Smart H-Bridge 40A low cost

Per esigenze personali sto progettando un H-Bridge in grado di erogare 40A continui, fino a 90A per 10 secondi, tensione di lavoro compresa tra 10V e 28V, in pratica utilizzabile con una batteria LiPo compresa tra 3S e 6S, oppure con una batteria al piombo 12V o 24V.
Come ho anticipato nel titolo è un progetto low cost, sopratutto tenendo conto delle caratteristiche tecniche, rispetto ai prodotti commerciali equivalenti, parliamo di una cifra compresa tra 20E e 30E, a seconda delle feature desiderate, per un singolo ponte e tra 40E e 50E per la versione a doppio ponte.
Oltre alla elevata corrente erogabile il ponte è totalmente optoisolato e si alimenta tramite la batteria utilizzata per i motori, è presente una piccola mcu che si occupa della misura corrente assorbita dai motori e della temperatura mos, i dati sono forniti tramite seriale, sempre optoisolata, con il classico formato UART.
La mcu si occupa anche della protezione per corrente e temperature troppo alte spegnendo il ponte.
Il controllo può avvenire sia in modalità LAP che S/M, selezionabili tramite un jumper, sono disponibili gli ingressi per lo spegnimento di emergenza e per l'attivazione del freno elettrico di stazionamento.
Il ponte utilizza come stadio di potenza gli IRF2804S oppure la loro versione automotive AUIRS2840S, quest'ultima permette di gestire fino a 50A continui, il driver per i mos è il popolare IRS2184S, utilizzato in molti progetti amatoriali, tutti e due si trovano facilmente presso tutti i principali distributori quali RS, Farnell, Mouser, Digikey, etc, da notare che l'IRS2184S esiste anche in versione pdid, per l'IRF2804 esiste la versione D2PACK e quella in TO220.
Il mio progetto usa esclusivamente componenti SMD, però sono tutti con case non microscopico, si saldano facilmente a mano, basta possedere un saldatore decente.
Sto completando lo schema di base, senza mcu per le funzioni aggiuntive, dovrei riuscire a postarlo domani, poi arriverà la versione completa dotata di mcu.
Per chi è interessato posso fornire sia il solo pcb che la versione già montata, questo non appena avrò fatto tutti i collaudi del caso dato che si tratta di un progetto nuovo che per il momento è solo sulla carta.
Non mi chiedete adesso i costi reali perché fino a che il progetto non arriva alla fase di prototipo perfettamente funzionante non posso calcolarli.

Non appena sono pronti gli schemi, con relativo sbroglio pcb, li allego a questo post.

Aggiornato il primo post con lo schema di base di un singolo ponte H, è solo la parte driver e di potenza.

Bello.
Ciao Uwe

Posso chiederti perche' il 21844, anziche' il 2184 che e' piu piccolo ? ... per la possibilita' di programmarti il deadtime soltanto ?

Quei mosfet mi sembrano un'ottima scelta, a 40A dovrebbero in teoria dissipare poco piu di 3W, se saldati su abbastanza rame, potrebbe non servire neppure un dissipatore :smiley:

Si ho preferito i 21844 proprio per la possibilità di regolare il dead time, con i 2184 ho avuto delle esperienze negative, mos che saltavano o scaldavano troppo a causa dei solo 400 ns di deadtime, dipende anche dalla frequenza del PWM, più è alta e maggiore deve essere il deadtime, questo ponte deve poter arrivare a 40 kHz di PWM.
Ll'ingombro del 21844 non impatta in modo negativo sul pcb visto che i mos sono in cas D2PACK e non sono certo piccoli. :slight_smile:
Per il raffreddamento basta disegnare bene il pcb, con ampie aree esposte (senza solder), per garantire lo scambio termico, ovviamente con la corrente massima i mos diventano belli caldi, molto prossimi ai 100°, però questo non è un problema in quanto rientra nel loro profilo di funzionamento.
Va da se che per via delle dimensioni delle zone di raffreddamento dei mos, e le loro dimensioni, il pcb non può essere piccolo, un doppio ponte, in totale 8 mos, dovrebbe richiedere un pcb 100x120 mm.
Volendo è possibile usare mos con case più piccoli, se la corrente richiesta è minore, con la conseguente riduzione delle dimensioni del pcb, sopratutto per le zone di raffreddamento.