Commande moteur 12v/12A

[invite035703a1]

Bonjour,
Je cherche un schéma de commande moteur 12v/12A avec en entrée un signal PWM (Sortie analogique ARDUINO Uno R3)
Car les cartes toutes faites sont dans les 50/60€!
Merci d'avance.
-----

[Dr_H2O2]

Salut, as-tu besoin de pouvoir changer le sens de rotation ?

[dje8269]

Bonsoir,

Si changement de sens de rotation , je te conseille , avec cette grosse puissance , un pont en H a base MOS , commandé par des transistors .

[invite035703a1]

Oh pardon, non je n'ai pas besoin de changer le sens de rotation.
Par contre je suis novice en électronique donc je préfère vous donner toutes les infos dont vous avez besoin et après si possible que vous me passiez un schéma ( si c'est pas trop demandé)
Merci

[A voir en vidéo sur Futura]

[Qristoff]

désolé, je fais rien en dessous de 70€. Eh Man, j'ai presque 50 ans et j'ai toujours pas ma Rolex !

[invite035703a1]

Bonsoir Qristoff je suis désolé mais je ne comprends pas

[Qristoff]

C'est une plaisanterie...
Pour ton montage, il faut nous donner plus de précisions.
- source d'alimentation moteur et source d'alimentation des circuits de commandes Arduino
- description minimum de l'application pour éventuellement éviter les pièges, 12A c'est déjà un beau couple !
- ton niveau en électronique et le matériel dont tu disposes.

[dje8269]

Bon je te propose d'attendre l'avis d'un expert , car je suis pas sur de moi .

J'ai choisis un IRL540, mais peut etre un peu juste , tu peux en prendre un plus costaud niveaux amperages, pour être tranquille . si le moteur tourne en continu pense à un radiateur sur le MOS .

[invite035703a1]

Ah ok desl je suis un peux fatigué...
Donc mon but est de faire un vibreur à l'aide du moteur pour un jeu de simulation de voiture (un logiciel envois les infos par USB à l'arduino) la vitesse du moteur sera variable en fonction de ce qui se passe dans le jeu mais l'arduino s'en occupe et envois un signal PWM.
Alors :
-tension d'alimentation arduino : 5Vdc
-tension d'alimentation moteur 12Vdc/15A
-moteur qui servira de gros vibreur avec un poids dessus (In=11.3A)
-niveau élec: je sais câbler à partir d'un schéma
-fer à souder et multimètre

Merci dje8269 j'attends la validation de la pièce jointe.

Merci

[invite6a6d92c7]

Selon la fréquence de découpage, il peut être nécessaire d'adjoindre un driver au MOS pour éviter de voir ses performances se ratatiner!

[Qristoff]

Bon je te propose d'attendre l'avis d'un expert , car je suis pas sur de moi .

J'ai choisis un IRL540, mais peut etre un peu juste , tu peux en prendre un plus costaud niveaux amperages, pour être tranquille . si le moteur tourne en continu pense à un radiateur sur le MOS .

Pièce jointe 243385

Je viens de voir ton schéma et c'est latchup garanti si ce n'est la mort du pauvre arduino
On ne connait pas la fréquence PWM mais au minima, il te faut un driver entre l'Arduino et le mos (j'ai pas d'actions mais regarde coté TC4427)

[invite035703a1]

Désoler il y a des termes que je ne comprends (du à mon niveau )
Ce scéhma en sortie PWM de l'arduino serait Bon?
http://obrazki.elektroda.net/1_1248632377.png (que j'ai choisis avec vos conseil)
Merci de votre aide.
Je reviens plus tard je vais faire un petit tour..... à l'appéro!
Encore merci.

[dje8269]

Moi j'essayais d'aider !!!.

Cela fonctionne très bien sur mon picaxe, mais pas avec de 12A seulement 2A ; mais je pensais que le principe était le même sorry.

A quoi sert un driver de MOS ? Ce que vous appelez fréquence de découpage c'est la fréquence optimum a laquelle le moteur doit tourné ? ( ce que j'ai eu du mal a régler d'ailleurs)

[dje8269]

Désoler il y a des termes que je ne comprends (du à mon niveau )
Ce scéhma en sortie PWM de l'arduino serait Bon?
http://obrazki.elektroda.net/1_1248632377.png
Merci de votre aide.
Je reviens plus tard je vais faire un petit tour..... à l'appéro!
Encore merci.

Ce schéma c'est justement un pont en H, te permettant de changer le sens de rotation du moteur . inutile dans ton cas

[invite035703a1]

Ah ok pourtant j'avais cherché un montage avec un Driver au MOS sur google (car je ne sais pas non plus ce que sait)

[dje8269]

Je pense que le driver de MOS doit être le TC429 justement ; âpres derrière toi tu n'as besoin que d'un seul MOS . et en entrée pas besoin de "DIR" comme sur ton schéma , qui correspond à la direction .

[Dr_H2O2]

On ne connait pas la fréquence PWM

Elle est de 490Hz sur une Arduino

[invite035703a1]

Me revoila !!
Donc auriez vous un schéma pour que j'évite de chercher n'importe quoi et de vous demander à chaque fois si c'est bon ?
Merci d'avance

[invite6a6d92c7]

En fait, un MOSFET, vu de la grille, c'est un condensateur... Condensateur qui se nomme Cds, pour capacité grille-source. Tout le monde sait (ou le saura bientôt) qu'un transistor MOS, en régime établi, ne consomme aucun courant: son gain est infini, ce qui est très pratique et l'avantage beaucoup par rapport au bipolaire: si on a quelques 10/15V de tension disponible à la grille, on peut commander des centaines d'ampères avec un courant presque nul, qu'un circuit logique est capable de fournir.

Ca, donc, ce n'est pas nouveau. Mais j'ai bien dit en régime établi, c'est à dire lorsque le transistor reste bloqué ou passant suffisamment longtemps pour qu'on considère le transitoire comme négligeable. En effet, s'il reste passant 1h, que la conduction s'établisse en 1ps ou en 1ms ou en 1s, on s'en fiche un peu! On sait qu'un condensateur est un circuit ouvert en courant continu (régime établi toujours), il n'absorbe aucun courant puisqu'il est déjà chargé.

Mais voilà, quand la fréquence de travail augmente, on est obligé de s'intéresser à ces temps de commutation. Pourquoi? Parce que c'est là que le transistor va chauffer: quand il est bloqué, il est soumis à une tension mais n'est traversé par aucun courant: il ne dissipe rien. Quand il est passant, il est traversé par le courant nominal mais n'et soumis qu'à une très faible tension, il ne dissipe pas grand chose. Par contre, au moment des commutations, prenons par exemple un blocage, le courant est en train de diminuer vers 0 pendant que la tension est en train de monter vers la tension nominale, et il existe donc une durée plus ou moins longue où courant et tension sont présents en même temps: le transistor dissipe beaucoup plus qu'en régime établi.

Mais pourquoi la commutation n'est pas immédiate? On en revient à notre modèle de condensateur. On peut simplifier en disant qu'un N-MOS ne conduit que lorsque sa capacité grille-source est chargée au-dessus d'un certain seuil, et conduira tant qu'elle ne passera pas en dessous. Si la source a une impédance de sortie très faible, alors la Cgs va se charger très rapidement, avec un courant "très fort": la commutation est rapide et les pertes sont faibles. Cela équivaut à relier un condensateur vide directement sur une source de tension idéale: ça fait une étincelle, oui, mais de très courte durée (ce n'est pas dit qu'il apprécie, mais là c'est différent).

Ici c'est différent: la source est TOUT SAUF FAIBLEMENT IMPÉDANTE: elle a une résistance interne assez forte. Si on dessine le schéma équivalent, on a une résistance (résistance interne de la source) Rs en série avec un condensateur Cgs: ce condensateur va se charger à travers la résistance. Pour un IRFZ44N avec 1,47nF de capacité grille-source, et 10k de résistance interne, on obtient 75µs de charge environ: négligeable lorsqu'on a une commutation de temps en temps, mais pas du tout lorsque la fréquence augmente! A partir de même pas 10 kHz, la Cgs n'a plus le temps de se charger au cours de la période... Résultat le transistor conduit mal, et il finit par prendre feu.

A la décharge, c'est pire encore: la capacité, qui s'est chargée, doit évacuer ses charges: si elle est rapide, le blocage sera rapide, mais si elle est lente à cause d'un faible courant de décharge, le blocage sera lent. En plus du problème exposé au-dessus, il y a autre chose: il va se décharger DIRECTEMENT DANS LA SOURCE! Qui dit qu'elle va apprécier? Ca représente peu d'énergie, mais de façon très répétée...



Voilà à quoi sert le driver, de façon simplifiée: charger et décharger la capacité grille-source des MOSFET, pour les faire commuter très rapidement. Il est en mesure de délivrer un fort courant (de l'ordre de l'ampère pour les modèles courants) pendant un temps court, ce que ne peut pas toujours (rarement) faire le circuit de commande, pour rendre le transistor passant, et de tirer ce même courant de la grille pour le bloquer. Tout ça en ne sollicitant pas la source de commande, sinon ça ne servirait à rien... OBLIGATOIRE presque à chaque fois en modulation de largeur d'impulsion!

[Dr_H2O2]

Belles explications Zenertransil
Mais en quoi le driver permet de rendre la charge du "condensateur" plus rapide ?
Autre petite question, avec un driver, la puissance dissipée par le MOS est seulement liée à Rds, ou d'autres facteurs entrent en jeu ?

[invite6a6d92c7]

Une petite simulation pour mieux comprendre: sous 24V, une charge résistive de 2 Ohms est commandé par un IRFZ44N. Sa grille est attaquée par un signal carré parfait, 0/10V. Pour simuler l'impédance de source, il y a entre les deux une résistance de 10k, qui est remplacée par une résistance de 1 Ohm lorsqu'il y a un driver.


FT1.jpg
On travaille à 1Hz, ça commute net, pas de problème. Vraiment? Et si on regardait de plus près les fronts de commutation?


FT2.jpg
Oh que c'est laid! Les curseurs sont là pour donner une idée du temps de commutation: 75µs. Ca vous dit quelque chose? ça va, je compte pas trop mal! Négligeable quand on travaille à 1Hz, on ne voit pas bien l'intérêt de s'embêter avec un driver. Regardons avec le driver:


FT3.jpg
Ah oui, c'est tout de suite plus net! Quoi? Vous ne trouvez pas, ça ressemble? Certes, mais regardez un peu l'échelle! La commutation est passée de 75µs à 0,275µs! C'est presque 300x plus rapide...



Bon, et en pratique, ça donne quoi? Même circuit qu'au début, mais en travaillant à 1kHz, sans driver (résistance de source: 10kOhms)
1kHz.jpg

En bleu, la tension de commande, toujours parfaite, en vert, le courant de charge. Ah, on voit clairement les temps de commutation, qui ressemblent à une charge de circuit RC (bouts d'exponentielle): coïncidence? Non! Mais 1kHz, c'est lent, c'est très lent pour de la MLI. Essayons à 10kHz. Toujours sans driver.


10kHz.jpg
Dieu que c'est laid! Inutilisable, que voulez-vous faire de ça? Mettre un driver? Pourquoi pas... Je ne peux plus ajouter de pièces jointes, message suivant!

[invite035703a1]

Voilà donc avec vos conseils j'ai fais un schéma, pouvez-vous me dire si c'est bon ? les "?" pour vous dire quelles devrait y avoir car elles ne sont pas données.
http://img15.hostingpics.net/pics/695311Sanstitre.png
Merci

[invite6a6d92c7]

Donc on ajoute un driver, disais-je.

10kHzdriver.jpg
Ah oui, c'est vachement mieux! Là, c'est utilisable!


Je disais que sans ça, on cramait le transistor, est-ce que des fois j'aurais raconté des bêtises? Vérifier ne coûte rien. Voici l'image de la puissance dissipée par le MOSFET, avec le driver, à 10kHz.

Puissance1.jpg
On voit qu'il y a des pics assez impressionnants aux commutations, mais la valeur moyenne et donc l'échauffement est très faible, on est en dessous d'1W pour 12A, ce n'est pas vilain. Et sans driver?



Puissance2.jpg
Aie, ça brûle! Tout à l'heure, on pouvait se passer de radiateur. Là, il en faut un sérieux... Donc si on a oublié d'inclure ce phénomène dans son analyse lors de l'étude, tout pète! Le driver est là pour donner à la Cds tout le courant donc elle a besoin pour se charger à la conduction, et pour reprendre toutes les charges qu'elle évacue pour se décharger au blocage. La Rdson n'est valable qu'en mode "ON": commutation terminée! Pendant les commutations, la Rds est beaucoup plus importante, d'où les fortes pertes et un temps de montée du courant supérieur... C'est intolérable, d'où l'intérêt de cette petite bête!

[invite035703a1]

Oh pardon Zenertransil d'avoir posté entre tes deux posts je ne les avais pas vu.
Ok merci maintenant je comprends sa fonction. Très bonne explications et très clair!

Donc pouvais vous me dire si ce schéma est correct?
http://img15.hostingpics.net/pics/695311Sanstitre.png
Merci

[dje8269]

Bonjour ,

D'abord merci Zener, pour tes explications , très poussées , et très précises. Mais celle ci je l'ai trouvée un peu moins clair que certaines . Le driver evite donc au MOS de chauffer , et permet une commutation beaucoup plus propre ! .

Mais le driver n'est donc nécessaire que pour les grosse puissance seulement ?
En surdimensionnant le N-MOS évite on la chauffe de celui ci ?

Ca m'intéresse car sur mon projet de voiture , j'ai pas mis de driver ( conso max 2A), et ca fonctionne bien , pour le moment !

@teckwarti :

la partie driver est bonne ( Vdd signifie le plus , donc 5V) , mais la partie moteur remplace la pour mon schéma , car la il y as deux MOS, un Canal-N et un P . de plus le moteur doit être relié au plus . Tu prend mon schéma du début , et tu intercale le driver de MOS . Je pense que la on est bon .

Attends quand même l'avis d'un expert !

[Qristoff]

Bonjour et bravo à ZernerTransil pour ces explications trés claires et trés pédagogiques !

Le driver evite donc au MOS de chauffer , et permet une commutation beaucoup plus propre ! .

Comme l'as expliqué Zenertranzil, la dissipation d'un mosfet est la somme de la puissance statique Ps et de la puissance dynamique Pd.
1/ La puissance statique Ps est le produit du carré du courant établi dans la charge et de la résistance drain source RDSon valable à une tension Vgs donnée. En dessous d'une certaine tension Vgs, le RDSon se dégrade et la puissance statique augmente. C'est pour cela qu'il faut bien vérifier sur les datasheet ces valeurs RDSon:f(Vgs). Il existe des mosfet optimisé pour être commandé par une tension logique de 5V, voir 3,3V mais ils sont généralement de puissance limités.

2/ La puissance dynamique Pd est la puissance dissipée lors des commutations (on vers off mais aussi off vers on). Elle s'exprime de façon simplifiée par la formule Pd=Fsw x (Ton + Toff) x (Vds x Id)/2.
on note que la puissance dynamique dissipée est directement proportionnelle à la fréquence de découpage Fsw, au temps de commutation (Ton+Toff) et au produit courant x tension de drain. Les temps de commutation étant directement liés à la constante de temps formée par la capacité Cgs et l'impédance source du générateur de tension de grille.
Donc en théorie, plus on commute vite, moins le mosfet dissipe. Mais attention, en voulant commuter très vite, on s'expose à d'autres problèmes: fort courant de grille, perturbations électromagnétique du circuit sur son environnement (le µc ou les circuits numériques proches peuvent y être sensibles et faire des reset non voulus !), perturbations radio pour du modélisme, etc.. c'est pour cela qu'il faut faire un compromis entre tous ces choix, quitte à dégrader légèrement les temps de commutations par une petite résistance de grille de quelques ohms entre driver et mosfet !
Le routage du circuit est également très important, le driver doit être proche de son mosfet et la boucle de courant driver/grille/masse la plus courte possible. Le chemin de retour du courant de puissance ne doit pas passer par les circuits de commande ou de basse puissance.

[Qristoff]

la partie driver est bonne ( Vdd signifie le plus , donc 5V) , mais la partie moteur remplace la pour mon schéma , car la il y as deux MOS, un Canal-N et un P . de plus le moteur doit être relié au plus . Tu prend mon schéma du début , et tu intercale le driver de MOS . Je pense que la on est bon

la tension d'alimentation Vdd du driver correspond à la tension de polarisation de grille du transistor. Elle dépend donc du mosfet choisi et généralement d'au moins 10V pour la plupart des mosfet de puissance. Cette tension doit être particulièrement bien découplée au plus près du driver car elle va supporter les appels de courant importants de grille transmis par le driver. Il faut généralement plusieurs dizaines de µF.
comme expliqué précédement, il est préférable de provisionner une petite résistance (< 5 ohms) entre la sortie driver et la grille du mosfet.

[Qristoff]

Un document et un fichier de calcul pour déterminer les pertes dans les mosfet en commutation:
https://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-6005.pdf

[invite035703a1]

Merci à vous c'est de plus en plus clair, alors avec vos explication je pense que ça doit être bon?
http://img4.hostingpics.net/pics/628221Sanstitre.png
Merci beaucoup

[Qristoff]

Merci à vous c'est de plus en plus clair, alors avec vos explication je pense que ça doit être bon?
http://img4.hostingpics.net/pics/628221Sanstitre.png
Merci beaucoup

T'as pas tout lu visiblement ! Le TC429 s'alimente entre 7V et 18V (voir sa datasheet). Tu peux donc l'alimenter directement sur le 12V moteur. Il faut ajouter un condensateur chimique près du driver et enfin, l'IRL540 n'est pas le plus adapté car pour avoir une tension de Vgsth faible, sa capacité Cgs augmente. Essaie de plutôt voir vers son grand IRF540 même s'il devient obsolète ou encore IRFZ34N qui est plus performant.