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

[gnam]

Witam.

Buduję właśnie czołg RC i chcę wykorzystać do jego sterowania płytkę ze starego serwa oraz kość L293D DIP16.

Posiadam dwa silniki o napięciu znamionowym 24V ale będą pracować na pakiecie Li 3S. Na biegu jałowym (z reduktorem) pracują z natężeniem ok 0,2A, przy obciążeniu trochę większym niż przy pracy z układem gąsienicowym pracują z natężeniem ok 0,6A.

Przy pomocy kości L293 chcę sterować jazdą do przodu i do tyłu. Jednak jeden scalak maksymalnie może przenieść 1A (połączone oba kanały). Profilaktycznie wymyśliłem tak by dla każdego z silników jezdnych dać po jednym scalaku. Tylko nie wiem czy mogę je sterować w następujący sposób:

// OPIS podłączeń//

A - pierwszy przewód z serwa

B - drugi przewód z sera.

L1.1 - pierwsze wejście pierwszego scalaka

L1.2 - drugie wejście pierwszego scalaka.

L2.1 analogicznie j.w.

chcę to połączyć tak

A

L.1.1

L2.2

B

L1.2

L2.1

Czy będzie to działać?

Nie chcę testować bo szkoda mi uszkodzić podzespoły.

[sosnus]

Może użyj L298? http://leksykon.forbot.pl/L298,52.htm

[gnam]

Akurat mam kupione L293 i chwilowo mam brak funduszy na zakupy a L298 sporo kosztuje.

[Kafar]

Czy do takiego silnika mogę z powodzeniem podłączyć taki sterownik? Chodzi mi o ten prąd rozruchowy (stall), który wynosi 5A a maksymalny prąd wyjściowy sterownika to 3A.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Bobby]

Sam sobie odpowiedziałeś na pytanie 😉 W dodatku te 3A są podane dla baaardzo krótkiej chwili (szczegóły w datasheecie), ciągłego prądu ten sterownik może oddać 1A.

[Kafar]

Hmm, ale z tego co się orientuję to sterownik ma zabezpieczenie przed prądem zwrotnym (to jest ten prąd zablokowania 5A czy coś mylę? 😋), więc od tego się nie spali, tylko kwestia czy 2 takie silniki w robocie o masie ok. 2kg umożliwią w miarę dobrą regulację prędkości przy prądach mniejszych niż 1A? Nie mam w tym doświadczenia, nie mam pojęcia jaki prąd taki silnik będzie pobierał pod obciążeniem.

[aw]

Mam pytanie odnośnie schematu mostka H opartego na L298. Mam w domu diody ultraszybkie przełączające UF5401 czy mogę je zastosować? Domyślam że tak, ale wolę się upewnić, w temacie rodzajów/podziału diod nie jestem mocny.

[aixI]

Wydaje mi się, że nie, ponieważ Ty potrzebujesz diod Schottky'ego, np takiej. A Twoja dioda UF5401 jest diodą prostowniczą.

[aw]

Wydaje mi się, że nie, ponieważ Ty potrzebujesz diod Schottky'ego, np takiej. A Twoja dioda UF5401 jest diodą prostowniczą.

http://www.tme.eu/pl/details/uf5401-dio/diody-uniwersalne-tht/diotec-semiconductor/uf5401/#

Wg TME jest dioda przełączającą, w dokumentacji "Ultrafast Switching Silicon Rectifier Diode" http://www.tme.eu/pl/Document/d6d55df8edc818a2a20a118b3456f40e/uf5400.pdf.

Więc jest przełączająca. W dokumentacji główna właściwość to "Repetitive peak reverse voltage".

Nie wiem czy to dioda schottky, ale właśnie wydaje się mi że właściwości ma odpowiednie, ale nie jestem pewien. Na pewno nie jest to zwykła dioda prostownicza.

[marek1707]

Mimo, iż UF5401 jest rzeczywiście bardzo szybką diodą i jej czas blokowania trr=50ns jest w zupełności wystarczający do wycinania szpilek od silnika, to jednak weźcie pod uwagę, że w tej konkretnej aplikacji dioda ma za zadanie niedopuścić do pojawienia się napięć niższych niż masa lub wyższych niż zasilanie na wyjściach mostka. Jej duże (ale normalne dla krzemowych) napięcie przewodzenia Uf moim zdaniem stawia pod znakiem zapytania jakość takiego zabezpieczenia. Kiedy napięcie opadnie np. poniżej -0.8V to włączą się wewnętrzne diody podłożowe w strukturze mostka i cała ochrona na nic. UF nadają się do prostowników w przetwornicach i to tam, gdzie napięcie wyjściowe jest dość wysokie a spadek na diodzie niewiele wpływa na ogólną sprawność. Gdybym był pod ścianą (jutro odbiór urządzenia) to wstawiłbym UF, ale na spokojnie to poszukałbym diod Schottky'ego.

Co w ogóle chcesz tym mostkiem napędzać?

[aw]

Mimo, iż UF5401 jest rzeczywiście bardzo szybką diodą i jej czas blokowania trr=50ns jest w zupełności wystarczający do wycinania szpilek od silnika, to jednak weźcie pod uwagę, że w tej konkretnej aplikacji dioda ma za zadanie niedopuścić do pojawienia się napięć niższych niż masa lub wyższych niż zasilanie na wyjściach mostka. Jej duże (ale normalne dla krzemowych) napięcie przewodzenia Uf moim zdaniem stawia pod znakiem zapytania jakość takiego zabezpieczenia. Kiedy napięcie opadnie np. poniżej -0.8V to włączą się wewnętrzne diody podłożowe w strukturze mostka i cała ochrona na nic. UF nadają się do prostowników w przetwornicach i to tam, gdzie napięcie wyjściowe jest dość wysokie a spadek na diodzie niewiele wpływa na ogólną sprawność. Gdybym był pod ścianą (jutro odbiór urządzenia) to wstawiłbym UF, ale na spokojnie to poszukałbym diod Schottky'ego.

Co w ogóle chcesz tym mostkiem napędzać?

Dzięki za odpowiedź. Tym mostkiem planuje napędzać silnik ze złomu polotniczego. Niestety nie znam dokładnej jego specyfikacji. Tylko tyle że jest na 28V. Przy 19V (taki mam największy zasilacz), bez obciążenia ma pobór mocy 200-300mA. Planuje wykonać lepsze testy przy większym napięciu i zobaczyć jak się zachowa i ile pobierze prądu, zwłaszcza na 28-30V. Docelowo chiałbym z jednego mostka pociągnąć 4 takie silniki (na jeden kanał 3A przypadałaby dwa).

Możecie polecić jakis radiator do tego układu? Szukałem na TME ale nie znalazłem niczego pasującego bez pasty termo, a na nią troche szkoda mi kasy. Najlepiej z oferty botlandu bo u nich planuje dokupić dodatkowe czujniki do robota.

[marek1707]

Silniki które na pusto biorą 200-300mA po złapaniu palcem (i sparzeniu go) wezmą 0.8A a przy poważnym obciążeniu to i 2A. Zakładając tylko 1A na silnik to mamy 2A na mostek i 4A na parę. I to jest szczyt możliwości tego układu. Na szczęście napięcie jest wysokie więc względne straty nie będą zbyt bolesne. Zakładając optymistycznie 4V spadku (producent gwarantuje max. 4.9V przy 2A) dostajemy 16W ciepła 🙁 Sam mostek ma 3°C/W plus z 1°C/W na przejście do radiatora i już mamy 4°C/W*16W=64°C różnicy między strukturą a wejściem na radiator. Żeby nie jarać układu przy każdym większym podjeździe (czy to będzie jeździło?) wypadałoby dać radiator co najwyżej 4-5°C/W a to już nie jest byle co.

Ten jest zgrabny:

http://www.tme.eu/pl/details/sk185-37sa/radiatory/fischer-elektronik/sk-185-375-sa/#

albo ten:

http://www.tme.eu/pl/details/sk185-50sa/radiatory/fischer-elektronik/sk-185-50-sa/#

albo ten:

http://www.tme.eu/pl/details/pr40_75_se/radiatory/alutronic/#

w kolejności coraz mocniejszych termicznie (i niestety cenowo). W każdy z nich wchodzi obudowa Multiwatt15 mostka L298.

Ja bym w pastę termoprzewodzącą zainwestował - kupić jak najmniejszą tubkę i starczy na rok zabawy. Bez niej oszczędność jest pozorna, bo radiator musi być większy i droższy. Od biedy weź kawał blachy miedzianej 1-2mm o powierzchni ze 100cm² albo więcej, pognij w kształt kaloryfera (zachowaj pionowe kanały dla powietrza), wywierć otwór gdzieś na płaskim kawałku i po sprawie.

Maksymalny, sumaryczny prąd L298 bierze się właśnie z jego rezystancji termicznej i wielkiego spadku napięcia na tranzystorach stopni wyjściowych. Mimo fajnej obudowy i dopuszczalnej mocy strat aż 25W dostajemy w sumie tylko 4A prądu ciągłego. Cienko..

Co chcesz tymi silnikami napędzać? Bo 10000 rpm trudno wykorzystać nawet do wiatraczka. Planujesz jakieś przekładnie itp?

[aw]

Co chcesz tymi silnikami napędzać? Bo 10000 rpm trudno wykorzystać nawet do wiatraczka. Planujesz jakieś przekładnie itp?

Tak, jest przekładnia i wał kardana, o to się nie boję - może nawet przełożenie będzie za duże. Dlatego też kółka muszą być duże - szerokość 50 mm. To będzie robot sumo. Od stron mechanicznej już wszystko zaprojektowałem, od elektronicznej prawie. Konstrukcja będzie aluminiowa.

L298 co by o nim nie mówić ma jedną zaletę - ma świetny stosunek ceny do jakości. A ja niestety jestem już przy końcu swoich możliwości (a w zasadzie możliwości przekonania żony do dalszych wydatków 😉 ). Trzeba pamiętać że jak ktoś zaczyna od 0 to musi stworzyć również od 0 warsztat. Jedyne co miałem to wiertarkę. A chce jeszcze kupić stojak na wiertarkę i może stojak na szlifierkę kątową.

Dzięki za tip z tym radiatorem. Mam płaskownik aluminiowy, wykorzystam go. Spróbuje z niego zrobić "kaloryfer". Mam miernik z termometrem więc przetestuje jak bardzo się grzeje ten układ.

Co do samego mostka, pewnie bardziej efektywnie było użyć tranzystorów MOSFET i nawet taki układ widziałem w książce i tutaj, ale stwierdziłem że na początek i tak powziąłem do wykonania trudny problem. Nie mam oscylatora i obawiałem się że jak wyjdzie jakiś problem to nie poradzę sobie.

Kupiłem w TME od razu 4 szt. L298 na zapas jakbym coś "spalił". Więc może po prostu użyje dwóch mostków. Jeden będzie odpowiadać za tylną oś a drugi za przednią. Nie chciałem tego robić ze względu na potencjalne problemy ze synchronizacją, ale nie powinny być trudne.

[ Dodano: 17-12-2014, 06:10 ]

Jednak mogę tej diody użyć. Zgodnie ze specyfikacją L298 wymagania minimalne dla diod to:

Vf≤1.2 V @ I = 2 A

trr≤200 ns

Te diody mają <50ns i Vf < 1V (dla 10A), a tak naprawdę przy 3A to Vf = 0,8V.

Więc zaryzykuje. Diody Schottky np. 1N5820 mają Vf=0,5V chociaż faktycznie nie rośnie wraz z napięciem.

[marek1707]

No nie, moim zdaniem L298 ma tylko dobrą cenę. Za niewielkie pieniądze dostajesz marny układ - więc "uzysk" czyli stosunek jakości do ceny jest typowy. Co więcej, układ jest ciężki i duży (co akurat w przypadku sumo nie jest problemem, ale już pasjonat mniejszych-sumo dwa razy by się zastanowił) i powoduje duże straty napięcia i mocy więc "w pakiecie" masz marnowanie energii baterii i piecyk na pokładzie. Wszystko zależy od definicji określenia "jakość". Jeżeli 100% tej oceny to cena/szt, rzeczywiście konkurencja wymięka.

Tak, jeden mostek (dwa kanały równolegle) na silnik jest bezpieczniejsze. Daj im ten sam PWM i niech napędzają jedną stronę platformy. Może pomyśl na pomiarem prądu albo obrotów? To w L298 kosztuje tylko opornik pomiarowy np. 0.1Ω i kawałek prostego wzmacniacza. W takich bardziej siłowych zastosowaniach kontrola pracy napędu może być ważna dla rozumienia sytuacji przez algorytm. To pierwsze (prąd) pokazuje wprost obciążenie silników, to drugie pośrednio też - bo znasz wysterowanie a widzisz jaki masz efekt i co więcej możesz jechać w miarę prosto lub po jakimś zadanym łuku albo wiesz, że koła zostały np. zablokowane.

Jak chcesz w robocie uzyskać tak wysokie napięcie przy sensownej mocy z jakimś jeszcze zapasem? 28-30V to raczej nietypowa wartość i potrzebuje całego stosu akumulatorów. Ołowiowe 5x6V? Modelarskie LiPole 6S do co większych heli to "tylko" 18-25V.

Ta dioda to nie jest ryzykowanie. Jest szybka a duże napięcie w przypadku tych najmniejszych w szeregu (5400..03) nie jest aż tak przerażająco duże. Będzie działać.

Alu dużo gorzej przewodzi ciepło, więc płaskownik musi mieć min. 3mm grubości. Jakiej jest szerokości? Posadź układ na środku prostego odcinka (albo 2 lub 4 sztuki w pewnych odległościach od siebie - w końcu na radiatorze L298 ma masę) a to co wychodzi z obu stron na boki ew. zagnij. Grube aluminium źle się wygina na małych promieniach, powstają szczeliny i pęknięcia wiec może jednak spróbuj prostego odcinka? A może radiatorem może być jakiś fragment konstrukcji? Rama? Ściana obudowy? Chociaż wtedy wszelkie uderzenia będą się przenosiły na elektronikę i w końcu wyrwą się nóżki lub pady na płytce.

[aw]

Zaskoczyłeś mnie z tym pomiarem obrotów. Myślałem to zrobić na czujniku halla i przyklejonym małym magnesie do kółka.

Z zawodu jestem programistą i główny cel jaki sobie obrałem to napisanie "systemu" bezwładnościowego, wtedy te czujniki Halla miały tylko korygować błąd pomiaru akcelerometra.

Pomyślę o tym sposobie co piszesz. Szkoda że nie mam oscyloskopu bo wtedy doświadczalnie mógłbym sprawdzić co się dzieje kiedy liczba obrotów maleje/spada i odpowiednio to obsłużyć.

Jeśli chodzi cele to planuje 4* 7.4V, ale na razie do testów "czy działa" zasilacz 19V który mam ujdzie.

Jak widać użycie niestandardowych silników spowodowało że cała konstrukcja staje się nietypowa i przez to droższa. Kolejny robot o jakim już myślę żeby walczył z tym co jest będzie miał silniki na mniejsze napięcie i przekładnie z Conrad.pl. Oni tam mają przekładnie z mosiądzu a nie plastiku jak w botlandzie i innych