Sterownik do silnika BLDC

[Warthog]

Siema,

Próbuję zaprojektować sterownik do silnika BLDC.

Generalnie poczytałem wiele artykułów na ten temat mimo to jestem pewien, że będziecie w stanie coś zasugerować.

Tranzystorami sterujemy podając np. sygnał PWM oraz sygnał kluczujący.

Układ przewidziany jest do pracy z silnikiem 24V.

MOSFETy są dobrane ze sporym zapasem i wiem o tym 🙂

Układ ma umożliwiać 2 rodzaje sterowania, przez pomiar napięcia lub pomiar natężenia.

Z góry dzięki za wszelkie pomysły!

[marek1707]

1. Górne MOSFETy włączyłeś odwrotnie.

2. Napięcie ich bramek będzie się zmieniać od 0 do 12V czyli względem górnej szyny +24V będzie to -24V do -12V. Pomijam to, że będą zawsze włączone, ale nie wytrzymają tyle napięcia i przebijesz izolację bramki.

3. Generalnie układy sterowania bramek (drivery) są do wywalenia. Dobrałeś potężne tranzystory, ale tak duże klucze mają też ogromne pojemności wejściowe. Liczyłeś jak będzie wyglądał proces załączania lub wyłączania takiego tranzystora sterowanego z brameczki HCMOS o wydajności kilkunastu mA? Górne mają jeszcze gorzej, bo chciałeś wyłączać je przez oporniki 1.2k. Liczyłeś moce strat od przełączania? Dla jakiej częstotliwości?

4. AD711 to fajne i szybkie wzmacniacze, ale ich zasilanie z +5V to pomyłka - one nie są do tego, masz bardzo mały margines zmian napięć wejściowych a pełne charakterystyki producenta zaczynają się od ±5V.

5. Jak rozumiem ich napięcie wyjściowe odnosisz do 2V z powodu bipolarnych pomiarów prądu. Ze schematu widzę, że oczekujesz do 200A(!). Taki prąd na oporniku pomiarowym 0.1Ω to 20V spadku i 4kW mocy strat 😃 Liczyłeś to? Jak sobie wyobrażasz sterowanie bramek z 5V w warunkach, gdy źródła tranzystorów są podniesione do 20V?

6. Rodzina 74AC użyta jest tu celowo czy to przypadek?

Generalnie układ bardzo naiwny i poważnymi błędami wskazującymi na przerysowanie idei bez kawałka obliczeń i zrozumienia zjawisk sterowania i przełączania MOSFETów.

[Warthog]

Dzięki wielkie za odpowiedź. Z Twojej wypowiedzi widzę, ze popełniłem wiele błędów.

Schemat był mocno modyfikowany i część komponentów została jeszcze nie zmieniona, chciałem na razie zaprojektować układu zgrubnie żeby móc zrobić już samą płytkę a w międzyczasie dobrać elementy które nie były ruszane.

Problemem sterownika/projektu jest fakt, że ma sterować w gruncie rzeczy mocno nieokreślonym jeszcze silnikiem. Ma to być ponoć silnik do 24V i na jakieś 30A na fazę, ale skokowo do 200A.

1. Faktycznie, dzięki wielkie.

2. Co w takim razie sugerujesz ?

3. Co do driverów to faktycznie jest to jeden z elementów, których jeszcze nie ruszyłem tak jak i bramek. Całkowicie zapomniałem, że pojemność mosfetów jest sporo większa niż pierwotnie przez co trzeba je będzie ładować przez odpowiednio potężniejszy układ.

Nie chcę wyjść na ignoranta, nie liczyłem strat. Wzorowałem się trochę na pewnym poradniku można powiedzieć, gdzie sugerowano jedynie by moc rezystora zastosowanego mieściła się w 0.5W. Wcześniej było tam przewidziane inne zasilanie więc wyszło 1.2k. Gdybym miał to przeliczyć dla 12V wychodzi 330... Czy ma to jakiś sens ?

4. Faktycznie, sprawdziłem jeszcze raz dokumentację tych wzmacniaczy i startują one od 4.5V. Może w takim razie można je zasilić tak jak MOSFETy (o ile takie zasilenie mosfetów ma sens) z 12V ?

5. 200A to ten teoretyzowany najgorszy przypadek, niestety silnik nadal nie jest nawet nawinięty więc w gruncie rzeczy nie do końca wiadomo z czym to bedzie miało do czynienia.

Jeśli chodzi o rezystor to miał tam być rezystor dużej mocy tj 10-15W, o małej rezystancji.

Faktycznie 4kW brzmi słabo.... muszę przeanalizować ten fragment jak i całość pewnie.

6. Co do użycie takich a nie innych bramek to dobór bramek jeszcze nie został można powiedzieć zaktualizowany

Ja wiem, że pewnie z Twojej perspektywy wygląda to na ignorancję z mojej strony, ale byłbym wdzięczny za wszelką pomoc przy tym układzie 😉

[marek1707]

Ponieważ cały układ sterowania bramek tranzystorów jest do wyrzucenia, nie ma sensu dalsza dyskusja o typach bramek serii 74xx.

Proponuję oprzeć całość wyłącznie na MOSFETach N-kanałowych, bo tylko to ma sens energetyczny przy takich obciążeniach. Tak więc będzie potrzebny driver sterujący bramki powyżej górnej szyny zasilania. Ponieważ to tylko 24V, nie trzeba jakiegoś wielkiego wyczynu. Myślę, że układy Intersila serii HIP np. HIP4081A sprawdzą się dobrze. Mają wydajności powyżej 2A na kanał więc przy częstotliwościach PWM nawet rzędu dziesiątek kHz pociągną te Twoje 5nF pojemności. No i jeden scalak załatwia cały mostek, sam sobie robi potrzebne zasilania i wstawia programowane rezystorami czasy martwe. Co będzie źródłem sterowania tego mostka?

Pomiary dużych prądów już dawno nie są robione na rezystancjach, bo sam widzisz do jakich absurdów dochodzi. Poza tym wykonanie rezystancji 50 czy 100µΩ, jej kalibracja i utrzymanie w różnych temperaturach i upływającym czasie byłoby trudne. Kiedyś były to przekładniki prądowe, ale dzisiaj stosuje się raczej układy półprzewodnikowe oparte na pomiarze pola magnetycznego, np. takie:

http://www.allegromicro.com/en/Products/Current-Sensor-ICs/Fifty-To-Two-Hundred-Amp-Integrated-Conductor-Sensor-ICs.aspx

Możesz mieć problemy z pasmem - zwróć na to uwagę, ew. poszukaj czegoś podobnego. Kilka co bardziej "analogowych" firm na pewno to robi.

[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

[Warthog]

Sterowanie miało być z jakiegoś ARMa, prawdopodobnie STM32.

Faktycznie ten HIP wygląda ciekawie, zaraz się zapoznam.

Co do układu pomiaru prądu to może faktycznie ma to większy sens niż pomiar na rezystancji.

Będę musiał tylko poszukać czegoś mierzącego raczej prądy w przedziale 20-30A, bo to ma być nominalnym prądem, 200A to max chwilowy.

Dzięki wielkie za sugestie.

[ Dodano: 21-01-2015, 12:12 ]

Z gory przepraszam za post pod postem, ale chciałbym podbić temat.

Edit: O widzę, że I tak nie tworzy nowego postu.....

Z tego co widzę I tak pewnie skończę z tymi od Allegro, bo zależy nam na montażu THT.

Diabli wiedzą czym ta płytka ma sterować niestety więc jednym z założeń było THT żeby to raz dwa odlutować I przylutować coś innego jeśli będzie trzeba.

Marek podesłał mi m.in link do MOSFETów z pomiarem prądu, z którymi zaraz się zamierzam zapoznać bo wygląda to ciekawie. Zastanawiam się tylko gdzie jest haczyk... pewnie w parametrach 🙂

Co do optoizolacji, to wystarczy transoptor na wejścia układu dać ? Zastanawiam się tylko czy taki układ wyrobi na sterowaniu PWM.

Nie miałem wcześniej do czynienia z układami gdzie są tak duże prądy co niestety jawnie przekłada się na mój poziom wiedzy na ten temat.

[ Dodano: 21-01-2015, 12:44 ]

I jeszcze takie pytanie, czy mogę do zasilenia Drivera użyć stabilizatora 7812 czy lepiej dać układ jak LM2576 czy w ogóle jakoś inaczej to załatwić ?

[marek1707]

Transoptory są bardzo różne. Zaczynają się od prostych, z wyjściem tranzystorowym i opóźnieniami po 10us, poprzez diodowe, triakowe, analogowe aż do szybkich z wyjściami cyfrowymi i transmisjami powyżej 50Mbit/s. Po prostu poszukaj takiego, w którym opóźnienia będą małe w stosunku do okresów PWM. Jeżeli będziesz pracował co najwyżej na kilkunastu kHz (bo chyba nie ma sensu szybciej a przy dużych prądach to i 1kHz jest wystarczający), to żaden wyczyn i nawet jakieś takie:

http://www.farnell.com/datasheets/1057512.pdf

wystarczą.

Zauważ, że jeśli wszystkie sygnały procesor→driver będą miały podobne opóźnienia, to sam mostek ich nie zauważy. Co najwyżej musisz to uwzględnić w fazie mierzonych prądów lub napięć, bo będą trochę spóźnione w stosunku do teoretycznych chwil komutacji wyznaczonych zboczami PWM generowanymi w procesorze.

O jakim driverze mówisz i do czego on tego zasilania używa? Jeżeli wprost do napędzania bramek, to łatwo możesz policzyć wymagany prąd: przeładowujesz jakąś pojemność wejściową MOSFETa do jakiegoś napięcia ileś razy na sekundę 🙂 Jeśli schodzisz z 24V na 12V liniowo, to grzejesz stabilizator. Jeśli wyjdzie sumaryczne zapotrzebowanie rzędu 200mA, to już masz 2.4W ciepła i potrzebny spory kawałek radiatora.

[Warthog]

Ok dzięki, jakiś sobie transoptor dobiorę w takim razie.

Całkiem jakoś mi z głowy wyleciało albo I nie wleciało, że przecież wszystkie sygnały będą przesuniętę o taką samą wartość więc driver nie powinien tego odczuć.

Co do zasilania to chodziło mi o tego HIPa/te HIPy do sterowania MOSFETami.

Faktycznie wygląda na to, że policzenie tego nie powinno być problemem chociaż te straty wyglądają nieciekawie.

Ja wiem, że znowu laickie pytanie, ale zwykle używałem tylko stabilizatorów typu 7805 zasilając je raczej podobnym napięciem więc jakoś w takie rozważania nie wchodziłem.

Czy w takim razie ten 2576 byłby z mojej perspektywy lepszy w jakiś sposób? Też schodzimy z 24 na 12V, zapotrzebowanie prądowe będzie takie samo.... jednak wg specyfikacji 2576 to przetwornica napięcia, a 7812 tylko stabilizator. Intuicja podpowiada mi bezapelacyjnie, że przetwornica jest lepsza I się nie będzie tak grzać, ale nie wiem właściwie dlaczego.

[marek1707]

Nie ma czegoś takiego jak "lepsza". Na pewno ma więcej elementów, jest droższa, bardziej skomplikowana a więc i mniej niezawodna. Przy niewielkich obciążeniach ma katastrofalną sprawność, bo dużo więcej niż liniowy stabilizator zużywa prądu na własne potrzeby. Musi przecież przełączać MOSFETa lub pompować w bazę tranzystora bipolarnego. Ale gdy obciążenie rośnie, zaczyna pokazywać swoje dobre strony. Przy konwersji 24→12V, prądzie 1A i sprawności nawet 75% masz 3W strat na ciepło. W tych samych warunkach 7805 będzie musiał wydzielić na sobie 12W i po prostu się stopi albo urwie z płytki pod ciężarem radiatora.

Stabilizator liniowy jest takim automatycznie regulowanym opornikiem szeregowym a cała moc będąca różnicą napięć we-wy pomnożoną przez prąd wydziela się w nim w postaci ciepła. Przetwornice dokonują konwersji energii poprzez pobieranie jej w małych "porcjach" z wejścia, prawie bezstratnym gromadzeniu jej w polu magnetycznym dławika a potem oddawaniu jej na wyjście. Teoretycznie ta sama energia jest pobierana i ta sama oddawana, zmienia się tylko napięcie i prąd, ale ich iloczyn (a więc moc) się nie zmienia. Straty wynikają jedynie z nieuniknionych rezystancji kluczy (MOSFET lub bipolarnych), diod, ESR kondensatorów no i uzwojeń dławika lub transformatora. Jeżeli użyjesz dobrych elementów lub nowoczesnego scalaka z ogromnymi MOSFETami w środku i prostowaniem synchronicznym przez kolejny tranzystor (zamiast zwykłej diody), możesz osiągać sprawności nawet 95% 🙂 To tylko kwestia kosztów.

Z resztą zauważ, że Twój mostek to też taka przetwornica pobierająca energię porcjami i regulująca prąd w silniku/indukcyjności. Wyjściem jest energia mechaniczna na wale silnika. Warunkiem sprawnej pracy jest dobre, szybkie i głębokie załączanie kluczy oraz małe rezystancje wszystkiego po drodze. Energia zużywana na samo machanie bramkami (pojemnościami) MOSFETów oraz ciepło wydzielane w trakcie komutacji ich kanałów bezpośrednio odejmują się od sprawności całego zespołu.

Przecież możesz tam stawić ogromny opornik regulowany i też będziesz miał kontrolę mocy - stabilizator liniowy 😐

[Warthog]

Ok chyba łapię.

Wrzucam ver 2.0, a właściwie chyba 0.2 układu 🙂

Zdecydowałem się zastosować mniejsze MOSFEty, zastosowałem drivery HIP, sensory napięcia ACS756 i do przygotowania napięcia 12V LM2576.

Do tego zgodnie z sugestią optocouplery na wejściu drivera.

Myślałem, że ilość elementów się mi zmniejszy więc i na płytce będzie łatwiej upchać ale jest chyba jeszcze gorzej 🙂

Jakieś sugestie ?

[marek1707]

1. Brakuje mi zasilania 12V układów HIP.

2. Nie zostawiaj nigdy żadnych wejść wiszących w powietrzu nawet jeśli wyjścia z nimi związane są nieużywane. Samo przełączanie takiego "pasącego się luzem" drivera to spore i niepotrzebne zakłócenia. Dotyczy to wszystkich nadmiarowych bramek cyfrowych, wzmacniaczy operacyjnych, komparatorów itd.. Możesz to robić tylko wtedy gdy jesteś absolutnie pewien, że wejścia mają wbudowane oporniki podciągające lub ściągające do masy.

3. Oporniki szeregowe dla diodek LED w transoptorach? Gdzieś muszą być, a po stronie procesora łatwo będzie o tym zapomnieć.

4. Może da się jakoś wykorzystać OK1A? Dodatkowy kanał mógłby np. blokować wszystkie inne itp.

5. Spróbuj zrobić tak (teraz nie jestem pewien czy tak jest a nie mam czasu wyczajać), by stany niskie na wejściach czyli nieświecące/niepodłączone LEDy dawały załączenie wszystkich dolnych tranzystorów. To taki stan spoczynkowy mostka. Od niego wszystko się zaczyna.

6. Na pewno widziałeś i czytałeś to:

http://www.ti.com/lit/ml/slup169/slup169.pdf

albo to:

http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/application_note/CD00003900.pdf

ze szczególnym uwzględnieniem dławików ferrytowych i rezystorów szeregowych w bramkach czyli tego wszystkiego co teoretycznie nie jest konieczne, ale w praktyce często żałujemy, że tego na schemat nie wrysowaliśmy zawczasu. Szybko przełączające tranzystory potęgują efekt zaskoczenia.

Staraj się rysować wolniej i uważniej. Rysuj kabelki jakbyś tkał płótno. Potrzymaj każdy chwilę między palcami i zastanów się, czy pasuje do ogólnego wzoru jaki chcesz uzyskać. Pośpiech na tym etapie bardzo drogo kosztuje w przyszłości. Po zakończeniu przeglądaj schemat kabelek po kabelku bardzo krytycznie jakbyś miał pewność, że błąd jest tylko jeszcze nie wiesz gdzie. Najczęściej to się potwierdza 🙂

Acha, proponując HIP nie wspomniałem chyba, że istnieją drivery 6-kanałowe, a więc dedykowane do sterowania mostków trójfazowych. Allegro (a jakże) robi kilka, tu ich

oferta - na pewno widziałeś grzebiąc na ich stronie:

http://www.allegromicro.com/en/Products/Motor-Driver-And-Interface-ICs/Brushless-DC-Motor-Drivers.aspx

a Texas ma nawet gotowe całe mostki 3F, na ale chyba dla Ciebie będą za słabe:

http://www.ti.com/lsds/ti/amplifiers-linear/3-phase-brushless-driver-products.page

EDIT: Jest też układ:

http://www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/an96/an9642.pdf

ale nigdy go nie używałem i nie wiem, czy jest kupowalny.

W sprawie HIP4081A warto przeczytać też to:

http://www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/an94/an9405.pdf

Podobna nota jest do różniącego się minimalnie HIP4081.

[Warthog]

1. Faktycznie! Dzięki

2. Zastanawiałem się właśnie nad tym, tak mi coś w środku mówiło, żeby to do masy podpiąć, ale z nieznanych przyczyn tego nie zrobiłem 🙂

3. Hmm.. przeglądając noty nie trafiłem na wzmiankę więc założyłem, że są w środku. Doczytam I sprawdzę

4. Hmm no pomyślę

5. Sprawdzę

6. Fajne pdfki, dzięki. Widziałem w różnych notach aplikacyjnych wzmianki o dławikach ferrytowych, ale zawsze były zaznaczone jako mocno opcjonalne więc jakoś porzuciłem temat.

Powiem Ci, że mi aż wstyd bo się naszukałem jakiegoś HIPa 6 - kanałowego I na takiego nie trafiłem. Tylko sobie w łeb strzelić 😃

Zaraz się wgłębię w temat bo by mi to troche miejsca na płytce zwolniło.

P.S Noty aplikacyjne do HIPów przeczytałem od deski do deski 😉 A przynajmniej tak mi się wydawało

[ Dodano: 23-01-2015, 12:44 ]

Jeszcze takie pytanie, czy sądzisz że dałoby się ten układ przetestować np. na płytce stykowej, czy to nie przejdzie ?

Nie mówię, że dla takich prądów na jakie jest on przewidziane.

Chodzi mi o to żeby sobie podpiąć jakiś mniejszy silniczek I zobaczyć czy to będzie śmigać.

[marek1707]

Przejdzie, ale zbudujesz inny układ z innymi (o wiele gorszymi) połączeniami, pojemnościami i rezystancjami. Inaczej rozmieszczone elementy, inaczej płynące prądy i inne zakłócenia. Coś przetestujesz, ale to nie będzie się miało nijak do docelowego układu. Trudno, nauka wymaga ofiar i w najgorszym przypadku musisz się przygotować ma jeden-dwa nawroty z PCB.

Acha, jeszcze filtry RC - teraz dopiero zauważyłem. Niby jest zupełna dowolność w dobieraniu elementów po to, by uzyskać jakąś częstotliwość odcięcia, ale wzmacniacz który takim filtrem musi sterować już czegokolwiek nie łyknie. Generalnie wzmacniaczy nie wolno obciążać pojemnościami a zrobienie opornika kilka omów w połączeniu z kondensatorem 100nF to właściwie czysta pojemność. Spróbuj tak dobrać, by obciążenie wzmacniacza, by widział raczej obciążenie rezystancyjne, np. 150Ω i 2.2nF dadzą tę samą częstotliwość a impedancja wejściowa jest zupełnie inna.

Czy układy ACS nie potrzebują masy?

No i pamiętaj, że będziesz miał masę "prądową" która musi być szeroka, głęboka itd. i masę pomiarową, która powinna być połączona z tamtą tylko w jednym wspólnym punkcie i z tego samego miejsca powinna łączyć się z masą tego czegoś co będzie sygnały wyjściowe mierzyło. No i z masą zasilacza. Ta płytka nie będzie mała choćby z powodu szerokich ścieżek i łączenia mas w gwiazdę.

[Warthog]

Faktycznie do ACSów masy nie podpiąłem, dzięki!

Filtry również zmienię, liczyłem sobie zadowolony mając w głowie częstotliwość odcięcia, ale nie pomyślałem w ogóle o tym co wzmacniacz na to 🙂

Co do mas to teorię na ten temat zrozumiałem, ale nijak nie mogę zmieścić tak ładnie rozmieszczonych mas na 2-stronnej płytce 100x80, którą mogę robić w Eagle'u. Pewnie wprawy mało....

Się nawet zastanawiałem czy nie rozbić tego na 2 płytki, jedną cyfrową a drugą analogową 🙂

Co do płytki stykowej to temat się pojawił bo chciałbym móc zmaterializować ten project w jakikolwiek sposób w krótkim czasie, bo to projekt na uczelnię, a wiadomo.. deadline'y 🙂

Potem sobie mogę na spokojnie bawić się w PCB, a teraz zaczynam wątpić czy się z tym wyrobię przez to moje niedbalstwo.

P.S A driverów nie znalazłem wtedy 6-channelowych bo te są właściwie tylko w technologii SMD, a ja THT szukam

[Warthog]

Jutro idę na zakupy, chcę złożyć układ dla mniejszych wymagań, jakiś mały BLDC modelarski 7-10A 10-12V (łatwiej dostępne podzespoły), może nawet z dysku twardego, zanim przyjdą części do tamtego układu 🙂

Jeśli znajdę jakiś driver to pewnie go kupię, jeśli nie to wezmę jakieś tranzystory NPN jak w pierwszym schemacie, tylko mocniejsze. Myślę, że 0.5mA powinno wystarczyć, gdyż pojemność bramki będzie niższa.

Mam tylko problem ponieważ w specyfikacjach podawane są ładunki bramki dla napięcia bliskiego Vmax, czyli dla przykładowego MOSFETa IRF9Z34NPbF mamy ładunek bramki 35nC dla Id-=10A, Vds=-44V, VGS=-10V. Jest też podana pojemność bramki dla Vds=-25V.

Niestety ja planuję coś na max 12V i nie do końca wiem jak to sobie przeliczyć, jeszcze dla częstotliwości PWMa. Podstawowe wzory wiele mi tutaj nie pomagają.

Są też charakterystyki V(Qg) ale nawet nie dochodzą do 35nC o których mówi specyfikacja...

Jak wyznaczyć niezbędny min prąd ?

Problem jest taki, że nie wiem co uda mi się dostać jutro więc próbuję sobie określić jakieś wymagania.

Pytałeś wcześniej dlaczego akurat seria 74XX. Był to dobór przypadkowy. Teraz jednak przyglądam się bliżej specyfikacjom bramek AND i dużych różnic nie widzę. Czy jest coś na co powinienem zwrócić szczególną uwagę ?

Wrócę pewnie też do pomiaru prądu na rezystancji. Rozumiem, że jedynym problem AD711 było to, że zasiliłem je z 5V i podpięcie 12V powinno rozwiązac problem ?

[marek1707]

Ech, czyli jednak porażka 🙁 Szkoda. Myślałem, że czasy w których układy kleciło się z części dostępnych w sklepie osiedlowym minęły. Przecież wszystko możesz kupić w jednym, dwóch sklepach internetowych i mieć paczki najdalej w Środę. Jak chcesz.

Nie potrzebujesz mocniejszych tranzystorów NPN w stopniach sterujących, bo moc będzie się wydzielała nie w nich tylko w opornikach kolektorowych. Jeżeli już masz tranzystor, to przepuść przez niego kilkanaście-kilkadziesiąt mA. Im mniejszy opornik wybierzesz tym będzie lepiej. Oszczędzanie kilku mA w napędzie silnika i tak nie ma sensu.

Przecież w tabelce masz podane Qg max czyli maksymalne napięcie bramki i drenu. Kolumna "max" oznacza gwarancję, że nigdy większe nie będzie. Wykres zakłada, że nikt normalny nie będzie tranzystora używał w takich warunkach. Dlatego kończy się na Vgs=-15V. Zobacz, że wielkości odczytane z wykresu dla Vds=-44 i -28V różnią się może o 5%. Jakie więc znaczenie ma fakt, że Ty chcesz pracować przy 12V. Myślisz, że coś się zmieni? Przecież te wykres pokazuje, że większość ładunku pochodzi z ładowania pojemności Crss a ta jest tutaj dość mała. Przyjmij 25nC i tyle. Przecież nie budujesz sondy na Księżyc tylko próbujesz oszacować prąd w szkolnym układzie. Dokładność 20% i tak jest wystarczająca. Co z czasami martwymi? Przy symetrycznych driverach możesz polegać na mądrych generatorach PWM rozsuwających czasy komutacji tranzystorów (mają taką funkcję) w niektórych procesorach. Tutaj w dół będzie szybko, ale w górę kiepsko. Jak to zoptymalizujesz?

Może lepiej kup jakiś gotowy regulator modelarski? Te typowe pracują zwykle do 16-20V, mają od 10 do 80A i kosztują jakieś 50-100zł. Zdejmij termokurcza, popatrz na płytkę, wyczaj połączenia i napisz własny program, jeśli sterowanie PPM lub I2C Ci nie odpowiada. Układowo to żadna filozofia, mostek 3F jak u Ciebie a nic nie musisz lutować. Są też open-hardware'owe konstrukcje takich regulatorów (hasło: SimonK i jego projekt).

Prąd? Częstotliwość PWM=10kHz wymusza przesłanie ładunku 25nC 10 tysięcy razy w ciągu sekundy z zasilania do bramki. Jej rozładowanie zamyka się w obwodzie którego zasilanie nie widzi, więc tego nie liczymy. To małe tranzystory, wolny PWM, mi wychodzą ułamki mA a Tobie? Dużo więcej prądu pochłoną prymitywne drivery bramek.

Rodziny 74xx różnią się między sobą i to bardzo, choć może tego na pierwszy rzut oka nie widać. To trochę jak ze wzmacniaczami operacyjnymi - niby każdy ma dwa wejścia i wyjście, ale dlaczego produkuje się ich setki, jeśli nie tysiące rodzajów?

Porównajmy 74HC08 i 74AC08. Oba układy to bramki AND, ale nie będą opowiadał o podobieństwach. Najważniejszą różnicą tych rodzin jest szybkość. I to nie czas propagacji - bo ten jest w zasadzie podobny (przy 5V HC mają ok 7ns a AC jakieś 5ns), tylko szybkość zboczy wyjściowych. Jak to zostało zrobione? Przez przeskalowanie stopni wyjściowych. Napięcia wyjściowe HC są podawane dla prądów 3-5mA, to samo dla AC jest podawane już dla 24mA. Dlaczego? Bo żeby uzyskać szybkie zbocza sygnałów nadajnik musi dysponować dużą wydajnością prądową. Musi przecież przeładowywać pojemność obciążenia. Jeżeli wstawisz do prostego układu np. z procesorem bramkę HC, zablokujesz zasilanie jakimś 100nF gdzieś w pobliżu - będzie OK. Bramka AC będzie próbowała zmienić stan swojego wyjścia pięć razy szybciej i dobrze, jeśli ścieżka jest krótka i ma 10pF. Jeżeli zrobiłeś niebacznie jakiś kabelek albo ścieżkę powyżej 10cm, masz przechlapane. Prąd 24mA to tylko stan ustalony. Na początku, gdy stan na wyjściu dopiero zaczyna się zmieniać, driver wyjściowy praktycznie pracuje na zwarcie i prąd sięga ponad 100mA. Czy domyślasz się jakich spustoszeń na szynie zasilania i w okolicznych ścieżkach może dokonać zbocze o amplitudzie 5V i długości np. 2ns? Przecież to częstotliwości rzędu GHz a to przechodzi przez 1cm równoległych ścieżek jak przez masło. Jeżeli nie masz 4-warstwowej płytki ze specjalnymi warstwami zasilania i gęsto ułożonych szybkich kondensatorów, zasilanie przez chwilę spada o 3V a potem jeszcze drga przez kilkadziesiąt ns. Wszystkie pobliskie sygnały widzą zbocze jak swoje a jeśli są to np. wejścia jakichś liczników, każdy zlicza swój tick i system się rozpada.

Projektowanie tak szybkich układów to raczej nie kasza z mlekiem - trzeba uważać czego się używa i do czego. 74HC a już rodzina 4000 w szczególności są bezpieczne, bo są stosunkowo wolne. Jak to mówią - "polecam".