Moteur CC + Pont en H

[Seb.26]

Bonjour,

j'ai à ma disposition, un moteur 24v CC / 420w, après avoir commencé par un mini treuil via BP + relais, je voudrais passer à autre chose de plus "technique".

Avant tout, la doc du moteur :

J'ai bien envie d'essayer de le piloter via un pont en H et un uCPU ... de mesurer le courant via un capteur ( de chez LEM ) ...

Mais il y a un hic : 420w sous 24v, c'est 21A de courant nominal !!!

Donc j'ai été voir des collègues et je peux me faire faire un PCB en 140um (max), mais à mon avis, on est encore loin du compte.

Ma première question : est-ce du délire de vouloir faire une carte pour piloter mon moteur ?
( Comme certains ici le savent, je suis pas un vieux pro de l'électronique, mais je suis motivé et pas trop stupide ... enfin je crois )

Donc, j'aimerais arriver à avoir un pont en H (ou autre) qui tienne le choc et obtenir 2 sens de marche, le tout piloté par un uCPU.

Pour le PCB, je peux partir sur du 140um, avec des pistes bien larges (sur les 2 faces) , voir ajouter un câble sur la piste pour la partie puissance ...

Vous en pensez quoi ?
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[Forhorse]

Non à mon avis c'est pas du delire. En tout cas j'espère pas car je travail approximativement sur le même genre de projet afin de piloter une charge de 1000W sous 24V également.
Voir le topic de mon projet Protection-surcharge-nmos

[Seb.26]

Non à mon avis c'est pas du delire. En tout cas j'espère pas car je travail approximativement sur le même genre de projet afin de piloter une charge de 1000W sous 24V également.
Voir le topic de mon projet Protection-surcharge-nmos

Hello,
j'ai lu ton post, 1000w de charge résistive sous 24v !!! ... ça fait quelques Ampères ...

Tu as déjà réfléchi a ton PCB ?

[Forhorse]

Oui, ça sera fait en classique 35µ en double couche, pistes de 20mm de large les plus courtes possibles. Rivet de metalisation pour les pattes des MOS, et pistes genereusement étamés et sans doute renforcées par du feuillard cuivre (je peux en recuperer au boulot)

[A voir en vidéo sur Futura]

[Seb.26]

Perso, j'ai pas besoin de PWM, je pense donc que mon projet est plus simple que le tiens, j'ai "juste" à trouver les bons transistors pour le pont et à dimensionner le tout ... ... pour commencer je serais déjà content de moi si ça marche !

J'espère que les commutations ne vont pas trop semer le bazar vers le uCPU ...

[Forhorse]

J'ai fait des essais avec un PWM jusqu'a 16Khz sur un montage sur plaque d'essais sans soudure, donc avec plein de fil volant qui rayonnent, aucun soucis. Bon c'était sur une charge reduite (2.5A) mais avec un routage correcte + plan de masse + decouplage, à mon avis ça passe tranquille.

[Seb.26]

J'ai fait des essais avec un PWM jusqu'a 16Khz sur un montage sur plaque d'essais sans soudure, donc avec plein de fil volant qui rayonnent, aucun soucis. Bon c'était sur une charge reduite (2.5A) mais avec un routage correcte + plan de masse + decouplage, à mon avis ça passe tranquille.

Bon, tant mieux (pour toi)

J'irais re-regarder les réf que tu utilise pour ton montage ... je crois que tu utilise 4x 3 transistors en parallèle ?!

[Forhorse]

oui, mais alors c'est plus ou moins pifometrique. J'ai toujours pas compris comment on deterime le nombre de transistor necessaires.
Je sais qu'il y'a une limitation d'intensité due au boitier utilisé (TO220) ce qui me parait logique. Mais après je ne sais pas trop.
Genre ce après midi j'ai bricolé un chargeur de batterie, il est donné pour 12A max, et pourtant il y avait deux STP140NF donc la capacité theorique de commuter 160A
Pareil, j'ai déjà un peu regardé l'interieur d'un convertisseur 24V/230V-1200W
Soit côté primaire aux moins 62A, soit 15A pour un unique transistor IRF3710 (il y avait 4 transfo) dimensionné pour 57A
A l'inverse au secondaire, ça faisait a peine plus de 5A et pourtant il y'avait 3MOS en parrallèle soit 30A maxi theorique (IRF740)

Si tu trouves une methode, même empirique, pour determiner quel MOS utiliser et combien en mettre, ça m'interesse.

[Seb.26]

Une méthode empirique ?
... Tu stresse ton système avec un courant x2 ... et tant que ça crame, tu refais en rajoutant un transistor ... quand ça crame plus, tu rajoute un transistor et tu reste comme ça ... ...

Sinon, je pense qu'il ne faut pas raisonner que sur le courant, mais aussi sur la dissipation de chaleur ...

[bobflux]

Alors :

La datasheet du moteur indique :

- Courant nominal 21 A
- Courant pointe démarrage 63A
- R 0.19 ohm
- L 0.36 H

Avec une alim de 24V : courant maximum possible (moteur bloqué) = U/R = 126 A

Tu veux simplement choisir le sens de rotation du moteur, donc pas de PWM, je suppose ?

Si tu n'as pas de PWM, le type de commutation des MOSFETs (rapide ou lente) dépend de si tu veux une protection contre les court-circuits en sortie, ou pas. Si tu veux une protection contre les court-circuits, il faut un driver rapide, un capteur de courant rapide, un comparateur, une inductance en sortie, le tout devant réagir (et bloquer le MOS) en moins de 1 ou 2µs.

Si tu veux seulement une protection contre les surintensités (moteur bloqué...), l'inductance du moteur est tellement énorme que n'importe quel système aura le temps de voir venir, même un disjoncteur électromécanique...

Donc on va partir sur une commutation lente (gate des MOSFETs commandées avec une résistance par exemple, pas un driver musclé qui commute en 20 ns), pas de protection ultrarapide contre les court-circuits (mais toujours un fusible), et une protection contre les surintensités qui aura le comportement suivant :

- on mesure le courant
- on compare avec une valeur de référence, mettons 70A au démarrage et 35A ensuite
- si le courant est au-dessus de cette valeur pendant plus de x millisecondes, on coupe

Dans ce cas, tu n'as pas besoin de circuit imprimé de puissance : il suffit de boulonner les MOSFET sur un dissipateur adapté et de câbler la puissance avec des fils rigides de 2.5 mm², par exemple. Garde un layout compact et des fils courts. Juste à côté, tu boulonnes le circuit imprimé avec l'électronique.

Choix des MOSFETs : tu choisis une dissipation acceptable, donc une RdsON maximum, et tu pars en chasse du bon MOSFET qui a :

- Imax > 70A + facteur de sécurité
- RdsON < ton max @ Vgs = ta tension de commande

Les MOSFETs en parallèle, ça marche bien puisque le RdsON augmente avec la T° donc celui qui conduit le plus chauffe plus, donc il conduit moins et ça s'égalise avec les autres. Donc cherche une combinaison de MOSFET en // qui répond aux caractéristiques voulues. Si tu fais une commutation lente (pas de PWM) tu ne regardes pas le "gate charge", etc.

[Forhorse]

N'empêche, moi je dis, sur ce genre de projet, c'est quand même dommage de se priver de la possibilité de faire du PWM.
C'est pas grand chose à prévoir, ça fait quelques composants de plus, mais si un jour tu en as besoin (soft start, vitesse lente, etc...) tout est là et il n'y a que le firmware à modifier.

[Seb.26]

Alors [...]

Non d'une pipe en bois !!!

... grand merci à toi, je vais relire tout ça attentivement ...

NB: pas de PWM pour le moment.

[Seb.26]

Tu veux simplement choisir le sens de rotation du moteur, donc pas de PWM, je suppose ?

Exactement : 2 sens de marche, pas de PWM.

Si tu veux seulement une protection contre les surintensités (moteur bloqué...)

C'était l'idée : pouvoir stopper le moteur s'il se bloquait.

NB: mais avec un fusible pour protéger des court-circuits.

Donc on va partir sur une commutation lente (gate des MOSFETs commandées avec une résistance par exemple, pas un driver musclé qui commute en 20 ns), pas de protection ultrarapide contre les court-circuits (mais toujours un fusible), et une protection contre les surintensités qui aura le comportement suivant :

- on mesure le courant
- on compare avec une valeur de référence, mettons 70A au démarrage et 35A ensuite
- si le courant est au-dessus de cette valeur pendant plus de x millisecondes, on coupe

Parfait !!! ... on dirait que tu lis dans mes pensées ...

Dans ce cas, tu n'as pas besoin de circuit imprimé de puissance[...]

J'aimais bien l'idée d'un PCB ... ...

Choix des MOSFETs : tu choisis une dissipation acceptable, donc une RdsON maximum, et tu pars en chasse du bon MOSFET qui a :

- Imax > 70A + facteur de sécurité
- RdsON < ton max @ Vgs = ta tension de commande

j'y vais de ce pas.

Merci !!!

[Forhorse]

Si tu ne veux absolument pas de PWM, pourquoi se faire chi.. avec des MOS ? 2 bon gros relais ferront le même travail en étant quasi indestructibles.

[Seb.26]

pourquoi se faire chi.. avec des MOS ?.

> la taille
> le prix
> le fun !!!

Par contre, je pensais faire un pont avec que des nFET, mais j'avais pas pensé à la commande ... ... faut que je trouve aussi un driver ...

[Edit] D'ailleurs, j'ai pas écrit "absolument pas de PWM", juste pour le moment : NON ... mais quand cette étape sera OK, je serais peut être plus gourmand ...

[Forhorse]

Alors lors de mes recherches pour mon propre projet (en voyant plus loin que ce projet) je me suis penché sur les circuits drivers de N-MOS
J'ai selectionné les circuit suivant :
MC34152
TC1401
MIC5021
HIP2100
IR2130

Donc a propos du PWM, c'est bien ce que je dis quitte à faire un circuit, autant qu'il soit "PWM ready" ça evitera de tout refaire ensuite

[Seb.26]

J'ai selectionné les circuit suivant :
MC34152
TC1401
MIC5021
HIP2100
IR2130

Sympa, merci, j'irais voir ça.

NB: tu fais ton pont avec 4xN ou 2xN + 2xP ?

[Forhorse]

Pour mon projet c'est un "quart de pont" (donc pas de pont du tout en fait)
Mais j'ai choisit ces circuits en voyant qu'un jour j'aurais peut-petre besoin de piloter un pont complet de N-MOS, donc tous les drivrers sont pour du N-MOS
Pour ton projet, les plus adaptés sont le MIC5022, HIP2100 ou leIR2130... enfin parmis ceux que j'ai choisit, parce qu'il y'a des centaines de references qui pourraient convenir.

[bobflux]

Comme la tension est de 24V et qu'aucun PMOS n'existe avec un Vgs le supportant, il n'y a pas d'intérêt à utiliser des PMOS. Pour du 5V, ça aurait été différent.

Bref, dans tes drivers :

IR2130 - Pas mal vu que tout est intégré, y compris la protection en courant et le dead time.

"Cross-conduction prevention logic" : si tu mets les 2 entrées sur "on" le driver n'active pas le MOS du haut et le MOS du bas en même temps...

Attention cependant comme la plupart des drivers de pont ou demi-pont, le Vgs du MOS du haut provient d'une capa de boost qui est rechargée avec une diode schottky lorsque le MOS du bas est passant. Comme il faut recharger régulièrement cette capa, tu es obligé d'utiliser un PWM, et tu ne peux pas avoir un PWM à 100% (MOS du haut constamment actif), le MOS du bas doit être activé un petit coup à chaque période.

MIC5021 - il intègre aussi une protection en courant (bien) et une pompe de charge donc il peut, lui, garder le MOS du haut passant 100% du temps (si tu ne mets pas de PWM).

Par contre ce n'est pas un double driver, donc tu dois gérer le dead time toi-même ce qui se fait facilement avec un microcontroleur doté d'unités PWM adaptées (AT90PWM3B, certains PICs, etc). Mais si tu es mal réveillé et tu fais conduire en même temps les MOS du bas et les MOS du haut, ils explosent. Donc, pendant le développement, il faut obligatoirement une protection comme, par exemple, une ampoule dans le Vcc des MOS, ou une grosse résistance, ou une alim de labo avec limitation de courant ET des capas de découplage sur le Vcc qui ne contiennent pas assez d'énergie pour exploser un MOS.

MC34152 - c'est un double driver low side donc à combiner avec le MIC5021

TC1401 - ?

HIP2100 - mêmes remarques que le IR2130

Si tu veux faire du PWM il faut sélectionner les MOS en regardant en plus la "gate charge" (Qg) qui est la quantité de charge à envoyer dans la gate pour commuter le MOS. Entre 2 MOS avant la même RdsON, celui qui a le Qg plus faible commutera plus vite.

[Forhorse]

a noter que le MIC5021, qui semble être donc le mieux adapté pour ton projet, existe en plusieurs variantes, dont le MIC5022 qui est prévu pour gerer une demi pont, à voir s'il a les même caracteristique que son petit frère...
A condition de le trouver !

[Seb.26]

Bonjour et merci pour les nouvelles infos

... à propos des driver de MOS ...

Si j'ai bien compris, les drivers de MOSFET ont 2 rôles principaux :
1) diminuer les temps de commutation (effet condo de la grille)
2) booster la tension pour piloter les MOSFET du haut (ceux du bas étant au GND, la tension d'alim suffit)

(les drivers de 1/2 pont intègrent souvent aussi la gestion du dead-time)

Pour mon projet, le MIC5021 me semble très bien ... il faut encore que je relise la datasheet pour tout bien comprendre, mais ça devrait aller ...

Dans mon cas, pourquoi ne pas utiliser un driver pour les MOSFET du haut et un système plus basique pour celui du bas ?
( un pont diviseur + NPN par exemple )

Évidement, cela implique une gestion sans faute des MOS pour pas faire tout péter, mais comme je ne fais pas de PWM, avec 1ms (ou plus, j'ai pas besoin de rapides changements de sens !) entre chaque commutation, le risque devient nul, non ?
Sauf à dire que j'active les 2 MOS d'un 1/2 pont en même temps, mais dans ce cas, je pourrais m'en prendre qu'à moi même ...

Sinon, pour les MOSFET, j'ai par exemple trouvé le IRF1407SPBF ( 100A / 80v / Datasheet ), le Vth est de 4v (max).
Donc si j'ai bon, il faut 4v pour rendre passant le nFET du lowSide et 28v pour le hiSide.

Autre question : est-ce que la marge de sécurité est suffisante ? ... 100A pour 21A nominal et 80v pour une alim en 24v ...

[Forhorse]

Vth(max) de 4V ça veut dire qu'il commence à conduire pour maximum 4V (et mini 2V), donc en gros il commence à conduire entre 2 et 4 V, mais pour cette tension il sera dans un stade resistif assez important.
Les valeurs de courant et de RDSon sont donnée pour VGS = 10V

[Seb.26]

Les valeurs de courant et de RDSon sont donnée pour VGS = 10V

Oui, je me suis un peu emmêlé les pinceaux ...

...

Y'a un truc qui m'échappe ...

Quand je regarde la courbe de la fig 8. page 4 :

Avec mon Vds de 24v ... je peux pas avoir mes 21A nominaux en continu ...

Je suis victime du marketing ou je sais pas lire une courbe ?!