Sterowanie silnikiem 12V 10A PWM - atmega 328

[apaczenko1993]

Cześć Wszystkim

Zacznę od tego że mam w planach zbudować od podstaw łódkę RC sterowaną radiowo, o ile kwestię samej komunikacji pomiędzy kontrolerem a łódką mam już ogarnięte to mam problem z wysterowaniem silnika DC 12V. Jego pobór prądu waha się pomiędzy 6-11 amperów. Powiedzmy że łódka będzie działała sprawnie przez kilka minut a następnie uszkadza się tranzystor MOSFET i silnik cały czas kręci się na maksymalnych obrotach. Poniżej wrzucam schemat oraz wzór płytki PCB. Moje pytanie jest takie czy zastosowałem odpowiednie komponenty do wysterowania tego silnika.

Najważniejsze elementy co do wysterowania silnika to:

- tranzystor IRL2505

- driver to tranzystora  IR4427

Mam wątpliwości co do diody P1000 lecz może ktoś z Was wie jak to powinno wyglądać prawidłowo. 

2 sprawa to stabilizator 78S05 5V, może zamienić go na przetwornice o wyższej wydajności prądowej. Na ten moment wydajność stabilizatora to wg dokumentacji max 2A. 

Proszę o pomoc gdyż mam już dość kolejnych zamówień płytek PCB tylko po to by okazało że zrobiłem coś źle 🙂

[Gieneq]

11 godzin temu, apaczenko1993 napisał:

Moje pytanie jest takie czy zastosowałem odpowiednie komponenty do wysterowania tego silnika.

A masz możliwość przetestować je? Nie mam na myśli nowej płytki PCB ale polutować układy smd cienkimi kabelkami, spróbować wysterować silnik.

11 godzin temu, apaczenko1993 napisał:

Mam wątpliwości co do diody P1000

Możesz poszukać tego w necie "flyback diode", wygląda dobrze.

11 godzin temu, apaczenko1993 napisał:

stabilizator 78S05 5V

Te 2A to max, ale jak masz podłączony radiator. Chyba  że wyprowadzisz stabilizator i przymocujesz do kadłubu łodzi. Ale czy będziesz potrzebować takiego prądu? Chyba nie, bo praktycznie nic z tego nie zasilasz. Z doświadczenia wiem, że przetwornice impulsowe mogą płatać figle... i wystrzelić w dowolnym momencie.

 

Edytowano Lipiec 2, 2019 przez Gieneq

[grg0]

Pomogło by pewnie obejrzenie przebiegów na oscyloskopie, ale na początek można uzupełnić kondensatory. Nie widzę kondensatorów jak najbliżej zasilania sterownika, tak jak w dokumentacji elektrolit 4,7-10µF plus ceramiczny 100nF, i kondensatory jak najbliżej MOSFETa, elektrolit załóżmy ok. 100µF i ceramiczny 100nF od zasilania do masy.

[marek1707]

Można przyczepić się do schematu jak i do płytki.

Schemat. Tu już Koledzy wypomnieli kilka spraw, ja dorzucę jeszcze swoje 5 groszy: bramka zasilana przez opornik 220R. Dałeś driver o wydajności 1.5A po czym zrobiłeś z niego chuchro nie mogące wysłać więcej jak 50mA. Takie sterowanie załatwi każdy tranzystor przy amperowych prądach i sterowaniu PWM. Zmień ten szeregowy  opornik na max. 22R. Druga sprawa to radiator dla MOSFETa. Ich paramtery podawane są dla bardzo dobrego chłodzenia. Co z tego, że weźmiesz 100A tranzystor gdy zapakujesz go na golasa do płytki - spali się już przy 5A. Nie od parady obudowy TO220 mają otwór na śrubę. Zaplanuj na płytce miejsce na radiator umocowany do laminatu (poziomy lub pionowy), żeby tranzystor nie dźwigał go na swoich rachitycznych nóżkach:

https://botland.com.pl/pl/radiatory/130-radiator-rad70-19x13x9mm-to220.html

https://www.tme.eu/pl/details/sk29-38s/radiatory/

https://www.tme.eu/pl/details/sk09-37sa220/radiatory/fischer-elektronik/sk-09-37-5-sa-to-220/

Opornik R6 jest zbędny.

Wejścia drivera nie mogą wisieć w powietrzu, bo dostaniesz przełączania nieużywanego wyjścia a tego bardzo nie chcesz. Zewrzyj INB do masy.

Za to między pin procesora a wyjście SERVO daj opornik, tak ze 100R, bo gdy podłączysz serwo odwrotnie (a w końcu to się zdarzy), procek bedzie miał większą szansę przeżycia.

O obowiązkowych, szybkich kondensatorach tuż przy driverze już było - to z nich scalak będzie pompował ładunek do bramki MOSFETa a nie z odległego zasilacza.

Oddziel zasilanie serwa od reszty - tam też jest silnik i syfi na potęgę. Osobiście dałbym drugi stabilizator 5V wyłącznie na serwo. To koszt 2zł a zapominasz o wszelkich problemach ze zwisami i resetami procesora. 

Ponieważ w sytuacji dwóch osobnych stabilizatorów nie potrzebujesz żadnej wydajności na 5V zasilających procesor, to na wejściu jego 7805 dałbym opornik z 5R1..10R przed kondensatorami. To zrobi lekki filtr przeciwzakłóceniowy, żeby śmieci z silnika nie przenikały przez stabilizator do procesora.

Tuż przy złaczu do zasilania radia dałbym filtr wycinający zakłócenia RF porodukowane przez procesor. Mały dławik i 10nF powinny wystarczyć.

Opócz tego brakuje mi diodek LED przydatnych podczas uruchamiania kodu no i złącza UART - interfejsu trudnego do przecenienia gdy zaczynasz wątpić w swoje zdolności programistyczne. A prędzej czy później taka chwila nadejdzie.

Co to za radio? Brakuje masy na złączu sygnałów radiowych. Dlaczego masz osobne złącze do zasilania i osobne sygnałowe ?

Brakuje złącza programatora.

A teraz płytka. To w ogóle jest do poprawy, w zasadzie nie ma fragmentu zrobionego dobrze. No, może oprócz diody tuż przy wyjściu i obwodu generatora kwarcowego. Także pokaż poprawiony schemat, to zaczniemy rozmawiać o PCB.

[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

[Faramir]

Schemat jest bardzo uproszczony  . Autor tematu myśli iż sterowanie pwm przy średnich i większych mocach to działa tak jak teoria dla początkujących .

Tak to nie działa . 

Układ owszem zadziała ale założenia docelowe mogą nie zostać osiągnięte .

Nie wnikam np. w częstotliwości ale sam stopień mocy jest zbyt uproszczony . dobry dla silnika 5wat, dla silnika 100wat niedobry.

Żeby nie było że skrytykowałem a nie podałem jakiejś pomocy ,kierunku .

Widze dwie możliwości .

1- zapoznania się ,poszukania w necie dobrych rozwiązań dla PWM średnich mocy w modelarstwie .Nie powinno b yć z tym problemów .

2- zastosowanie przetwornicy indukcyjnej która to ma przewagę nad czystym PWM w kategoriach sprawności ,czyli mniej mocy wyparuje ,sprzet będzie 

   dłużej pływać . I nie trzeba takiej przetwornicy budować od podstaw .Obecnie jest na rynku mnóstwo zasilaczy prod Chińskiej opartych na tego 

  typu przetwornicach w niskich cenach .Wystarczy wpiąć się z sygnałem regulacyjnym pod potencjometr napięcia takiej przetwornicy .Może być nawet z izolacją

galwaniczną czyli przez transoptor .

Cena takiej przetwornicy o mocy 150W-200W u Polskich sprzedawców około 20zl .

============================

Oczywiście ten układ zaprezentowany zadziała ,warto wprowadzić zmiany o których pisali poprzednicy ale nie jest to tym czym powinno być .

-------------------------------------

PS. trzecia możliwość . Kupić gotowy sterownik modelarski DC dopasowany do  mocy silnika .Też nie jest to drogie ….

No ale lepiej byłoby samemu opanować temat to oczywiste .

I ostatnia uwaga , nie pisze tego teoretycznie .Przerabiałem kwestie sterowania PWM silników DC średniej mocy w praktyce np.500W24V

albo 150W 12V .I powiem tak ,na początku też myślałem iż taki układ jak autor przedstawił da rade .Wyszło zupełnie inaczej .

Pozdrawiam.

 

[marek1707]

No toś pomógł chłopie. Naprawdę, tylko czytać, chłonąć wiedzę i krok po kroku zbudować poprawny schemat i płytkę, wow.. 

A tak na marginesie: przetwornica DCDC którą proponujesz różni się od powyższego rozwiązania wstawieniem dodatkowej indukcyjności i kondensatora wyjściowego. Zarówno klucz jak i dioda są i tu i tu. Silnik DC robi nam za indukcyjność więc prąd (a to nas interesuje) jest wygładzony - nie widzę specjalnego sensu komplikowania topologii układu. Każdy dodatkowy element w torze przesyłania mocy to kolejne straty. Nie rozumiem więc tego zdania o poprawie sprawności - czy mógłbyś to rozwinąć? Bo jak rozumiem nie chodzi o np. prostowanie synchroniczne albo inne drobne szczegóły, które wolałbym usłyszeć od Ciebie.

Układ rzeczywiście jest prosty, ale uzupełniony schemat i poprawnie skonstruowane PCB zupełnie spokojnie da radę do założonego prądu. Trzeba tylko rozumieć zagrożenia i wiedzieć jak z nimi walczyć 🙂 No, ale temat  płytki odłożyliśmy do chwili uzyskania poprawnego schematu. Z resztą autor wątku jakoś odpuścił 😞 Ciekawe, może rzeczywiście kupił regulator modelarski? Choć takich jednokierunkowych przeznaczonych do zwykłych silników DC coraz mniej na rynku..

[Faramir]

marek1707 

licze na ciebie iż pomożesz mi w innych tematach a mam ich kilka ,na razie to nie jest moment na zapodawanie tych spraw .

W kwestiach tu omawianych . 

Nie występuje tu jako osoba narzucająca innym rozwiązania .

Po prostu napisałem jak ja to widze .

Autor tematu musi przetestować zasadniczy tu przedstawiony układ i potem sam zadecyduje czy jest dobrze czy też coś trzeba zmienić .

----------------------

Ale jeśli chciałbyś poznać mój tok analizy i moje wnioski to jestem otwarty .

Mam jeden warunek ,zasadniczy . Rozmowa nasza nie może służyć udawadnianiu który z nas lepiej zna się na czymś !

To nie może być przepychanka kto "ważniejszy" ,  inaczej nie podejmę rozmowy .Nie podejme walki o rywalizacje ,szybciej zamilknę . Oczekuje partnerskiej rozmowy .

Jeśli akceptujesz ten warunek jestem gotowy rozwinąć to co wcześniej napisałem .

Pozdrawiam .

Edytowano Lipiec 5, 2019 przez Faramir

[marek1707]

32 minuty temu, Faramir napisał:

W kwestiach tu omawianych . Nie występuje tu jako osoba narzucająca innym rozwiązania .Po prostu napisałem jak ja to widze

Człowiek zrobił już jakieś podejścia, coś tam się spaliło i oczekuje konkretnych rad. W odpowiedzi piszesz, że masz doświadczenie, w zasadzie wiesz jak to zrobić, ale nic merytorycznego oprócz "kup sobie regulator". Jeżeli nadrzędnym celem jest pomoc, to to nie wygląda dobrze, sam przyznaj. Natomiast z punktu widzenia autoreklamy to rzeczywiście brzmi nieźle.

34 minuty temu, Faramir napisał:

Ale jeśli chciałbyś poznać mój tok analizy i moje wnioski to jestem otwarty

Przecież napisałem, że chciałbym usłyszeć argumenty merytoryczne. Co stoi na przeszkodzie? Jeśli dużo wiesz, to pisz. Pomagamy przez prezentację swojej wiedzy popartej doświadczeniem. Początkujący nie mają narzędzi do głębszej analizy takich porad i muszą wierzyć na słowo albo nie. Ja mam swój rozum i jestem w stanie ocenić poprawność proponowanych rozwiązań. Nie robiłem jednak wszystkiego co się na świecie rusza więc chętnie nauczę się czegoś nowego. Mam zasadę, ze próbuję ludzi kierować na poprawne tory przez podpowiadanie a nie wymuszanie rozwiązań. Jeżeli ktoś jest chętny podjąć taką grę, to krok po kroku dochodzi do dobrego schematu a potem do PCB. Na każdym etapie można popełnić fatalne błędy i żadnego z tych kroków nie można nie doceniać lub pominąć. Zaproponowałem kilka oczywistych zmian do schematu i oczekuję (coraz słabiej), że autor wątku je wprowadzi i będzie gotowy na zmiany bardziej subtelne. Układ rokuje, tylko trzeba go zrobić dobrze od początku do końca. Skoro piszesz, że całość jest w zasadzie do kosza, to pisz konkretnie, bo ja się z tym nie zgadzam. Nie wiem jaki jest Twój styl pomagania czy generalnie udzielania się na forach. Zbytni wstyd lub delikatność może paraliżować - pamiętaj o tym - a chowając głowę w piasek nie osiągniesz swojego celu czyli pomagania. No chyba, że chodzi o rozdymanie ego. Na razie dyskutuję tylko z kilkoma niepokojącymi (żeby nie powiedzieć kontrowersyjnymi) zdaniami jakie napisałeś i czerwone światełko powoli mi się zapala. Spróbuj zamienić je na zielone inną metodą niż siłowe "jest tak, bo u mnie działało (lub nie)". Zastrzegam sobie prawo do merytorycznego krytykowania Twoich stwierdzeń a jeżeli w rezultacie dyskusji wyjdzie, że jeszcze mało wiesz o elektronice to wcale nie znaczy, że ktoś tu jest ważniejszy lub nie. To dwie zupełnie inne płaszczyzny i nie traktuj tego osobiście.

A teraz.. rozwijaj 🙂

[Faramir]

Wybacz ale zignorowałeś moje podstawowe info skierowane do Ciebie .

Aż tyle pychy? 

jak ja mam teraz rozmawiać z tobą?
 

Tu napisze tak . sam zaproponuj autorowi dobre rozwiązanie tematu . Ja odpadam na czas kiedy Ty zapodasz koledze ,Autorowi tematu,

poprawne rozwiązania . 

Pisałem tobie jasno marek1707 iż odpadam z dyskusji kiedy widze narzucanie rywalizacji . 

Przykro mi .

nie wchodzę w żadne gierki kto jest ważniejszy . ide out .

Nie zarejestrowałem się tu aby gryźć się z ludzmi .

Zarejestrowałem się tu po to aby rozmawiać z ludzmi ,uczyć się i też pomagać innym .

Na najmnieszy znak braku solidarności ,przyjażni , pomocy opuszczam temat !!!!!

I nawet nie będę analizował wykrzaczeń elektronicznych bo najistotniejsza jest idea równości i wzajemnej pomocy .

Edytowano Lipiec 5, 2019 przez Faramir

[Faramir]

Oczywiście autor tematu może się do mnie odezwać w przypadku problemów z tym stopniem mocy .

Pomoge.

[apaczenko1993]

Dzięki za tak liczną odpowiedź, co do wcześniejszego posta że odpuściłem to nieprawda 🙂 Dziś jak bobas pozwoli to pod wieczór poprawię schemat i będziemy wspólnie analizować.  

[marek1707]

Dobra, usypiaj bobasa i jeśli będziesz miał jeszcze wtedy siłę na cokolwiek, bierz się za schemat. Przynajmniej wiemy, że nie odpuściłeś 🙂 

[apaczenko1993]

Tak więc poprawiłem schemat, moduł radiowy jaki chcę użyć to nrf24 który chcę podłączyć do płytki za pomocą adaptera napięcia którego zdjęcie dodałem poniżej. Wcześniej chciałem dać na MOSFETa szary radiator ze zdjęcia lecz posiadam też większy radiator i to go wykorzystam. Całość będzie zasilana przez Li-Po 3S 5000mAh o wydajności prądowej do 100A.

Zgodnie z zaleceniami dodałem 3 diody które będą informować o aktualnym stanie, złącza UART oraz brakujące elementy pasywne przy driverze. Nie dodawałem gniazda do programowania gdyż w razie potrzeby będę wyciągał  mikroprocesor z podstawki i flashował go przez programator.

Chciałbym żeby ta płytka była dość mała ze względu na to by bez problemu zmieściła się w kadłubie łódki. Tak więc mam kilka pytań. Czy rezystor R2 w tym schemacie jest zbędny? Skoro mam już 2 stabilizatory to czy przy stabilizatorze napięcia CPU dalej jest potrzeby kondensator C6 bo sam mikroprocesor pobiera szczątkowe ilości prądu?

Jeżeli dalej schemat jest błędnie zrobiony to na bieżąco będę go poprawiał.

 

 

 

[Faramir]

No dobra .aż tak się nie obraziłem . Troche przesadziłem w ostatnim wpisie ale myśle iż wiadomo o co mi chodziło .

Wiec przepraszam za zbyt emocjonalną wypowiedz.

[marek1707]

Ok, no to tak (niekoniecznie w kolejności wagi problemu):

Nie potrzebujesz takich dużych kondensatorów na wejściach 7805 w szczególności, że chcąc zrobić to małe musisz optymalizować ich wymiary. Temu od procesora daj max 100uF. Ten od serwa ma elektrolit który de facto stoi na głównym zasilaniu systemu i to jest osobny problem. To z tej linii modulator PWM bedzie ciagnął impulsy dla silnika. Kluczowe jest dobre zadblokowanie tej szyny pojemnościami. Jeżeli coś tu powinno być, to albo jeden bardzo dobry (i drogi) kondensator polimerowy albo kilka słabszych ale dużo tańszych elektrolitów. Pomyśl: jeśli głowny klucz załaczy nagle 10A do silnika to ten prąd w pierwszych dziesiątkach mikrosekund nie popłynie z akumulatora tylko właśnie z pojemności na szynie +12V. Tak więc zakładając, że nie chcesz kupować wyypasionych elementów, wstaw tu ze dwa-cztery elektrollity 100-220uF/25-35V równolegle plus 1uF+100nF ceramiczne MLCC. Narysowałbym je na schemacie tuż przy złączu  MOTOR-2 by pokazać (i pamiętać podczas projektowania PCB) że tam są najbardziej potrzebne. Tuż przy stabilizatorze dla serwa możesz wtedy dać już tylko coś małego typu 10uF.

Na wyjściach stabilizatorów powinny się znaleźć pojemności uzupełniające słabą prędkość 7805 w przypadkach gwałtownych zmian poboru prądu. Procesorowi daj z 10uF (może być tantal) plus obowiązkowo ceramiczne 100nF przy każdym pinie zasilania CPU. Na 5V dla serwa może być nawet coś większego, typu 10-47uF i te przysłowiowe 100nF.

Jeżeli gniazdka LED_PWM, LED_READY itp są dla prawdziwych LEDów to możesz dać sporo większe oporniki. Dopóki nie są to LEDy oświetlające drogę robota, to dzisiejsze diodki sygnalizacyjne zadowalają się nawet 1mA prądu - przelicz oporniki szeregowe dla 1-2mA.

Driver 4427 to element, który walczy ze wszystkich sił z pojemnością bramki MOSFETa. Im ta pojemność większa tym (przy danej wydajności prądowej chipu) tym czas przełączania dłuższy i straty w tranzystorze większe. No a Ty zapakowałeś mu darmową atrakcję w postaci zagadkowego C11. Mam nadzieję, że sam rozumiesz jak bardzo to.. dziwne. Wywal go natychmiast. Natomiast C9 i C10 sa jak najbardziej na miejscu. Co więcej, zamiast elektorolitu (co sugeruje symbol) C9 dałbym tu ceramiczny 1uF MLCC. Przy zboczach (impulsach prądu bramki) liczonych w setkach nanosekund elektroilit po prostu nie istnieje i zostaje tylko biedny 100nF.

Podczas przałączania dużych prądów, nawet w dobrze zrobionej PCB (oraz w samych elementach) istnieją pojemności pasożytnicze, które sprzęgają nieubłaganie obwody ze sobą. Coś takiego istnieje m.in. pomiędzy drenem a bramką MOSFETa i powoduje, że duże i szybkie zmiany napięcia na jego drenie przełażą do bramki. Daj więc jakąś małą (1A) diodę Schottky między bramkę a źródło (GND) tranzystora zapobiegającą ujemnym szpilkom na bramce. Mimo dobrego sterowania tego punktu (bardzo mała impedancja wyjściowa drivera, ale jednak przez opornik szeregowy) coś tam może się zaindukować. Równolegle do tej diody daj też specjalną diodę tzw. transil (to taki Zener, ale o niebo szybszy) wycinającą z bramki napięcia większe niż powiedzmy 15V, np. coś typu "1.5KE15A".

Taki sam transil wstaw na linię zasilania +12V bezpośrednio przy złaczu MOTOR-2, oczywiście katodą do plusa.

Poza tym silnik będziesz musiał odkłócić i uciszyć. Będziesz potrzebował min. trzech kondensatorów 47-220nF/100V lutowanych/przykręconych bezpośrednio na zaciskach silnika oraz dwóch dławików szeregowych wytrzymujących prądy silnika:

https://www.tme.eu/pl/details/5219-rc/dlawiki-osiowe/bourns/

14 godzin temu, apaczenko1993 napisał:

Chciałbym żeby ta płytka była dość mała ze względu na to by bez problemu zmieściła się w kadłubie łódki

Wiesz, w kadłubach niektórych łódek to ja się mieszczę. Co konkretnie robisz i w jakiej skali albo chcociaż napisz wymiary w jakich chcesz się zmieścić, spróbuj być bardziej konkretny. Akurat łodzie (no chyba że jakieś mikro) nie ciepią na deficyty miejsca lub zbyt dużą wagę. Przecież chcesz tam wpakować LiPo 3S/5Ah.

Niestety mimo zdjęcia nadal nie wiemy jaki moduł radiowy wybrałeś 😞 

14 godzin temu, apaczenko1993 napisał:

Nie dodawałem gniazda do programowania gdyż w razie potrzeby będę wyciągał  mikroprocesor z podstawki i flashował go przez programator.

Pozostaje tylko współczuć. Ciekawe czy za trzecim czy za piątym razem pożałujesz tej decyzji. Lekko licząc wyjmiesz ten procesor kilkadziesiąt razy. Po ilu razach urywają się nóżki? A ile wetknięć wytrzymuje podstawka?

Edytowano Lipiec 7, 2019 przez marek1707
Literówki, literówki..