanto lo enciendas: es de 200mA. Si sacas cuentas en el mejor de los casos de RDSon = 1.2ohm, con 0.5A te sube 120ºC.
Busca algo intermedio. Si no puedes poner sot233 pon sot89 pero no d2pak. Además el de IRF no es logic level. 2.35V es arriesgarte a que no te vaya ya que eso es para IDS=0 y VDS=VGS. Busca alguno con VGSth max 1V o 1.2V.
Y si no lo tienes claro no te calientes más la cabeza y pon un driver. Al fina me como mis palabras jejeje.
Un saludo.
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Y si no lo tienes claro no te calientes más la cabeza y pon un driver. Al fina me como mis palabras jejeje.
Jaja y sí, no me cuesta nada poner un driver, y me dejo de dar vueltas. Total no me complica tanto el circuito.
Encontré varios MOSFET bastante buenos y en encapsulados más pequeños, pero dudo que pueda conseguirlos en mi ciudad.
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Vaya gera! Y tanto que tienes razón: si no lo puedes comprar online es más dificil. Además el driver no hace falta ni que sea especifico: si no lo encuentras te lo puedes fabricar con operacionales baratitos, o con mosfet P o NPNs, etc.
Un saludo!
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El pensar que los MOSFET sólo disipan calor cuando cambian de estado es un error muy común. Esto se debe a que al cambiar de estado los MOSFET exhiben una "rampa" de encendido o apagado en la cual la resistencia cambia de muy baja a muy alta y viceversa y es durante este tiempo que se nota más el efecto de calentamiento. La resistencia de encendido de los MOSFET es muy baja y por eso aparentan no disipar calor en ese estado.
Los tiempos de las rampas están dados por la acumulación o depleción de cargas en la zona de compuerta que como debes recordar es como si fuera un capacitor (condensador). Estas "rampas" son totalmente dependientes de cada componente particular de ahí que los hay de velocidad "normal", "rápidos" y "ultra rápidos".
La proporción de los tiempos de encendido y apagado contra los tiempos de las "rampas" de conmutación es lo que define la frecuencia máxima de operación y está directamente relacionada con el efecto que mencionas de que a mayor frecuencia el componente se calienta más. Esto es que entre mayor sea la frecuencia el tiempo de operación se acerca más al tiempo total de las "rampas". Si la frecuencia es muy alta el componente puede llegar a operar como una resistencia de baja a alta pero sin alcanzar el corte ni la saturación. El calentamiento en esta zona es rápido y tiene efectos catastróficos en el MOSFET.
Con respecto a si utilizar un driver o conectar directamente un pin del microcontrolador, nuevamente depende del componente que elijas. Recuerda que los MOSFET son elementos de voltaje no de corriente como los BJT. La corriente que toman en la compuerta es mínima correspondiento a la corriente de fuga que generalmente está en el rango de los nA. Así, si el MOSFET que elijas tiene un voltaje de disparo dentro del rango de salida en nivel alto del microcontrolador entonces no deberás tener ningún problema. En este sentido te sugiero trabajar con un mínimo de alimentación de 5V al PIC para que no necesites un transistor adicional como driver del MOSFET. De la fuente a baterías de 6V para el motor puedes bajar el voltaje con 1 o 2 diodos 1N4001 para alimentar al PIC. Recuerda poner dos capacitores después de los diodos. Uno de mínimo unos 100uF y el otro de 0.1uF. El primero "amortigua" los 5 volts para el PIC y el segundo atenúa los pequeños picos que se "colarán" de la conmutación del motor.
En particular te sugiero montar una resistencia de 1Mohm entre la compuerta y la fuente del MOSFET a manera de protegerlo contra posteriores posibles descargas electrostáticas. La carga es mínima y no afectará al PIC.
El MOSFET IRFZ24N que sugirió AKENAFAB me parece una buena elección ya que está especificado como de conmutación rápida y dispara con un voltaje de compuerta máximo de 4 volts. Sólo recuerda que este tipo de componentes son sensibles a las descargas electrostáticas. Por eso generalmente los venden envueltos en papel aluminio, así que mantenlo protegido hasta que lo vayas a instalar.
Dado que tu motor es pequeño es muy posible que pudieras bajar la frecuencia portadora PWM incluso hasta unos 2000 Hz o menos. Esto te permitirá mayor control de la frecuencia y garantizar que el MOSFET trabaje más frío. No creo que el nivel de ruido acustico sea molesto. Incluso es muy probable que el ruido de los engranes sea más fuerte.
Suerte.
Buenas explicaciones, BBMNET, y sobre todo fundamentadas ((:-)),mas abajo les dejo un link de otro foro ,(espero que todopic no se ofenda, que trata el tema )saludos y gracias por el aporte.
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Este es el Link http://www.robotsperu.org/foros/workshop-de-puentes-h-vt1038.html, y el foro entre muchas otras cuestiones tecnicas, aborda el tema de diceños de robots, espero sea de utilidad, y prestenle atencion a el Ingeniereo Wiliam Hinojosa, saludos :-)
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Además el driver no hace falta ni que sea especifico: si no lo encuentras te lo puedes fabricar con operacionales baratitos, o con mosfet P o NPNs, etc.
Los drivers si los consigo; pido muestras a microchip jeje. El problema son los MOSFET. Tendré que conformarme con lo que consiga en la electrónica local. Sin embargo, al utilizar gate drivers, puedo ser un poco mas flexible con los mosfet que utilice.
Saludos!
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Perdon por ensuciarte el hilo gera, pero es que venia tan al pelo ;-)
¿Sabeis si los mosfet N de gate lógico tambien los hay para grandes potencias (en torno a 100A/100V)?. ¿Tienen alguna nomenclatura especial para buscarlos?.
¿Sabeis si con un solo driver, por ejemplo IR2110, se pueden cebar varios mosfet? estos mosfet irian entre el motor y masa y serian 4 que conmutan al mismo tiempo (van en paralelo).
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¿Sabeis si los mosfet N de gate lógico tambien los hay para grandes potencias (en torno a 100A/100V)?.
Pues si que los hay, no sabia ni que existian, todo los dias se aprende algo nuevo, ademos muy baratos en torno a 1€. En Digikey, encontre todos estos:
http://www.digikey.es/product-search/en?pv606=19&pv608=2670&pv608=1931&pv608=1929&FV=fff40015%2Cfff8007d%2C97c001d%2C97c001e%2C97c001f%2C97c0020%2C97c0022%2C97c0023%2C97c0024%2C97c0025%2C97c0056%2C98000ab%2C980011f%2C98005a2%2C98005e0%2C9800789%2C980078b%2C98008b1%2C9800a6e%2C9800aef%2C9800b20%2Cefc0005%2Cefc0007%2Cefc0008%2Cefc0009%2Cefc000a%2Cefc000b%2Cefc000c%2Cefc000d%2Cefc000e%2Cefc000f%2Cefc0012&mnonly=0&newproducts=0&ColumnSort=0&page=1&quantity=0&ptm=0&fid=0&pageSize=25
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Ya paso un poco de tiempo :mrgreen:!
Tengo estos mosfets , que les parecen : IRLML2502 (http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irlml2502.pdf)
Saludos!
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VDS Drain-Source Voltage 20 V
Continuous Drain Current, VGS @ 4.5V 4.2
IDM Pulsed Drain Current 33 A
Son excelentes para esta aplicación!!! Y en un tamaño muy compacto. Los voy a tener en cuenta si es que llego a conseguirlos jeje.
Al final no les conté, pero opté por los BJT. No son tan eficientes como quisiera, pero energía me sobra, no así el espacio. La placa quedó bastante compacta y los motores funcionan a la perfección con dos PWM a 12,0 KHz
Saludos!
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gera, fijate estos en elemon:
IRLML6244TRPBF
yo los uso mucho y son unas mini bestias!
sds.