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Topic: Aiuto lettura DSO H-Bridge, corretta? (Read 2025 times) previous topic - next topic

dab77

Oct 07, 2012, 04:11 pm Last Edit: Oct 07, 2012, 10:37 pm by dab77 Reason: 1
Ciao a tutti, nell'intento di fare il mio bell'H-bridge (si lo so che ce ne sono una valanga la fuori, ma è per capirci un pò di più..) mi sono imbattuto in una lettura, che vorrei capire bene che significa.
Allora, per semplificare sono partito dal solo mezzo ponte, con un MOSFET N ed uno P, comandati da due diversi pin di Arduino, tramite fotoaccoppiatori.
Nel ponte completo saranno i due stessi canali a pilotare entrambi i lati del ponte, ma rimaniamo al mezzo ponte per ora.
lo schema è in allegato, e l'immagine presa dal DSO, vede il canale Celeste in lettura sul Gate del MOSFET-P  (mentre il MOSFET-N è sempre attivo), comandato con una PWM del 20% circa. Come si vede quando il PWM è alto, il Gate è a Zero, quindi il MOSFET-P conduce (la lettura Gialla è il Drain del MOSFET-P riferito al Drain del MOSFET-N)
Lo strano è quando il PWM è LOW. Il Gate viene riportato alto dalla Pull-Up (nella lettura stavo usando circa 14V come VCC) ma leggo sempre un pò di tensione nel momento di OFF. Mi sarei aspettato di vedere qualcosa di più vicino allo zero, o per lo meno una rampa di discesa verso lo Zero, ma così non è.

Secondo voi è normale? si può migliorare?

Come resistenza di Pull-Up sul Gate prima usavo una 10k, poi ho messo un trimmer  e i risultati sono migliorati calando la resistenza. Nella lettura che ho postato la resistenza è 1,2kOhm, valore che migliora un pò il risultato.

Per completezza vi dico anche che comunque funziona, anche se ho poco margine. Diciamo che dal 60-70% di duty cycle in poi cambia pochissimo.
Inoltre ho notato che fermando il motore con le mani, quella tensione nel momento di OFF si abbassa notevolmente.
Ah, nello schema non ci sono i diodi di ricircolo, in quanto già presenti nei MOSFET usati.

Semmai qualcuno avesse voglia di vedere anche i datasheet dei MOSFET eccoli: MOSFET-P e MOSFET-N.

Ciao, Davide.

dab77

Allora, nell'attesa ho provato ad attaccare il ponte intero e fare una prova, ed ho 2 risultati, uno bello e uno brutto...

Quello bello è che la lettura dell'uscita dei MOSFET con il ponte intero diventa pulitissima e come me l'aspettavo! :)
La notizia brutta è che così si bruciano i MOSFET..... :~
Ho provato ad accendere in una sola direzione il motore, usando un canale LOW e una PWM da 0 a 255 e ritorno sull'altro. Prima con 9V, poi alzando piano fino ai 12-13.. a quel punto puzza di bruciato... cavolo, mi si è pure squagliata la plastica della sonda!!!
è strano, perchè dalla misura sembrava a posto..

Qualcuno sa suggerirmi dove sta il problema? poi, ovvio che per un utilizzo reale uso 4 pin di controllo e via, ma ora lo sto facendo per studiare un pò, e la logica degli optoisolatori con le Pull-Up non mi sembrava male..

Forse ho abbassato troppo il valore delle Pull-Up? le avevo portate a 1kOhm.. e su mezzo ponte andava bene..

Allego lo schema DA NON SEGUIRE usato nel caso in cui mi si sono bruciati i MOSFET N e P di una direzione.

flz47655

Puoi correggere i link dei mosfet? Aspetta a fare prove a casaccio, bruci tutto per niente.. poveri mosfet!

dab77

ooops! pardon, non me ne ero accorto. ora funzionano.

Per i mosfet bruciati sono andato tranquillo, perchè ne ho 'vinti' una sessantina N-Channel per vie traverse... ecco perchè sto facendo esperimenti con i Mosfet. In realtà come prima cosa ho provato a fare la scheda dell' OSMC nella versione 3.2, ma il risultato non mi soddisfa, ovvero funziona male. allora per capirne di più sto cominciando dalla base del ponte, ovvero il mezzo ponte, poi quello intero. Magari poi capirò perchè non va il progetto dell'OSMC.

uwefed

I mosfet si sono bruciati perché entrambi erano accesi contemporaneamente.
Ciao Uwe

astrobeed

Non puoi pilotare un mospower con un optocoupler e una pull up, non riesci ad aprire e chiudere in tempo i canali per via della poca corrente disponibile su i gate, il risultato è che i due canali si trovano per un tot tempo simultaneamente aperti e metti il tutto in corto con conseguente frittura mista.
L'ho detto un milione di volte, il ponte H non è un oggetto semplice da realizzare  e tanto meno da fare funzionare correttamente, sopratutto quando entrano in gioco le alte correnti, non è un caso se consigliamo di utilizzare ponti H sotto forma di IC pronti all'uso.

dab77

Grazie delle risposte. Non ti arrabbiare Astro, l'ho detto sopra, che era solo per sperimentazione, ho aperto il topic perchè volevo un aiuto a capire il perchè di quella lettura con il mezzo ponte.
Poi non mi è chiaro qualcosa, perchè i tempi di reazione dell'optocoupler sono ben più veloci del PWM di arduino, e così anche i tempi di accensione e di spegnimento dei MOSFET. i datasheet li ho letti e riletti, non è che attacco e basta..
Ora quello che hai suggerito potrebbe essere il problema, cioè la poca corrente che lascia passare l'optocoupler, che, se non ho capito male dal datasheet del fotoaccoppiatore sono 50mA. Quello che non riesco a trovare nel datasheet dei MOSFET è la corrente necessaria ad aprire il Gate. Mi pare di aver capito che il Gate dei MOSFET si apre con la Tensione, non con la Corrente (non è che abbia compreso bene il significato..) e da qui ho 'tradotto' che di corrente ne basta pochissima. Se sbaglio, per favore ditemi perchè.

flz47655

Il gate del mosfet è una capacità (a cui bisogna aggiungere altre capacità parassite per forza presenti nel circuito). La tensione ai suoi capi non può variare istantaneamente ma dipende dalla carica elettrica (integrale della corrente quindi dipende anche dalla corrente)



Se hai poca corrente per caricare la capacità la carichi per forza di cose lentamente, quindi la tensione sale lentamente e fino a che non raggiunge un certo livello il mosfet è spento. Analogo discorso per lo spegnimento.

La corrente richiesta è altissima e di picco ma per un tempo piccolissimo quindi in media è quasi nulla a basse frequenze.

Il datasheet ti da il valore tipico di questa capacità, Total Gate Charge, che vale nel NMOS 48nC sotto determinate condizioni, c'è anche la figura 6 che mostra l'andamento della capacità in base alla Vgs, puoi così calcolarti la corrente che ti serve per caricare la capacità nel tempo che desideri fino a far arrivare la tensione al valore in cui il mosfet si accende

Ciao
PS: prendi tutto quello che ti ho detto per le pinze

astrobeed

#8
Oct 08, 2012, 10:26 am Last Edit: Oct 08, 2012, 10:28 am by astrobeed Reason: 1

Mi pare di aver capito che il Gate dei MOSFET si apre con la Tensione, non con la Corrente (non è che abbia compreso bene il significato..) e da qui ho 'tradotto' che di corrente ne basta pochissima. Se sbaglio, per favore ditemi perchè.


Si il mosfet si pilota in tensione, però sul gate è presente una capacità parassita abbastanza rilevante, in particolare su i mospower, che deve essere caricata e scaricata per poter variare la tensione sul gate, questo richiede correnti istantanee che possono raggiungere valori di diverse centinaia di mA.
Se la circuiteria che pilota il gate non può fornire tale corrente invece di aprire il canale alla massima velocità possibile si apre "lentamente" seguendo la curva di carica/scarica della capacità, ovvero invece di avere un "interruttore" che si apre/chiude quasi istantaneamente hai un "rubinetto" che si apre/chiude in un certo tempo con tutte le conseguenze del caso.
Anche se disponi di idonei driver per i gate, ne esistono moltissimi tipi diversi sotto forma di single chip, devi comunque prevedere un dead time durante il quale nessun gate è aperto, si parla di tempi variabili tra decine di ns e qualche us, dipende dalle caratteristiche del mos, in modo da essere certo di non avere nessuna sovrapposizione dei canali in conduzione.
Tieni presente che l'impedenza d'ingresso del gate di un mos è altissima, come minimo diverse decine di Mohm, praticamente non assorbe corrente una volta che è stato polarizzato.
La quantità di energia per caricare/scaricare la capacità parassita è molto piccola, ovvero il tempo durante il quale la corrente raggiunge valori elevati è piccolissimo, da un punto di vista della potenza elettrica l'impegno è minimo, si parla di mW, se non uW, pertanto gli ic driver non scaldano e si trovano sotto forma di normali case in formato SMD di piccole dimensioni, volendo anche in case PDIP 8/16 a seconda se sono single side o dual side.

dab77

#9
Oct 08, 2012, 10:51 am Last Edit: Oct 08, 2012, 10:55 am by dab77 Reason: 1
Perfetto! ragazzi grazie molto delle spiegazioni.
Quindi ne deduco che cercare di amplificare la corrente in uscita dall'optocoupler sia macchinoso e forse peggiora ancora di più i tempi.
D'Altrocanto però, pensando sempre ad una versione 'semplice' di un Ponte-H, senza cercare le 'prestazioni', comandando ogni singolo MOSFET con un pin di Arduino, quindi con 4 Optoisolatori, a quel punto non si avranno mai sovrapposizioni, ovvero solo nel cambio di direzione, in cui però basta prevedere un Deadtime via software.
Ripeto, parlo sempre di studio sui Mosfet, non di un Ponte H da prendere come esempio.
Lo metto in pratica, così mi posso sbizzarrire a sondare qua e la col DSO. Non mi piace fare solo copia e incolla dei circuiti che trovo in giro, voglio capire il perchè delle scelte fatte nella progettazione, e anche perchè uno schema dato per buono poi oin realtà non va come promesso.

Poi farò le stesse prove con un driver. Mi ritrovo un HIP4081A, che però pilota 4 canali N. Farò delle prove con quelli.
Ciao!


astrobeed


Ripeto, parlo sempre di studio sui Mosfet, non di un Ponte H da prendere come esempio.


Se vuoi fare esperimenti utilizza 4 mos per piccoli segnali logic level, due tipo P e due di tipo N, e li piloti direttamente con i pin di Arduino, metti in serie una resistenza da 33 ohm per limitare la corrente massima, anche se non è una soluzione ottimale i 40 mA che può fornire bastano per aprire/chiudere i canali senza particolari problemi.
Gli HIP4081A sono ottimi driver per ponte H, ti permettono di usare quattro mospower a canale N, è la tipologià più diffusa ed è quella che consente le prestazioni migliori, sono da considerarsi quasi obsoleti però vanno benissimo per realizzare un ponte H da molti Ampere, attenzione che non sono semplicissimi da utilizzare.
Qui trovi un ottimo progetto basato sul HIP4081, ormai giunto alla sesta versione, al quale ho partecipato allo sviluppo e beta testing nelle fasi iniziali, nonostante l'esperienza delle persone coinvolte in questo progetto sul primo prototipo abbiamo fatto diverse fritture miste di mospower, questo per farti capire che anche utilizzando IC dedicati realizzare un buon ponte H in grado di reggere molti Ampere non è una cosa semplice  :)

dab77

Difatti avevo visto i Mosfet Logic Level, ma perchè non li vedo usati in giro? costano di più?
Interessante quel progetto, peccato non si possa vedere lo schema..
Invece l'OSMC lo conosci? che ne pensi?

astrobeed


Difatti avevo visto i Mosfet Logic Level, ma perchè non li vedo usati in giro? costano di più?


Semplicemente perché molti non sanno che esistono, peggio ancora usano dei normali mos, con gate che richiede almeno 10V per saturare, a 5V col risultato di farli surriscaldare nella migliore delle ipotesi.

Quote

Interessante quel progetto, peccato non si possa vedere lo schema..


Lo schema c'è da qualche parte sul sito, al limite scrivi al webmaster e te lo fai mandare in email, oltre ad essere un amico è un convinto sostenitore dell'open source quindi stai pur certo che lo schema non è un mistero  :)

Quote

Invece l'OSMC lo conosci? che ne pensi?


L'OSMC è un progetto pensato per un ponte di alta potenza ad uso Robot Wars dove il controllo, inteso come gestione del movimento, non viene preso molto in considerazione, per contro il RoboPonte è pensato per uso su robot mobili dove il controllo è la prima cosa, sebbene sono due progetti simili, tutti e due sfruttano l'HIP4081, il secondo è migliore come possibilità di gestione della potenza e del movimento, se non mi ricordo male l'OSMC non ha nemmeno il feedback della corrente sul motore mentre il RoboPonte si.

dab77

#14
Oct 08, 2012, 12:19 pm Last Edit: Oct 08, 2012, 12:21 pm by dab77 Reason: 1
Riguardo i Logic Level, comunque quando leggo una soglia di 1-3V, parla sempre di differenza con la tensione di Source, giusto? quindi comunque non si può pilotare un mezzo ponte con due LogicLevel di tipo N, perchè il Source del Mosfet 'Alto' sarà sempre ad una tensione maggiore, giusto?
ho trovato gli IRLZ44, non mi sembrano male come caratteristiche 60V a 50A (36A a 100°). Ovvio il prezzo sale un pò, siamo a 1,5€ su RS..

capisco la differenza tra i due progetti, ora cerco lo schema.
Grazie.

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