Sterownik silnika na VNH3SP30

[ZalO_o]

Cześć!

Tworzę bardzo ważny projekt dla mnie i moich znajomych z koła naukowego, a konkretnie sterownik silników oparty na scalonych mostkach h VNH3SP30. Chcemy dobry i niezawodny podwójny sterownik oparty właśnie na tych układach.

Pytanie jest konkretne, a mianowicie jaki dobrać tranzystor n-mosfet przy masie układu?

Sterownik ma pracować do napięcia 36V, będzie wyposażony w radiator i będzie pracował mocno obciążony.

[marek1707]

Nie macie szans zrobić "dobrego i niezawodnego" czegokolwiek ucząc się jednocześnie jak to zrobić - a z samego pytania widzę poziom doświadczenia: zero. Jest tak wiele miejsc na których można polec, że dopiero któraś wersja będzie jako tako poprawna. Nie ma co się napinać, uzbierajcie kilkaset złotych i kupcie gotowy bo stracicie i czas i pieniądze. Niejeden projekt i/lub ambitny zespół poległ na takim podejściu, nie wyważajcie dawno otwartych drzwi. Przecież w cenie profesjonalnych driverów są nie tylko elementy, ale przede wszystkim ogrom doświadczenia i wiedzy o tym jak to się robi. Jeśli jest to moduł "mission critical" to wręcz naiwnością jest sądzić, że samoróbka zrobiona przez początkujących będzie lepsza niż dopracowany, drogi i przeznaczony na profesjonalny rynek produkt rynkowy, prawda?

I nie, nie jest tak, że biorąc scalak na którym jest napisane "30A' dostajecie z automatu driver 30A. Nie jest tak, że jeśli kupicie polecony przez kogoś tranzystor i wrysujecie go na schemat, to już koniec pracy. Projekt PCB do takiego układu jest bardzo trudny bo to nie tylko ścieżki odwzorowujące schemat ideowy, ale i gospodarka ciepłem z elementów aktywnych, zarządzanie spadkami napięć na masach, temperaturą ścieżek, walka z przesłuchami, sprzężeniami pojemnościowymi, zakłóceniami generowanymi przez silnik i sam mostek itd itp. A przecież schematy i PCB to dopiero pierwszy, mały krok. Potem trzeba zgromadzić oprzyrządowanie do zbudowania platformy testowej (ma być "niezawodnie" - więc to megaważny etap) czyli zasilacze, oscyloskop, analizator widma, sztuczne obciążenia, komora termiczna i czas na upierdliwe testy, analiza problemów, poprawki - w tym kolejne PCB - bo pewnych rzeczy nie da się poprawić nalutowaniem kondensatorka itd.. Moim zdaniem, jeśli nie pracujesz nad tym dzień w dzień tylko jest to zajęcie wieczorne w kole, po pół roku i kilku prototypach będziesz już coś wiedział.

Przemyśl to. Coś na pewno zrobisz i silnikiem zakręcisz, ale kolejne awarie Twoich pociesznych układów - szczególnie na pokazach, prezentacjach czy zawodach raczej zmniejszą zaufanie do Twoich umiejętności i w końcu i tak kupicie porządne moduły - widziałem już wiele takich przypadków. Skupcie się na tym, czego nie możecie dostać gotowego: na przemyślanej konstrukcji mechanicznej i elektronicznej, poprawnym montażu, okablowaniu no i oprogramowaniu.

[ZalO_o]

Oczywiście jest dużo racji w tym co piszesz, sam w swoich konstrukcjach korzystam z gotowych rozwiązań, np Sabertooth 2x60A, mimo to chciałem po prostu spróbować zmierzyć się z tym zadaniem.

[marek1707]

Optymalne podejście zależy od wielu czynników. Jeśli macie już jakiś budżet, czas i wymagania, to powinno być w miarę oczywiste jak to zrobić. W ciągu miesiąca, gdy zakasasz rękawy, jesteś w stanie wymyślić, zaprojektować, wykonać i odpalić (w dobrym tego słowa znaczeniu) pierwszy prototyp drivera. Potem badania, zmiany, druga wersja itd. Jeśli wymagania są wysokie (temperatury, wielkość, masa) to dochodzi cała masa problemów z zaprojektowaniem systemu chłodzenia a więc współpracą a najbliższą "mechaniką" - transfer ciepła przez przewodzenie ścianami i/lub chłodzenie powietrzne - wymuszone lub nie. Przy większych prądach nietrywialne stają się problemy złącz i okablowania oraz zrobienie tego wszystkiego tak, by było serwisowalne, także być może "w polu". Ty to wszystko już wiesz więc podjąć decyzję jest ci dużo łatwiej niż nam tutaj. Natomiast jeśli cała ta "dobroć i niezawodność" to tylko takie dobrze widziane hasła PR, na dodatek czasu jest sporo i w sumie nit Ci głowy nie urwie jak coś padnie bo to i tak amatorska konstrukcja na podwórko a nie łazik księżycowy, to w sumie wszystko jedno co zrobisz. Wtedy możesz się bawić ucząc Napisz po co wg Ciebie jest ten tranzystor i jakie przewidujesz jego warunki pracy. Powinno wyjść z tego kilka wymagań, możemy o nich pogadać. A prędzej czy później będziesz musiał takie decyzje podejmować samodzielnie.

[ZalO_o]

Domyślam się że ten mosfet służy do zabezpieczenia przed odwrotnym podłączeniem zasilania, jeśli jest inaczej proszę mnie wyprowadzić z błędu.

[marek1707]

Tak, i teraz zastanów się:

1. Czy potrzebujesz takie zabezpieczenie przy każdym z modułów driverów (jeśli będzie ich więcej) czy nie lepiej zrobić to gdzieś na wejściu, przy złączu akumulatora. Moduły "sklepowe" wyposaża się w takie zabezpieczenia, bo każdy jest osobnym bytem i trafia do innego klienta. Tutaj tak przecież nie będzie bo panujesz(?) nad całością, a każdy taki tranzystor to jednak podniesienie potencjału masy mostka ze wszelkimi tego konsekwencjami - także dla sygnałów sterowania.

2. Jeśli na scalaku jest napisane Vmax=xV to nie znaczy, że cały system może lub powinien pracować do tej granicy. ST uznało, że układ może działać do 36V, ale jest to poziom uwzględniające wszystkie zakłócenia, przepięcia i inne przypadkowe, szybkie impulsy (transient) pojawiające się na szynie zasilania, nawet te podczas np. włączania. Dobrym pomysłem jest uwzględnienie co najmniej 50% marginesu a nawet z porządnymi diodami zabezpieczającymi na zasilaniu bałbym się puszczać ten mostek na więcej niż 24-28V DC. Wyobraź sobie jakie szpile zakłóceń powstają gdy akumulator LiPol 24V o wydajności powiedzmy 200A (np. 6S 10Ah 20S - to żaden wyczyn) podłączysz nagle do okablowania jakiegoś sprzętu. Tak więc - pokora.

3. To jest tylko przykładowy schemat, pokazujący ideę. Prawdziwy tranzystor nie może być tak podłączony, bo jego bramka jest wtedy bezbronna. Pomijam fakt, że zwykle wytrzymuje ona max 20V a Ty planujesz prawie dwa razy więcej.

4. A nawet jeśli obniżysz napięcie do powiedzmy bezpiecznych 12V to podaj proszę jakich parametrów byś wtedy od tego tranzystora oczekiwał przy założeniach (jakich?) na sam driver. Będzie to praca DC więc wystarczą podstawowe prądy i napięcia, prawda?

Może napisz co to będzie za projekt, jeśli to nie tajemnica. Wtedy oczyma wyobraźni można spróbować zobaczyć całość i czyhające wszędzie w trawie grabie.

[ZalO_o]

2 sztuki podwójnych sterowników planuję zamontować w mojej konstrukcji, do napędu i ramienia manipulacyjnego które jest w budowie. Napięcie przy naładowanych akumulatorach żelowych to około 29V, więc myślę że te mostki byłyby idealne.

Kiedyś spotkałem się z zabezpieczeniem przed odwrotną polaryzacją zrealizowaną jako dioda połączona równolegle do złącza zasilania(uszkodzeniu ulegał jakiś bezpiecznik wcześniej przed mostkiem), czy to jest dobre rozwiązanie?

[marek1707]

Tak, te mostki były projektowane własnie do pracy w instalacjach samochodowych 12 i 24VDC. Twoje 2 żelowe akumulatory szeregowo spełniają te warunki.

Każde zabezpieczenie jest dobre, jeśli spełnia założone wymagania. Każde ma też swoje zalety i wady. Nie wiem czego oczekujesz - to jakbyś porównywał jabłka i pomarańcze - który z nich jest dobrym owocem?

Już zrezygnowałeś z tranzystora? Nie chciało Ci się tego przemyśleć i odpuściłeś przy pierwszym problemie czy właśnie zastanowiłeś się i wyszło, że teraz skupiamy się na diodzie. Bez czytania uzasadnień nie nadążymy za Twoim tokiem rozumowania, za to będziemy widzieć dziwnie szybkie zmiany planów, którym można się tylko przyglądać z boku.

[ZalO_o]

Uznałem, że na takim tranzystorze będzie rzeczywiście spadek napięcia, co będzie ciągnęło za sobą konsekwencje. Zakładam, że pomylenie biegunowości będzie bardzo rzadkie, a więc wprowadzenie na płytkę diody uszkodzi jakiś wcześniejszy bezpiecznik w takim przypadku.