Autor Tema: PIC - MOSFET - MOTOR  (Leído 17034 veces)

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Desconectado planeta9999

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PIC - MOSFET - MOTOR
« en: 26 de Enero de 2016, 10:08:50 »
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Tengo un diseño en el que he de controlar un motor de continua con un consumo de unos 18 Amperios (según el cliente), aunque yo creo que al final va a ser mucho menos, sobre unos 10 Amperios. Este diseño no precisa variar la velocidad de motor, solo encenderlo o apagarlo, así que no habrá control por PWM.

Mi duda radica en el tipo de circuito a emplear.
Tengo entendido que un MOSFET "Logic Level" puede conectarse directamente al puerto de un microcontrolador, sin nada más por medio, pero veo otros circuitos en los que se añade un transistor, incluso dos. No entiendo que ventaja tiene complicar el circuito añadiendo componentes, si en teoría un MOSFET que permita disparar la puerta con un voltaje de 3.3v ó 5v, funcionaría sin necesidad de más componentes.

Tampoco tengo claro si mirar el dato "Gate Threshold Voltage" en el datasheet del MOSFET ya me sirve para asegurarme de que ese MOSFET puede ser atacado directamente por el puerto de un microcontrolador.

En principio tenía el diseño solo con el MOSFET directo al puerto (primer esquema de abajo). Pero como no estoy seguro de que funcione perfectamente (por algún sitio he leido que el MOSFET se recalentaría mucho), al final he añadido un transistor y una resistencia, según el segundo circuito que pongo abajo, con un diodo de 10 amperios en paralelo con el motor.
 



« Última modificación: 26 de Enero de 2016, 10:19:23 por planeta9999 »

Desconectado Chaly29

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Re:PIC - MOSFET - MOTOR
« Respuesta #1 en: 26 de Enero de 2016, 13:14:10 »
Hola planeta9999, el segundo circuito te funcionaría de maravillas, si no debes de usar un PWM, o sea si la frecuencia de conmutación de dicho motor es inferior a los 0.5 Hz.

Pero deberías de implementarle algunas modificaciones:

R1 de 1K
R2 de 4K7
D1 de 18A rápido (tensión de por lo menos 2 veces la de alimentación)

O sea el diodo de protección que va en inversa y en paralelo al motor, debe de poder soportar por lo menos la misma intensidad que la máxima consumida por el motor usado, en este caso 18A

Por lo demás, yo confío más es ente circuito (segundo esquema) que de un mosfet "Logic Level"

Un saludo.

Atte. CARLOS.

La teoría es cuando se sabe todo y nada funciona. La práctica es cuando todo funciona y nadie sabe por qué.

Desconectado planeta9999

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Re:PIC - MOSFET - MOTOR
« Respuesta #2 en: 26 de Enero de 2016, 13:39:20 »


Gracias Chaly.
¿ Sabes que desventajas tiene usar directamente un MOSFET Logig Level conectado al puerto del PIC ?.

Desconectado Chaly29

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Re:PIC - MOSFET - MOTOR
« Respuesta #3 en: 26 de Enero de 2016, 23:26:31 »
Hola planeta9999, la principal desventaja es que siempre que tengas una tensión más alejada del "Gate Threshold Voltage" obtendrás una menor resistencia Rds.

Por ejemplo, con el IRF540 si miramos el datasheet nos dice que el Gate Threshold Voltage es de 3V y que la Rds es de 0.05 ohms, pero si vamos a la práctica, no conseguiremos una Rds considerablemente baja hasta no superar los 6.5 o 7 volts.

Que significa esto, que podemos conmutar el IRF540 directo con un PIC, pero disiparía mucha más de la potencia esperada, con la consiguiente perdida de potencia, disipadores extras, etc.

El datasheet, si no sabemos leerlo, nos engañará, por ejemplo, para el IRF3205 (uso este porque justo tengo uno para las pruebas) de International Rectifier, los datos son los siguientes:


* IRF3205.PNG
(46.5 kB, 734x214 - visto 2456 veces)


Nosotros vemos estos datos:
Gate Threshold Voltage = entre 2 y 4 Volts
Rds = 0.008 ohms

El gran error está en no ver los datos de la columna Conditions.

Por lo tanto: Si!! Tenemos una Gate Threshold Voltage de 2V a 4V, pero con solo 250 uA de drain.
                     Y si!! Tenemos una Rds de 0.008 ohms, pero con una tensión de gate de 10V

El siguiente circuito es un clásico para la prueba de MOSFET:


* Test.png
(0.58 kB, 188x238 - visto 2498 veces)


En este caso usaremos el IRF3205, pero sirve para cualquier mosfet.
Para saber el mínimo Gate Threshold Voltage necesario para disparar un mosfet de manera medianamente adecuada se hace lo siguiente:

Con el circuito anterior (mosfet montado en buen disipador), y sabiendo la tensión de la fuente de alimentación, se calcula R1 para que por la misma circule una corriente igual al de la carga a controlar. La resistencia puede ser eliminada si usamos una fuente que posea control de corriente programable, de hecho, la prueba real se realiza con una fuente de corriente constante. Y con esta fuente es que yo hago la prueba de a continuación.

Para el ejemplo uso un IRF3205 y la corriente de la carga será de 5A.
Con el circuito anterior, eliminando la resistencia porque en mi caso no es necesaria, obtenemos entre el punto "A" y masa, una tensión de gate de 4.6V. Que significa esto?

Que con una carga de 5A y usando una tensión de gate de 4.6V tenemos una resistencia Rds de:

4.6 / 5 = 0.92 ohms Estos 0.92 ohms serán siempre igual mientras la tensión de gate sea de 4.6V

El mismo mosfet, para una corriente de 1A posee una tensión de 4.0 y una resistencia de:

4 / 1 = 4 ohms

Como ves, podemos usar los 5V del PIC para conmutar el mosfet, pero este poseerá una RDS no acorde con lo leído en el datasheet si no sabemos como leer el mismo.

Por supuesto hay mosfet más adaptados que el IRF3205 para un logic level, o sea que a 5V tendrán una Rds inferior que este, pero siempre tendrán el mismo problema: cuanto más baja la tensión del gate, una mayor Rds.

Por lo tanto y por todo lo dicho es que yo siempre recomiendo una tensión de gate no menor a los 10V, siendo lo ideal entre los 12 y los 15V.

Espero Haber sido claro, cualquier cosa me preguntas.

Un saludo.

Atte. CARLOS.


 
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Desconectado planeta9999

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Re:PIC - MOSFET - MOTOR
« Respuesta #4 en: 27 de Enero de 2016, 06:38:34 »
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Ok, gracias Chaly, entiendo.
¿ Y no hay manera de saber leyendo el datasheet, cual es el voltaje en puerta, para que la Rds sea la mínima, osea para que el MOSFET se comporte como un interruptor ?, creo que alguien comentó en un post, que eso se veía en alguna gráfica del datasheet.

Como en mi caso, el PIC va a 3.3v, la situación es peor para conectar directo un MOSFET. Necesitaría uno que de una Rds lo más baja posible atancado a la puerta con 3.3v. Creo que será mejor que use siempre el circuito con transitor y MOSFET y no me complico la vida.


Desconectado stk500

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Re:PIC - MOSFET - MOTOR
« Respuesta #5 en: 27 de Enero de 2016, 06:46:34 »
Exacto como dice Carlos, en el circuito de abajo, ese esquema lo he usado para conmutar sin tener que usar Reles.
Saludos

Desconectado manwenwe

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Re:PIC - MOSFET - MOTOR
« Respuesta #6 en: 27 de Enero de 2016, 09:51:50 »
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Ok, gracias Chaly, entiendo.
¿ Y no hay manera de saber leyendo el datasheet, cual es el voltaje en puerta, para que la Rds sea la mínima, osea para que el MOSFET se comporte como un interruptor ?, creo que alguien comentó en un post, que eso se veía en alguna gráfica del datasheet.

Supongo que la RDSon será inversamente proporcional a VGS pero no de forma lineal: a partir de un VGS ya estás en el mínimo RDSon. En algún datasheet creo haber visto gráficas. Si pones el máximo VGS permitido menos un "gap" por si hay picos seguro que aciertas :P.

Saludos.
Ojo por ojo y todo el mundo acabará ciego - Mahatma Gandhi -

Desconectado planeta9999

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Re:PIC - MOSFET - MOTOR
« Respuesta #7 en: 27 de Enero de 2016, 10:01:40 »
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Supongo que la gráfica en el datasheet será algo como esto.





Sin embargo, mirando los datasheet de los dos MOSFET que estoy probando, el IRFZ44NSPBF y el IRLR8729PBF, en el eje Y de la gráfica ponen la corriente drenador-fuente. Supongo que servirá igual, es ver con que voltaje de puerta tenemos la máxima corriente drenador-fuente. En el primero con 3 voltios de puerta, tendríamos 10 amperios drenador-fuente, muy justito para mi aplicación, en el segundo la gráfica ni siquiera baja de 4 voltios.


IRLR8729PBF




IRFZ44NSPBF 



« Última modificación: 27 de Enero de 2016, 10:32:45 por planeta9999 »

Desconectado planeta9999

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Re:PIC - MOSFET - MOTOR
« Respuesta #8 en: 27 de Enero de 2016, 10:20:10 »
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Otra cosa que me intriga, el IRFZ44NSPBF es de 49 amperios y el IRLR8729PBF de 58 amperios, sin embargo el de menor amperaje disipa el doble de potencia (110W vs 55W), supongo que por el tipo de encapsulado, pero me ha resultado curioso porque tampoco me podré guiar unicamente por el amperaje máximo que soporta el MOSFET.

En este caso creo que me interesa el MOSFET de menor amperaje para manejar un motor que consumirá unos 10 Amperios, porque se calentará menos sin necesidad de disipador. Solo tengo puesto un pad de cobre en ambas caras del PCB, unidos por un puñado de vías, espero que sea suficiente para disipar el calor.


« Última modificación: 27 de Enero de 2016, 10:27:21 por planeta9999 »

Desconectado Jorge555

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Re:PIC - MOSFET - MOTOR
« Respuesta #9 en: 27 de Enero de 2016, 13:19:23 »
En los datasheets de todos los integrados tienes las resistencias térmicas: junction to case, junction to ambient, etc.. que te indica como de bueno es el componente sacando el calor.

Tienes que atender a la corriente que pasa por el mosfet, a la Rds que es función de la Vgs, cuanto mayor sea la Vgs mejor como han indicado anteriormente, y a la facilidad del encapsulado para sacar el calor según sus resistencias térmicas.

Este post es orientativo: http://webdelcire.com/wordpress/archives/1426 , no es exacto ya que a la hora de sacar el calor hay que tomar muchas más consideraciones de las que ahi se toman, no las recuerdo exactamente ahora pero cuando lo miré en su día faltaban varias.

En appendix A tienes varios parámetros que influyen: http://www.ti.com/lit/an/slma002g/slma002g.pdf

Ejemplo de cálculo de un heatsink: http://www.micrel.com/_PDF/App-Hints/ah-17.pdf

No tengo ningún enlace más de nota de aplicación a mano (solo los anteriores que los tenía en el pc) pero recuerdo haberlos visto bastante completos cuando estuve buscando.

Cuanto más grande el plano de cobre para el mosfet mejor, y probablemente también puedas montar un disipador en él para ese encapsulado. La Vgs cuanto mayor mejor, en tu caso no lo necesitas ya que mo vas a tener pérdidas en el mosfet por conmutación (no hay pwm), pero cuando hay pwm suele ser habitual utilizar drivers de mosfets que eleven la tensión Vgs al máximo y proporcionen un pico de corriente para cargar la capacitancia parásita de la puerta y la conmutación se realice de la forma más rápida posible.

Para ver la distribución del calor en un pcb y los componentes suele venir bien tener una cámara térmica, pero cuestan un dineral, yo he estado pensando hacerme con una pero se iba casi a 1k euros  :5].

Desconectado Chaly29

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Re:PIC - MOSFET - MOTOR
« Respuesta #10 en: 27 de Enero de 2016, 13:56:27 »
Hola planeta9999, desde ya te puedo ir diciendo que el IRFZ44 no funcionaría de manera correcta con 3.3V de gate y una corriente de 18A, de hecho te puedo confirmar que se quemaría muy rápidamente y más aún con ese pequeño pad de disipación que tienes en esa PCB, esto te lo confirmo porque poseo una buena experiencia con el IRFZ44

Por el otro, no sabría que decirte, nunca lo e trabajado, pero no creo que la cosa varíe mucho.

Yo pensaba que lo disparabas con 5V, pero ahora que veo que lo intentas hacer con 3.3V, desde ya te puedo decir que uses el circuito del transistor y la resistencia, ya que la opción de usar 3.3V te acarrearía muchos problemas, de eso estoy seguro.

Ahora si usas el circuito de la resistencia y transistor, y tienes una tensión de disparo de 12V, estoy casi seguro que con el pad que tienes en ese PCB y la placa posee una mínima ventilación, yo creo que alcanzaría para la disipación que necesitarías, de última puedes estimar el uso del IRF3205 que posee una Rds de solo 8 mohms con una tensión de gate de 12V.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

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Desconectado planeta9999

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Re:PIC - MOSFET - MOTOR
« Respuesta #11 en: 27 de Enero de 2016, 14:52:52 »


Gracias Jorge y Chaly, ya voy teniendo las cosas más claras.

Desconectado planeta9999

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Re:PIC - MOSFET - MOTOR
« Respuesta #12 en: 07 de Febrero de 2016, 09:20:38 »
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Después de montar la placa con el esquema del Transistor + MOSFET N, le encontré un problema y he decidido cambiarlo. Resulta que el motor se pone a girar nada más darle tensión, hasta que el programa del microcontrolador lo desactiva, entiendo que sin señal en la base del transistor, el MOSFET conduce, y cuando la base del transistor se pone a nivel lógico alto es cuando el mosfet deja de conducir.

Es un pequeño inconveniente, pero no me gusta, porque el motor que va a controlar está montado en un dispositivo que hace bastante ruido, y que siempre que le de tensión al micro el motor gire aunque sea por un lapso de tiempo corto no me convence.

He modificado el esquema con un MOSFET canal P, que entiendo que funciona a la inversa, sin señal en la base del transistor el mosfet no conduce, y con nivel lógico alto en la base del transistor el MOSFET alimenta al motor. En el circuito inicial con MOSFET N, he tratado de optimizar al máximo el programa para desactivar de inmediato el motor, pero aún así siempre arranca y gira aunque sea 1 segundo y resulta molesto por el ruido.


« Última modificación: 07 de Febrero de 2016, 15:05:08 por planeta9999 »

Desconectado Picuino

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Re:PIC - MOSFET - MOTOR
« Respuesta #13 en: 07 de Febrero de 2016, 13:00:35 »
Podrías probar con este mosfet: IPD90N03S4L-02
http://www.mouser.es/ProductDetail/Infineon-Technologies/IPD90N03S4L-02/?qs=sGAEpiMZZMshyDBzk1%2fWi5ISJmYFIFJTH008sJXiQ3M%3d

Aguanta hasta 90 amperios (para las corrientes de arranque te vendrá muy bien)

Sus curvas son estas:


* Curves.png
(19.1 kB, 835x565 - visto 2314 veces)


Puede que funcione con activación directa, en caso contrario, pones una puerta lógica entre medias que cambie niveles y listo.

Un saludo.

Desconectado planeta9999

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Re:PIC - MOSFET - MOTOR
« Respuesta #14 en: 07 de Febrero de 2016, 15:15:39 »
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Gracias por la sugerencia Picuino, pero el problema no es el MOSFET, sino el circuito que sin tensión en la base del transistor deja que el mosfet canal N conduza, por eso al darle tensión al circuito el motor se pone a girar hasta que el programa lo desactiva poniendo la base del transistor a nivel lógico alto, dura poco pero es un incordio.

En cuanto a conectarlo directo al PIC no me atrevo, va alimentado a 3.3v, y creo que no sería suficiente para que el MOSFET conduzca al 100%. Con el circuito que añade un NPN me ha funcionado perfecto en ese sentido.

Meter una puerta lógica para invertir la polaridad es más complicado que cambiar el circuito del MOSFET canal N por uno P. De todas formas tenía que rehacer las placas porque cometí un error al cablear unos chips CD4066, el símbolo me engañó y confundí la patilla de control de sus microinterruptores con una de las del interruptor, los tres chips más cableados, placas a la basura y a pedirlas de nuevo al chino.

Por eso aprovechando, como no me gusta el comportamiento del circuito al dejar que el motor gire al darle tensión al PIC, lo voy a cambiar, creo que con el circuito que he puesto usando un MOSFET canal P se resolverá, y de paso le pondré unos led que me pidió el cliente cuando estuvimos probando el circuito este Sábado.

« Última modificación: 07 de Febrero de 2016, 15:22:14 por planeta9999 »