Puente H con Mosfet y Relé - Silla de ruedas eléctrica

[elgarbe]

Siguiendo el consego de Carlos, he decidido pasar el puente H de la silla de ruedas (con la que estan trabajando mis alumnos) a un diseño más simple y robusto. El circuito sugerido por él es el siguiente:

http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=42862.msg360072#msg360072

yo he realizado alguna modificacion menor, pasando algunos componentes a SMD, usando relés que tengo y alguna que otra cosa.
El esquemático con el que estamos trabajando ahora es este:



Lo dejo por si alguien ve algún error o sugerencia.

He visto los driver discretos sugeridos por Picuino (no lo veo en electronica de potencia, no lo encuentro ahora, despues pongo el link) y recuerdo el agregado de un capacitor en paralelo con la R de base de los NPN para aumentar la velocidad de conmutacion. Seguramente voy a agrgar dicho capacitor y despues probaremos si lo soldamos o no.

Por las pruebas que hemos hecho en el motor que usaremos (24V 250W Io=2A, 2000RPM) vamos a tener que trabajar con un duty bastante bajo ya que la reduccion mecánica que pudimos hacer no reduce demaciado.

En la semana iré subiendo fotos del trabajo de los chicos.

Saludos!

EDITO: Con este circuito, usando un solo relé doble inversor, no puedo usar la opcion de frenado.

[elgarbe]

Por cierto, como se seleccionan los diodos Schokkty para los mosfet?
En nuestro caso la I a plena carga en el motor es de 8A...

Saludos!

[MerLiNz]

un zener con direccion a masa es mas efectivo para evitar el pico en las bobinas, suele ser mas rapido que un diodo normal.

Para saber que diodo seria correcto habria que saber que inductancia tiene el motor, aun asi para evitar perder el tiempo con tanto calculo se pone uno que soporte la misma intensidad maxima que circule por el motor, y luego tenga una potencia considerable para el PWM que tendras.

[elgarbe]

un zener con direccion a masa es mas efectivo para evitar el pico en las bobinas, suele ser mas rapido que un diodo normal.

Para saber que diodo seria correcto habria que saber que inductancia tiene el motor, aun asi para evitar perder el tiempo con tanto calculo se pone uno que soporte la misma intensidad maxima que circule por el motor, y luego tenga una potencia considerable para el PWM que tendras.

Lo del zenner lo habia leído, pero sigo sin saber como dimensionarlo, digo, de que tensión.
Si es un diodo rápido habia leído que debe ser bien rápido (no schokkty, sino los ultra fast) y lo mas importante son los picos de tension que soportan, no tanto la corriente ya que los picos al desconectar el motor son de mucha tension, pero baja corriente... aunque de todo esto no estoy tan seguro... sigo leyendo y buscando info....

Saludos y gracias!

[elgarbe]

http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=42862.msg360091#msg360091

por lo que me explica Carlos acá, y casi había olvidado, el diodo que pondría es el SF54 que tengo de otros productos que fabrico:

SF54 DIODO S.FAST 5A 200V 35NS DO-27

Saludos!

[MerLiNz]

Es simple, si tu mosfet es de 30V, debes poner el zener algo inferior a esto para evitar que le afecte y superior a la tension nominal para evitar que haya fugas, osea si tienes 30V de mosfet y 12V pues con usar uno de 20V te serviria. Lo que hace en este caso el circuito con el zener seria que al cortar el mosfet empezaria a aumentar la tension hasta el voltaje zener (20v) a partir de ahi conduciria y evitaria que se jodiese el mosfet, aun asi, los mosfet tambien tienen un zener, y hay algunos que soportan mucho el efecto inductivo, en el datasheet lo suele indicar en mJ. El unico problema es que se calientan mas porque disipan esa energia inductiva.

Luego, si decides usar un diodo normal, entre mas rapido sea el diodo, menor sera el pico que se genera, por lo cual si usas uno lo suficiente veloz no necesitarias ponerlo de mucho voltaje, ese pico que se genera ocurre justo al cortar la corriente y mientras mas tarde el diodo en empezar a conducir, pues mas alto sera el pico.

Para que te enteres bien de todo esto, te recomiendo que te busques un simulador de circuitos con parametros parecidos al tuyo y vayas jugando con diodos normales y zener, asi podrias ver la reaccion que tiene frente a distintos diodos, distintas intensidades y distintos componentes.

[elgarbe]

Es simple, si tu mosfet es de 30V, debes poner el zener algo inferior a esto para evitar que le afecte y superior a la tension nominal para evitar que haya fugas, osea si tienes 30V de mosfet y 12V pues con usar uno de 20V te serviria. Lo que hace en este caso el circuito con el zener seria que al cortar el mosfet empezaria a aumentar la tension hasta el voltaje zener (20v) a partir de ahi conduciria y evitaria que se jodiese el mosfet, aun asi, los mosfet tambien tienen un zener, y hay algunos que soportan mucho el efecto inductivo, en el datasheet lo suele indicar en mJ. El unico problema es que se calientan mas porque disipan esa energia inductiva.

Luego, si decides usar un diodo normal, entre mas rapido sea el diodo, menor sera el pico que se genera, por lo cual si usas uno lo suficiente veloz no necesitarias ponerlo de mucho voltaje, ese pico que se genera ocurre justo al cortar la corriente y mientras mas tarde el diodo en empezar a conducir, pues mas alto sera el pico.

Para que te enteres bien de todo esto, te recomiendo que te busques un simulador de circuitos con parametros parecidos al tuyo y vayas jugando con diodos normales y zener, asi podrias ver la reaccion que tiene frente a distintos diodos, distintas intensidades y distintos componentes.

Entendido a la perfeccion!

gracias!

[elgarbe]

Bueno, el ruteo de la placa... le falta un poquito de trabajo, sobre todo revisando que GND llegue bien a todos lados y con buen trazo...



si a alguien le interesa, subo el proyecto en Altium

Saludos!

[Chaly29]

Hola elgarbe, con el diodo que te e recomendado es suficiente (dos en paralelos por cada motor) normalmente se utiliza un diodo de una intensidad tal que sea igual o mayor que la máxima consumida por el motor.

Los zener para la función que te están recomendando no son de utilidad (podes hacer de cuenta que ni siquiera están) ya que son extremadamente lentos.
Para limitar los transitorios se deben usar diodos tipo transzorb, estos si soportan las potencias de los transitorios y tienen la velocidad suficiente, el problema es que todavía son muy difíciles de conseguir en Argentina. Usa los que te recomendé que no tendrás problemas, ya los tengo más que probados...
En los climatic de los camiones, se usan diodos rápidos para esa función, tal como el que te recomendé y usan uno solo ya que esos motores consumen aproximadamente unos 4A en 24Vcc y unos 7A en 12Vcc. Y de esas placas arreglo cantidades por año y nunca tienen ese diodo quemado    ni los problemas son por culpa de ese diodo.

Para acelerar la conmutación, puedes agregar los capacitores de los cuales hablas, deben estar en paralelo a las resistencias R2, R3, R12 y R13, con un valor de 1nF debería ser más que suficiente, de última está en probarlos si tienes un osciloscopio.

Por más dudas me consultas.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

Pda: Esos relay que estas usando en el diseño, pues los veo muy chicos para trabajar con 10 u 11 (250W) amperios en 24Vcc. a mi forma de ver las cosas, o se te sueldan o se estropean muy rápidamente. Igual será cuestión de probar.
Otro consejo!! a engrosar las pistas que conducen la corriente del motor, pues esa placa parecerá estufa a cuarzo
Los mosfet necesitarán disipador
Esos conectores los veo medio débiles para los 10A y ni hablar de 20A que es lo que puede llegar a soportar el conector de entrada de alimentación de los motores
Fíjate que la masa del mosfet 2 "M2" es muy deficiente, tiene un recorrido muy largo para llegar hasta el conector de alimentación y pistas muy finas. Es siempre mejor usar dos conectores independientes de alimentación, uno por motor. Aunque después se unan en la batería

[Picuino]

Los condensadores sobre todo aceleran el apagado de los BJT.
Cuando están en saturación, los transistores bipolares tardan bastante (1 o 2 us) en pasar a corte si la resistencia de base es alta.
El encendido (paso de corte a saturación) es más rápido. De todas formas el condensador también lo acelera.

En las pruebas que he hecho con 5 voltios de variación de tensión sobre la resistencia de base de un BC817, con un condensador de 150 a 220 picofaradios es suficiente.

Los condensadores producen picos de corriente que hay que limitar. Yo los utilizo a la salida de un pin de microcontrolador, que no sobrepasa los 50mA de corriente.
Si colocas el condensador en una fuente de corriente mayor, ten en cuenta que la base de los transistores se quema con corrientes altas (más de 100mA sostenidos).

Saludos.

[MerLiNz]

Hola elgarbe, con el diodo que te e recomendado es suficiente (dos en paralelos por cada motor) normalmente se utiliza un diodo de una intensidad tal que sea igual o mayor que la máxima consumida por el motor.

Los zener para la función que te están recomendando no son de utilidad (podes hacer de cuenta que ni siquiera están) ya que son extremadamente lentos.
Para limitar los transitorios se deben usar diodos tipo transzorb, estos si soportan las potencias de los transitorios y tienen la velocidad suficiente, el problema es que todavía son muy difíciles de conseguir en Argentina. Usa los que te recomendé que no tendrás problemas, ya los tengo más que probados...
En los climatic de los camiones, se usan diodos rápidos para esa función, tal como el que te recomendé y usan uno solo ya que esos motores consumen aproximadamente unos 4A en 24Vcc y unos 7A en 12Vcc. Y de esas placas arreglo cantidades por año y nunca tienen ese diodo quemado    ni los problemas son por culpa de ese diodo.

Para acelerar la conmutación, puedes agregar los capacitores de los cuales hablas, deben estar en paralelo a las resistencias R2, R3, R12 y R13, con un valor de 1nF debería ser más que suficiente, de última está en probarlos si tienes un osciloscopio.

Por más dudas me consultas.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

Pda: Esos relay que estas usando en el diseño, pues los veo muy chicos para trabajar con 10 u 11 (250W) amperios en 24Vcc. a mi forma de ver las cosas, o se te sueldan o se estropean muy rápidamente. Igual será cuestión de probar.
Otro consejo!! a engrosar las pistas que conducen la corriente del motor, pues esa placa parecerá estufa a cuarzo
Los mosfet necesitarán disipador
Esos conectores los veo medio débiles para los 10A y ni hablar de 20A que es lo que puede llegar a soportar el conector de entrada de alimentación de los motores
Fíjate que la masa del mosfet 2 "M2" es muy deficiente, tiene un recorrido muy largo para llegar hasta el conector de alimentación y pistas muy finas. Es siempre mejor usar dos conectores independientes de alimentación, uno por motor. Aunque después se unan en la batería

Estas seguro de que los zener son lentos???

http://www.mouser.com/ds/2/308/P6SMB6.8AT3-D-99834.pdf

ahi pone que la respuesta es: Response Time is Typically < 1 ns

dudo mucho que un diodo normal llege a menos de 1ns en la respuesta, asi que supongo que te referiras a otro tipo de zener??

Sin contar, que un zener disipa mas rapido la energia que produce la bobina puesto que si lo pones de 20V estas disipando una energia en 20V x I, sin embargo un diodo normal tienes 0,7V mas o menos de caida por lo cual tarda mas del triple.

[MerLiNz]

Aqui teneis otro PDF de los distintos metodos de supresion para cargas inductivas:
http://www.te.com/commerce/DocumentDelivery/DDEController?Action=srchrtrv&DocNm=13C3311_AppNote&DocType=CS&DocLang=EN

Como se puede ver un zener+diodo tarda 1.9ms frente un diodo que tarda 9.8ms. Luego en la medicion de los picos, un diodo zener de 24V + 0.8V del diodo (va en serie con el zener pero no es obligatorio, solo se pone para evitar que la corriente no circule en sentido contrario en el zener) da 25V, y el diodo normal 0.8V.

Si yo en mi caso recomiendo el zener es porque despues de buscar y buscar lo que mas he visto recomendado es el zener por su velocidad tanto de supresion como de disipar la energia, por lo cual a la hora de un switching rapido un diodo normal se colapsa. Pensar que en el ejemplo que pone en el pdf tarda 9.8ms, si tienes un switching de 100khz, estamos casi justo en los 10ms, frente al zener que solo tardaria 2ms.

[Picuino]

Creo que estáis hablando de cosas distintas.

Una cosa es disipar la energía de la bobina del relé (ahí un zener va bien, como dice MerLinZ)

Otra cosa distinta es mantener a cero la tensión del motor mientras el ciclo PWM está a cero (ahí el diodo no tiene que disipar energía, sino mantenerla con una caída de tensión baja, como dice Charly29).


Saludos.

[MerLiNz]

un motor se porta "parecido" a un rele, el rele realmente produce muy poca energia por eso con un diodo tipo 1n4007 vas sobrado, por eso se suele usar un diodo normal, porque los zener son mas caros y no necesitan tanto para un simple rele.

En el motor ocurre igual, al cortar la corriente este produce un efecto inductivo y lo que se quiere es evitar que el mosfet se queme, si no le ponemos diodo ni nada el propio mosfet absorbe este pico puesto que internamente lleva un zener de un valor VDS, sin embargo si es demasiada energia se sobrecalienta y se quema. En este caso, poniendole un zener o diodo absorbemos ese pico para evitar que el mosfet se queme, la diferencia esta en que el diodo normal tarda mas en poner ese valor a 0 que un zener, a su vez el zener genera mas voltaje en el source, pero no tanto como puede soportar el mosfet por lo cual no le afecta.

No estoy diciendo que no se pueda usar un diodo normal, simplemente digo que un zener es mas efectivo, sino probar vosotros mismos con un PWM y le poneis un osciloscopio en la source, con una shunt podeis ver la intensidad que pasa por ambos diodos y comparar el tiempo que tarda en absorber el pico.

[elgarbe]

Yo no estoy seguro cual es más usado,pero aclaró que carlos sugiere un diodo ultra fast, como el sf54, no un diodo común. Lo que nunca he medido es cuanta energía se genera cuando se corta la alimentación del motor. Depende del motor, pero como no lo he ensayado no tengo ese dato.
En la red he visto a quienes aconsejan el zenner y quienes aconsejan el diodo ultra fast. Sera cuestión de que alguno de nosotros haga una experiencia para sacarse la duda... No?

Sds.