Punte H

[tavy]

Salut.
Poate nu este tocmai forumul potrivit pentru asta, dar chiar nu prea sunt bine înfipt în alte comunități în care să mă consult.
În speranța că găsesc pe aici și alți pasionați de electronică, vă supun atenției schema atașată. Este o punte H gândită pentru comanda unui motor de macara geam electric Logan.
Eu nu mai am experiență, nu m-am mai ocupat de electronică de mai bine de 15 ani, cu MOSFET nu am avut niciodată experiență.
Îngrijorarea mea referitoare la schemă este că tranzistoarele T1 și T3, în momentul comutării, se pot deschide pentru foarte scurt timp simultan rezultând astfel un scurt circuit.
Mă gândesc că persoane cu ceva mai multă experiență mă pot liniști sau mă pot determina să adaug niște filtre RC ca să întârzii puțin deschiderea tranzistorilor cu niște diode în paralel cu R-ul astfel încât închiderea să se facă mai repede decât deschiderea.

[AlexandruLazar]

În termeni de jargon, asta se cheamă shoot-through şi e într-adevăr posibil.

Dacă poţi să faci vreun fel de PWM, sau oricum, dacă ai măcar un minim de control asupra semnalului de deschidere, soluţia cea mai simplă e să introduci un timp mort (deschizi perechea T1-T2 la un anumit timp după ce ai închis perechea T3-T4). Un exemplu care include şi nişte forme de undă e aici: www.engsoc.org/~bbarnes/project/reference/hbridge-reference-ualberta-arvp.pdf . Dacă nu, soluţia cu filtre RC e cât se poate de bună din punctul meu de vedere -- principiul e în fond acelaşi; totuşi, aş zice că e ceva mai periculos întrucât până să ajungi cu tranzistorii în regiunea de saturaţie, o să treci cu ei prin zona liniară, şi dacă stai prea mult acolo vor disipa ceva mai multă căldură (sursa nu o să vadă un scurtcircuit, dar o să vadă o rezistenţă destul de mică) . Microchip are un application note drăguţ care discută toate fenomenele asociate la ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/00799b.pdf .

Sau, poţi folosi un driver care ştie să se ocupe de asta intern (de exemplu LT1162 -- http://www.linear.com/product/LT1162 ). Principiul prin care lucrează nu e neapărat foarte complicat, dar realizarea cu componente discrete cred că e prea mult pentru un geam de Logan. Ca idee, e un application note detaliat la www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-6003.pdf despre cum se face asta --  nu e vorba efectiv de punţi H dar principiul e acelaşi.

[tavy]

În termeni de jargon, asta se cheamă shoot-through şi e într-adevăr posibil.

Evident este posibil, rămâne de văzut cât de mult afectează în cazul meu.

Dacă poţi să faci vreun fel de PWM, sau oricum, dacă ai măcar un minim de control asupra semnalului de deschidere, soluţia cea mai simplă e să introduci un timp mort (deschizi perechea T1-T2 la un anumit timp după ce ai închis perechea T3-T4).

Eu chiar mă bazez pe faptul că nu folosesc PWM, motorul de la geamul de la Logan este și așa destul de puturos, nu am de ce să-i reduc din putere. Practic motorul va fi ori oprit, ori va merge într-un sens ori în celălalt. Trecerea de la un sens la celălalt va trece prin starea de oprit pentru un timp minim rezonabil, peste 0,5s.
Dacă aș folosi PWM tranzistorii ar comuta destul de des și, evident, efectul de care mă tem s-ar face mai bine simțit.

Un exemplu care include şi nişte forme de undă e aici: www.engsoc.org/~bbarnes/project/reference/hbridge-reference-ualberta-arvp.pdf .

Văd că și ei folosesc RC+Diodă pentru întârzierea deschiderii și accelerarea închiderii. Pe de altă parte ei se gândesc la PWM, este posibil în cazul meu să nu fie necesar.
[/quote]

Dacă nu, soluţia cu filtre RC e cât se poate de bună din punctul meu de vedere -- principiul e în fond acelaşi; totuşi, aş zice că e ceva mai periculos întrucât până să ajungi cu tranzistorii în regiunea de saturaţie, o să treci cu ei prin zona liniară, şi dacă stai prea mult acolo vor disipa ceva mai multă căldură (sursa nu o să vadă un scurtcircuit, dar o să vadă o rezistenţă destul de mică) .

Practic, tranzistorii mei nu ar trebui să ajungă niciodată în zona de saturație, unde ar apare limitarea de curent și creșterea tensiunii Drenă-Sursă concomitent cu creșterea puterii disipate.

Microchip are un application note drăguţ care discută toate fenomenele asociate la ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/00799b.pdf .

Sau, poţi folosi un driver care ştie să se ocupe de asta intern (de exemplu LT1162 -- http://www.linear.com/product/LT1162 ). Principiul prin care lucrează nu e neapărat foarte complicat, dar realizarea cu componente discrete cred că e prea mult pentru un geam de Logan. Ca idee, e un application note detaliat la www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-6003.pdf despre cum se face asta --  nu e vorba efectiv de punţi H dar principiul e acelaşi.

O să parcurg deseară cu ceva mai mare atenție AN-urile indicate, se pare că-mi pot permite să determin cât de cât comportamentul tranzistorilor în perioada de tranziție, deși pare-se calculele sunt destul de laborioase pentru ce-mi propun eu (ținând cont că nu folosesc PWM și tranzițiile sunt destul de rare).
Folosirea unui driver dedicat integrat iese din discuție din cauza prețului exagerat, spre exemplu LT1162 costă aproape 60RON fără TVA și necesita 2 pe modul, cum sunt geamuri ar fi nevoie de cel puțin 480RON fără TVA numai pentru drivere, de peste 10 ori prețul tuturor celorlalte componente.
O schemă interesantă am găsit la http://letsmakerobots.com/node/18633 unde pot să renunț la tranzistorii bipolari pentru că nu am nevoie de starea ,,No power". Schema este gândită tot pentru PWM și-mi este frică să nu omor țânțarul cu bomba atomică.

Cum spuneam, motorul meu va fi alimentat în regim continuu și va fi oprit în momentul în care se depășește un curent prestabilit prin potențiometru detectând astfel când ajunge la capătul de cursă sau întâmpină un obstacol. Apropos de acest lucru, în linkul dat de mine sugerează utilizarea unei siguranțe întârziate pe post de rezistență shunt, cât de fiabilă ți se pare soluția? Pentru că mă disperă utilizarea de 10 rezistențe de 0,1Ohm (cele de 0,01Ohm sunt mai rare și destul de scumpe).

[AlexandruLazar]

Nu e o problemă dacă circuitul e "gândit" pentru PWM, în ultimă instanță o formă de undă continuă e doar una cu factor de umplere 100%  .

Practic, tranzistorii mei nu ar trebui să ajungă niciodată în zona de saturație, unde ar apare limitarea de curent și creșterea tensiunii Drenă-Sursă concomitent cu creșterea puterii disipate.

Corect (aveam mintea setată pe tranzistorii bipolari, folosiți în cvasisaturație); totuși, la începutul regiunii liniare rezistența drenă-sursă e mai mare. Pe de altă parte, întrucât nu o să schimbi direcția de zeci de ori pe secundă, mă îndoiesc că puterea disipată astfel va fi prea mare, deci nu văd de ce am avea motive de panică aici.

AN-urile alea sunt așa, de parcurs într-o după-amiază mai plictisitoare -- n-are rost să tragi cu tunul după țânțar. Soluția indicată de tine cu filtre RC ar trebui să fie suficientă pentru ce îți trebuie.

[tavy]

Nu e o problemă dacă circuitul e "gândit" pentru PWM, în ultimă instanță o formă de undă continuă e doar una cu factor de umplere 100%  .

Nu problema referitoare la funcționare mi-o puneam eu, evident că dacă circuitul va merge cu PWM va merge și în regim continuu, problema apare în momentul în care gândirea pentru PWM aduce complicații inutile. Eu încerc să fac un sistem cu costuri minime dar totuși funcțional și funcțional ne tras de păr.
Probabil că nu pot fi sigur decât făcând oarece teste, mai problematic va fi să fac rost de un osciloscop. Mă gândesc să fac puntea, să pun o rezistență de balast în locul motorului și să țin o intrare în 0 iar pe cealaltă să o atac cu un semnal dreptunghiular. Pe urmă pot monitoriza forma semnalului pe rezistența shunt, cu ocazia asta pot să văd și cât de bine se comportă o siguranță cu întârziere pe post de shunt. Dacă apar vârfuri prea mari de curent este evident că va trebui să complic puțin schema iar în final se pare că schema de la http://letsmakerobots.com/node/18633 este cea mai elegantă pe care am găsit-o, până la urmă un LM339 este doar 0,5 RON.
Un motiv pentru care încerc să fac schema cât mai simplă este că modulul trebuie să iasă cât mai mic pentru că cel mai bine ar fi să fie montat chiar lângă butoanele de comandă a geamurilor iar în cazul butoanelor pentru geamurile din spate spațiul este destul de mic.

Pentru cine este curios, toată chinuiala este pentru a adăuga Loganului facilitatea de închidere/deschidere geamuri la apăsarea butonului fără a ține apăsat butonul. Practic acesta ar fi doar modulul de putere, comanda se va face cu un microcontroler. Nu m-am decis încă dacă va fi un singur microcontroler care se va ocupa de toate cele 4 geamuri sau fiecare modul va avea microcontrolerul său. Tind pentru varianta cu un singur microcontroler pentru că mă gândesc să adaug și facilitatea de semnalizare de 3 clipiri atunci când maneta de semnalizare este deplasată doar jumătate de cursă și revine în poziția neutră. Se pare că totul poate fi comandat de un singur microcontroler PIC, trebuie însă să mă decid dacă merită efortul de a face un soft ceva mai dificil care să controleze simultan toate modulele și mai trebuie să iau în calcul și fiabilitatea.