Budowa mostka H z tranzystorów MOS-FET

[marcin123123]

Więc tak, najnowsze wiadomości:

-rezygnuję z drugiego mostka (trochę to jednak kosztuje, a ponieważ mostek podwójny był tylko moim pomysłem, niewymaganym przez temat projektu, to go sobie puki co daruję)

-pozmieniałem wszystkie obudowy elementów na schemacie na te montowane powierzchniowo; kondensatory ceramiczne w obudowach SMD C1206, rezystory w obudowach M1206, diody w mostku w obudowach SMB, diody w układach opóźniających w obudowach SOD-323, kondensator elektrolityczny w obudowie o wymiarach 8mmx10mm

-zmienione tranzystory

prkjk.pdf

[marek1707]

Wygląda, jakby T1A-B były zamienione miejscami i miały zamienione źródło z drenem.

[marcin123123]

Na dole poprawiony schemat.

proj.pdf

[marek1707]

OK, to teraz zrób ten schemat blokowy. Warto, by silne moduły były na jednej płytce (łatwiej kontrolować przebieg masy i miejsca położenia złącz) a słabsze na drugiej. Na pewno dobrym pomysłem jest podłączenie głównego zasilania wprost do płytki mostka. Wtedy tranzystory umieszczasz jak najbliżej złącza, potem drivery - muszą być blisko MOSFETów a dopiero potem gniazdko sygnałów wejściowych. Być może byłoby dobrze, gdybyś stabilizator 5V zasilający logikę (dekoder i bramki NAND) umieścił na płytce mostka. Nie wiem czy procesor ma własną stabilizację ale jeśli nie, niech pobiera zasilanie stąd. Wtedy po kablu masy będzie płynął tylko prąd zasilania płytki procesora. Jeżeli na module procesora już jest regulacja, daj mu masę i plus wprost z głównego złącza akumulatora. Generalnie wciąż miej na uwadze co przez dane połączenie masy będzie płynęło i w którą stronę. Staraj się, by przez ten sam drut masy nie przepuszczać mocnych impulsów np. pobieranych przez mostek/silnik i jednocześnie żeby ten sam drut nie był odniesieniem np. dla sygnałów cyfrowych. Będziesz to robił "w naturze" czy to tylko projekt teoretyczny? Przy zasilaniu akumulatorowym musisz koniecznie zadbać o pomiar napięcia. Zbyt niskie zabije akumulator (szczególnie LiPol) i/lub tranzystory mostka (bo przestaną się dobrze załączać i spłoną).

[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

[marcin123123]

Projekt będzie również wykonywany 'w naturze'. Dodałem dzielnik rezystorowy do pomiaru napięcia na akumulatorze oraz stabilizator napięcia 5V do zasilania logiki wraz z wyprowadzonym tymże zasilaniem do podłączenia zasilania procesora. Poniżej zamieszczam nowy schemat.

EDIT: Teraz tak czytam i zrozumiałem, że nie wiem czy dobrze zrozumiałem 🙂 Chodziło Ci o przeniesienie złącza zasilania na ten "bloczek" zawierający ten mostek H? Czy tak jak teraz jest OK?

proj.pdf

[marek1707]

Wiele zależy od konfiguracji płytek. Nie pokazałeś schematu blokowego więc nie wiem jak będzie dobrze. Jeżeli płytka procesora będzie korzystała z 5V generowanych tutaj, to wystarczy jej jedno złącze na którym znajdą się:

- kilka kontaktów masy (bo będzie ona odniesieniem dla sygnałów cyfrowych i jednocześnie zasilaniem płyty procesora - ile on pobiera prądu?),
- ze dwa zasilania +5V,
- sygnały sterowania mostkiem (3 linie),
- analogowy pomiar napięcia akumulatora.

Wtedy masz tylko jedno złącze, jeden kabel - moim zdaniem to wygodne. Z tego punktu widzenia zapodawanie wyjścia dzielnika napięcia akumulatora na złącze głównego zasilania jest trochę bez sensu - po co to akumulatorowi? Spokojnie zastanów się nad połączeniami na schemacie blokowym i tak rozrysuj złącza by to było spójne. Jeżeli płyta procesora ciągnie dużo prądu, to robienie dzielnika na płytce mostka nie jest dobrym pomysłem, bo spadek napięcia na masie łączącej obie płytki będzie widoczny wprost jako błąd pomiaru. Jeżeli w kabel wepchniesz natomiast pełne napięcie akumulatora a dzielnik zrobisz dopiero na płytce procesora - błąd będzie mniejszy, ale wtedy spokojnie można zrobić stabilizator przy procesorze. Jest wiele czynników a przestrzeń rozwiązań jest duża. Sam musisz to ogarnąć, bo ja nie wiem wszystkiego o Twoim projekcie np. choćby tego, czy płytę CPU będziesz robił sam (i wtedy możesz jej zrobić dowolny zasilacz i pomiary) czy jest już dana, itd..

Użyłeś dość wypasionego stabilizatora. Oczywiście będzie tu pasował napięciowo i "drop-outowo", ale czy 50mA wystarczy? Bramki dużo nie pobierają, szczególnie przy częstotliwości rzędu kHz, ale procesor? Jeśli ma cokolwiek na pokładzie (LEDy, wyświetlacz, jakieś interfejsy typu USB, LAN czy LCD albo choćby SDRAM) to już na pewno. Poza tym staraj się dobierać elementy wg potrzeb. Układzik który pobiera 10uA będzie o wiele droższy od "zwykłego stabilizatora" typu LM1117 czy L4941 biorącego kilka mA, a przecież nie robisz systemu mającego pracować z jednej baterii dwa lata gdzieś w polu.

Z powodu posiadania iskrzącego komutatora silniki DC wymagają filtrowania "na sobie". Tak więc przewidź jakieś dławiki + kondensatory montowane wprost na zaciskach silnika. Doczytaj o tym.

Ogólnie schemat mostka jest OK. Weź sprawy kabelków w swoje ręce, przemyśl i dokończ to sam. Nie chcę być ostatecznym weryfikatorem tego bądź co bądź Twojego projektu. A na koniec oczywiście pokaż schematy wszystkiego 🙂

[marcin123123]

Dobrze, przemyślę wszystko porządnie raz jeszcze, a odezwę się dopiero za jakiś czas. Dziękuję za dotychczasową pomoc, nie wiem co to by wyszło z mojego układu gdybym nie zapytał na forum, teraz wiele problemów się wyjaśniło i co najważniejsze więcej rozumiem 🙂

[marcin123123]

Witam ponownie, proszę o sprawdzenie schematu i płytki pcb? Mam nadzieję, że nie jest tragicznie jak na pierwszy raz? Czy da się taką płytkę wykonać samodzielnie (nie w firmie)?

EDIT: przepraszam, dodałem płytkę nawet bez podpisanych elementów i bez polygonu; w załączniku poprawiona wersja

schemat.pdf

plytka.pdf

plytka2.pdf

[Treker (Damian Szymański)]

Wstawiając płytki i schematy w formie plików graficznych (które wyświetlają się od razu w poście) zwiększasz sobie szanse na szybkie odpowiedzi od większej ilości osób 😉

[marek1707]

Pogubiłeś się w podpinaniu wejść bramek cyfrowych. Zwykle Vcc to zasilanie logiki, V_IN jest dobrym pomysłem na napięcie wejściowe a szyna zasilania mostka to może np. VH lub VBR? Vpp to zwykle napięcie programowania układów typu FLASH czy EEPROM. Poczytaj gdzieś o takich konwencjach nazewnictwa. Dawanie przypadkowych nazw bardzo utrudnia rozumienie schematu i prowadzi do takich błędów jak u Ciebie. Teraz zapodajesz układom 74HC pełne napięcie akumulatora.

Płytka jest zrobiona w rozczulająco prosty sposób 😐

Po pierwsze jest (chyba) formalnie niezgodna ze schematem a to już ją dyskwalifikuje na dzień dobry. Moim zdaniem R1, R2, C3 i pewnie wiele innych rzeczy nie ma połączenia do masy, bo pady SMD nie mają (i raczej nie mogą mieć) otworów. Nie masz tam w programie jakiegoś DRC?

Po drugie narysuj sobie na ekranie drogi przepływu prądów. Zacznij od tej najważniejszej: od złącza plusa głównego zasilania (JP1), poprzez któryś tranzystor P, silnik, przeciwległy tranzystor N do pinu GND na JP1. Podoba Ci się? Mnie też nie. Dla pogorszenia sobie nastroju narysuj kolejną drogę: od kondensatora na plusie zasilania któregoś drivera, poprzez jego wyjście do bramki tranzystora N i powrót prądu od źródła tego tranzystora przez masę do minusa zasilania drivera i jego kondensatora. Tę pierwszą zrób dla obu konfiguracji (prawo i lewo) a drugą dla obu tranzystorów N. Te pętle muszą być małe, krótkie i zawierać szerokie ścieżki. U Ciebie nie ma rozróżnienia na ścieżki mocy i sygnałowe. Połączyłeś ja Ci się podobało a nie jak reguły i fizyka nakazuje. Wszystko do poprawki. Jeszcze raz rozłóż elementy tak, by elementy mocy miały blisko do swoich złącz a drivery blisko do swoich tranzystorów. Wszystko co pobiera prąd impulsowo (czyli wszystko tutaj 🙁 ) musi mieć blisko siebie kondensator. Diody zamykają prąd silnika - on przypłynie ze złącza JP1 i tam wróci więc mają być najbliżej tego złącza. Potem tranzystory, drivery a dalej bramki. Konfiguracja ze złączami po jednej krawędzi to zły pomysł, ale jeśli musisz tak zrobić z powodów konstrukcyjnych, trzeba się bardziej przyłożyć do ułożenia elementów. Nie zalewaj wszystkiego masą tylko pomyśl którędy będzie płynął prąd. Czasem musi być jej bardzo dużo a czasem wystarczy ścieżka 20 czy 40mils. Nie rób przelotek bardzo blisko padów SMD, bo podczas lutowania wciągają cynę w otwory i pin nie ma się czym przylutować do płytki. Musi być przewężenie długości 1-2mm ze ścieżki, itd... Może byłoby dobrze, gdybyś przeczytał jakieś poradniki dot. projektowania PCB, bo nijak nie wybronisz tego swojego projektu przed marną oceną.

[marcin123123]

Dziękuję za wszystkie porady 🙂 Pojawił się nowy problem. Czy układ może w takiej konfiguracji jak na schemacie wyżej (nie licząc błędów w podłączeniu logiki) działać w PEŁNI poprawnie bez izolacji galwanicznej samego mostka od modułów sterowania?

[marek1707]

Wszystko zależy od założeń. Nie wiem co znaczy wg. Ciebie "w pełni". Układ z ostatniego schematu jest zrobiony zgodnie ze sztuką i będzie działał poprawnie w ramach swoich naturalnych ograniczeń. Jeżeli "pojawił się nowy problem" to znaczy, że ktoś wyciągnął z rękawa jakieś podchwytliwe pytanie zmieniając tym samym założenia. Zadaj to pytanie wprost lub opisz nowe warunki w jakich przyjdzie temu układowi pracować. Ocenimy wtedy, czy i gdzie izolacja jest konieczna. Elektronikę można dopasować do (prawie) każdych realnych założeń pod warunkiem, że je znamy. Nie mam zamiaru domyślać się o co chodzi.

[marcin123123]

Warunki pracy układu pozostają niezmienione, wszystko co było pisane wcześniej jest dalej aktualne. Tego asa z rękawa wyciągnął prowadzący zajęcia, mówiąc, że bez izolacji układ nie zadziała. Nie wiem czy to powiedziane zostało w celu zmylenia czy jakimś innym.

EDIT: Chodzi mi też o argumenty za tym, dlaczego nie trzeba jej stosować (?).

[marek1707]

No, ale to trochę jakby powiedzieć, że ta Corsa (nikogo nie urażając - to tylko przykład) ma za słaby silnik więc od razu wymieńmy go na 3 litrowy V6. No fakt, będzie lepiej przyśpieszać, tylko czy tego od takiego samochodu oczekujemy?

Optoizolację w takich układach można wprowadzać z kilku powodów:

1. Jako rozwarcie pętli masy. W pewnych specyficznych sytuacjach/konfiguracjach zasilania może się okazać, że po przewodach masy płyną bardzo duże prądy - dlatego tak bardzo naciskałem na zrobienie schematu blokowego pokazującego wzajemne połączenia modułów. Jeżeli ta sama masa jest też jednocześnie poziomem odniesienia dla sygnałów cyfrowych lub co gorsza analogowych, można mieć problemy z zakłóceniami, przekłamaniami i generalnie błędnym działaniem układu bo względem innego napięcia pracują nadajniki sygnałów (np. procesor) a już względem innego odbiorniki (bramki HC). U Ciebie zasilanie mostka/silników jest dostarczane wprost do płytki mocy a dopiero stąd zasilania są rozprowadzane dalej np. do pakietu procesora. Na połączeniu masy idącym do CPU nie będzie dużych prądów impulsowych od silników i tutaj izolacja nie jest potrzebna. Co więcej, musiałbyś wprowadzić drugi, osobny zasilacz dla procesora. Gdybyś zrobił wejście głównego zasilania na płytce procesora, miałbyś kłopoty właśnie ze spadkami napięć na przewodzie masy idącym do mostka. Oczywiście nie można przeginać i np. odsuwać płytki procesora o 10 czy 20 metrów. Wtedy musisz zadbać o spójność sygnałów cyfrowych transmitowanych tak długimi liniami, ale wtedy raczej nie optoizolacja jest rozwiązaniem.

2. Jako bariera dla dużych różnic napięć. Gdyby się okazało, że układ będzie montowany na urządzeniu którego obudowa jest np. na fazie napięcia AC i nie można polegać na słabej izolacji silniczków (obudowa do uzwojeń wirnika) to wtedy albo całość montujesz w jednym miejscu pisząc wyraźnie, że wszystko może być na fazie sieci, albo np. tylko silniki, mostek i drivery a dalej robisz barierę opto i reszta układu jest już bezpieczna np w oddalonej szafie sterowniczej.

3. Jako przejście sygnałami cyfrowymi/sterującymi przez dużą różnicę napięć wynikającą z konstrukcji układu. Gdyby np. Twoja szyna dodatniego zasilania miała nie 12 a powiedzmy +400VDC to żeby wysłać sygnał do bramki górnego tranzystora musiałbyś "przenieść" go na inną składową stałą. Teraz wystarczyło, że wszystko masz odniesione do masy i tranzystory wciąż to wytrzymują dzięki temu, że ich napięcie bramki może być ±20V. Przy 400V to już by się nie udało i musiałbyś odnieść górną bramkę do potencjału +400V. To robią specjalne drivery w których niekoniecznie jest stosowana optoizolacja. Wymyślono też inne popularne rozwiązania.

Tak więc o ile rozumiem założenia, Twój układ nie spełnia żadnego z tych warunków i moim zdaniem nie wymaga optoizolacji. Zawsze oczywiście można podnieść zarzut, że zły projekt płytki czy nieodpowiedni montaż mogą spowodować przepływ jakichś dużych prądów przez jakieś odcinki masy i zakłócić działanie mostka i/lub procesora, ale to zakłada jakąś wiedzę o spapranej płytce lub okablowaniu. Z czystego schematu nic takiego nie wynika. Dopóki poprawnie zaprojektowane PCB będzie zasilane z napięć poniżej 15V a silnik nie będzie brał więcej jak kilka A nie widzę żadnych wskazań do wprowadzania optoizolacji. Może niech prowadzący poda jakieś konkretne zarzuty dot. jakiegoś konkretnego rozwiązania. Wtedy będzie można rozmawiać zamiast bić pianę.