[Teoria] Mostek H (H-bridge) - kompendium dla robotyka

[marek1707]

Pomiar obrotów to hasło niekoniecznie oznaczające prędkość obrotową silnika. Jeżeli przekładnia jest sztywna (a jest) wszystko jedno czy założysz czujnik na osi silnika czy koła. Ten pierwszy będzie szybciej i częściej oddawał wyniki, ale ten drugi nie będzie zamęczał procesora bardzo częstymi przerwaniami. Wybierz co uważasz. Generalnie chodzi o to, by procesor miał szansę dowiedzenia się co w napędach piszczy. Silniki DC mają prostą charakterystykę: obroty spadają praktycznie liniowo ze wzrostem obciążenia (momentu na wale) a prąd wtedy liniowo rośnie aż do zatrzymania, gdzie masz prąd zwarciowy ograniczony rezystancją miedzi w uzwojeniach i moment maksymalny. Moc mechaniczna osiąga maksimum mniej więcej w połowie, bo przecież jest iloczynem momentu i obrotów. Niestety sprawność jest niezła tylko na początku - dla małych obciążeń, no ale jak się chce dawać ognia to trzeba płacić (prądem). Dlatego przyjmuje się sprawności takich silników gdzieś na 40-60%:

http://machinedesign.com/site-files/machinedesign.com/files/archive/motionsystemdesign.com/images/main-characteristics.jpg

Możesz mierzyć obroty i znając aktualne wysterowanie PWM pośrednio dowiadywać się o obciążeniu silnika (np wiedząc ile powinno być dla danego PWM podczas jazdy "na pusto") a możesz mierzyć bezpośrednio prąd będący dobrym analogiem momentu wyjściowego. A najlepiej to i to

Napędy napędami, ale skoro wspomniałeś o akcelerometrach, to znowu mam kilka pytań. Może załóż własny worklog a Admin przerzuci ostatnie posty właśnie tam?

[Rocky03]

Mam pytanie odnośnie zwiększenia maksymalnego prądu obciążenia scalonych mostków np. L293D czy L298. W google nie znalazłem innego sposobu poza dolutowywaniem na wierzch kolejnych mostków. Czy jest możliwe podłączenie tranzystorów np. MOSFET w roli końcówek mocy, żeby zwiększyć możliwość obciążania mostka do wartości maksymalnego prądu dren-źródło tranzystora MOSFET i w jaki sposób to zrobić ?

[marek1707]

Nie możesz użyć mostka do jednoczesnego sterowania obciążeniem i sterowania tranzystorami MOSFET a jako sterownik bramek tranzystorów sprawdzi się bardzo kiepsko lub wcale. Dlatego nikt tego nie robi. Jeśli 293/298 przestał Ci wystarczać, wyrzuć go i wstaw coś innego. Praktycznie każde rozwiązanie będzie lepsze niż te żałosne starocie używane chyba tylko dlatego, że można je kupić po 2zł.

[krzysiek050]

Mam parę pytań początkującego.

O ile dobrze rozumiem, to sterowanie pwm, działa na zasadzie częstego dostarczania i odcinania napięcia. Jak było wspomniane, prąd silnika przy starcie jest dużo większy niż podczas pracy. Czy to nie jest tak, że sterowanie w ten sposób jest mało wydajne, ponieważ przyspieszenie i zwolnienie silnika następuje bardzo często? Czy moc silnika nie jest słabsza przy napięciu 5V i pwm 50% niż przy napięciu 2,5V?

Zakładając że pierwsze pytanie zostanie potwierdzone, to mam kolejne.

Zanim jeszcze trafiłem na ten opis, próbowałem zasilić silnik poprzez tranzystor. Sterowanie działało, ale że był ograniczony prąd, to bardzo wolno startował i rozpędzał się do końcowych obrotów. Podejrzewam że podobnie stałoby się gdybyśmy wyprostowali pwm jakimś małym kondensatorem. Ale czy nie dałoby się jakoś połączyć tych dwóch technik żeby wyeliminować stratę mocy i powolny start?

[marek1707]

Odpowiedziałem Ci w wątku, w którym jeszcze przed chwilą Twój post się znajdował.

[piter161]

Mam pytanie. Posiadam tranzystory IRF1010E chciałbym zrobić z tymi tranzystorami mostek H, czy Tranzystor IRF4905 będzie dobry? Nie chciał bym kupić złego tranzystora z kanałem P.

[marek1707]

Tak, jasne, przecież wszyscy wiedzą co chcesz zrobić i tylko czekają by odpowiadać na pytania w rodzaju "Czy opona 26x1.8 będzie pasować do mojego roweru, bo nie chciałbym kupić za małej..".

Tranzystor 4905 nie tylko będzie, ale już jest dobry. Niestety nie wiemy czy akurat do tego co planujesz zbudować. Może podaj jakieś parametry tego mostka, zasilania, sterowania lub chociaż silnika lub tego co tam będziesz nim napędzał.

[piter161]

marek1707, Mostek będzie współpracował z silnikiem od wycieraczek z samochodu, na razie bez obciążenia. Silnik 12V, prąd nie powinien przekraczać 15A gdyby już był wykorzystany w jakimś projekcie. Kontrolę nad wszystkim będzie sprawowało Arduino. Chciałem tylko zapytać czy dobrze dobrałem parametrami te 2 tranzystory.

[marek1707]

Na 4905 przy 10A prądu dostaniesz jakieś 2-3W ciepła nie licząc grzania od przełączania. Jeśli zrobisz dobry, wysokoprądowy, 12V driver bramek i nie będziesz przekraczał 1kHz to wystarczy niewielki radiatorek i pociągnie Twój silnik bez problemu. Czy to jest wystarczająco "dobre"?

Bo jeśli potrzebujesz małej i zwartej konstrukcji (albo pracy w szerokim zakresie temperatur, np. do 100°C) to musisz szukać czegoś lepszego a gdy zajmowane przez blachy miejsce (i ciepełko) nie boli i będziesz to trzymał w temperaturze pokojowej, to jedne i drugie MOSFETy są OK.

[piter161]

Chce kupić taką płytkę (chodzi o samą płytkę której cena wynosi 8zł) rezystory, tranzystory wykorzystam swoje. Z tego co czytałem to będę musiał po cynować lub przylutować do tej płytki miedziany przewód gdy będę przekraczał 5A. Przełączanie będzie na poziomie max 1raz na 2sekundy. Czyli para IRF 1010E oraz 4905 będzie dobrze ze sobą dobrana? Czy może jakiś inny tranzystor z kanałem P lepiej by się nadawał? Jestem początkującym, jeśli chodzi o elektronikę.

[marek1707]

To zabawka. Jeżeli piszą o jakimś drutowaniu ścieżek powyżej 5A to znaczy, że po takiej zmianie kilka Amper więcej może nie spali samego laminatu. Ty mówisz o prądach powyżej 10A, które nie przejdą ani przez te ścieżynki ani przede wszystkim przez te plastikowe kostki zaciskowe. To znaczy może przez minutę da to wszystko radę, ale całość zrobi się gorąca i po tygodniu używania będzie do wyrzucenia. Tranzystory są bardzo blisko siebie co umożliwiło zastosowanie małego radiatorka i zmniejszyło całość, ale ma to swoją cenę. Nie wiem, ja bym nie ryzykował a te 5A potraktował jako maksimum tej konstrukcji.

Pewnie chcesz to opędzić tanio i liczysz, że da się jakoś oszukać fizykę i ekonomię. Niestety rzeczywistość szybko weryfikuje takie podejście. Nie ma rady: chcesz porządnie zasilać duży silnik - musisz mieć marginesy a więc większą niż potrzeba elektronikę a więc musisz zapłacić. Przykro mi. Silnik 12A wymaga mostka wytrzymującego 20-25A - taki zrób a będzie działał niezawodnie.

Acha i jeszcze: mostek z AVT nie umożliwia zmian prędkości. Z powodu żałosnej prostoty nie możesz tam podłączyć sygnału PWM, więc masz tylko stany "w lewo", "stop" i "w prawo". Jeżeli to Ci wystarczy, to po co w ogóle mostek tranzystorowy? Myślałeś o przekaźnikach? Do czego to w ogóle będzie?

[piter161]

Na razie nie mam do tego konkretnego zastosowania. Ale obroty mają być regulowane przez sygnał PWM, myślałem że ta płytka drukowana będzie dobra. Płytka uniwersalna nada się do zrobienia takiego układu? Tych plastikowych kostek bym nie lutował tylko bezpośrednio kabelki do płytki. Za każdy podsunięty pomysł będę wdzięczny.

[marek1707]

To moja rada jest taka: jeżeli nie wiesz do czego konkretnego to ma być a chcesz się pobawić w regulację silnika to:

a. Znajdź mniejszy silnik (<1A) i użyj gotowego mostka scalonego. Niektóre są naprawdę tanie:

http://botland.com.pl/188-sterowniki-silnikow-moduly?orderby=price&orderway=asc

Będziesz miał regulację prędkości w dwie strony bez żadnego drutowania płytek czy zabawy w radiatory czy drivery.

b. Znajdź troszkę lepszy tranzystor NMOS i zrób z niego regulator jednokierunkowy. Możesz do tego podłączyć swój duży silnik i pobawić się częstotliwościami PWM, jego wypełnieniami, opanować moce, grzanie, radiatory itd. Lepszy tranzystor da się sterować wprost z 5V procesora a gdy zechcesz pojechać z przełączaniem powyżej kilku kHz dospawasz po prostu lepszy driver lub przekonasz się na skórze własnego palca jak ważne jest szybkie przełączanie bramki.

c. Jak Ci się znudzi jazda w jedną stronę (nawet bez trzymanki), układ z pkt b. możesz w prosty sposób przerobić na dwukierunkowy przez dodanie jednego przekaźnika DPDT.

d. A gdy już to przestanie wystarczać, zacznij myśleć o zbudowaniu (lub kupieniu) mocniejszego mostka. Po tym wszystkim będziesz już troszkę czuł co w trawie piszczy, jak wygląda radiator i dlaczego czasem musi być po prostu duży. Może nawet nauczysz się go liczyć. Wszelkie drogi na skróty są zdradliwe. Zaczniesz z wysokiej półki i od razu zderzysz się z problemami prądów, zboczy, grzania, zakłóceń i rezystancji mas. Po co? Do tego wszystkiego przydałby się oscyloskop żeby robić to z głową i zrozumieniem zjawisk. Zacznij pomału a dalej zajedziesz bez efektownej skuchy.

[piter161]

Przekaźnik DPDT chciałem kupić niestety w sklepie AVT nie maja go na magazynie. W innych sklepach ciężko coś znaleźć ze sterowaniem cewki na 5V. Dlatego chciałem zrobić to z tymi tranzystorami. A co jest nie tak z tranzystorem IRF1010E, że mam poszukać lepszego?

[marek1707]

Dlaczego szukasz przekaźnika wysokoprądowego z cewką 5V skoro i tak masz zasilanie silnika 12V, a przekaźników DPDT na to napięcie jest mnóstwo.

IRF1010 to typowy tranzystor dużej mocy, którego ulubionym napięciem sterowania bramki jest 10-12V. Przy 4.5-5V jakie może dostarczyć procesor, ledwo budzi się do życia a to nie wróży dobrze przy obciążeniu dużym silnikiem. Wystarczy spojrzeć na charakterystyki. Może przy bardzo wolnym PWM lub wręcz pracy start-stop i prądzie kilka A jakoś to zadziała, ale ja bym zostawił go do czegoś większego i bardziej rozbudowanego (mostek z porządnym driverem?). Tranzystory są tanie a AVT nie jest ani jedynym ani też najtańszym sklepem. Tutaj masz wybór setek fajnych MOSFETów, połowa z nich jest o niebo lepsza od Twojego 1010:

http://www.tme.eu/pl/details/irf8734pbf/tranzystory-z-kanalem-n-smd/international-rectifier/

http://www.tme.eu/pl/details/ipd135n03lgatma1/tranzystory-z-kanalem-n-smd/infineon-technologies/

Jeśli chcesz sterować bramkę wprost z procesora (a dlaczego by nie - to proste i wygodne), szukaj tranzystora z małym napięciem progowym Vgs(th) i małymi pojemnościami. Jeżeli bardzo przywiązałeś się do 1010 i chcesz go mimo wszystko użyć, zbuduj driver z dwóch małych tranzystorków npn/pnp lub kup kawałek gotowego driverka z kilka złotych. Zawsze to jakaś nauka.