Moteur 24V avec PWM

[steyf65]

Bonjour à tous,

Je suis amené à piloter un moteur DC (24V, 6A) dans un seul sens de marche.
J'avais entrepris un premier test pour gérer l'aspect PWM depuis un NE555 cependant pour contrôler la vitesse du moteur de manière software (accélération/décélération) j'aimerais relier la sortie PWM d'un PIC pour arriver à ces fins.
J'ai réalisé un premier circuit qui me permettra de tester le fonctionnement du moteur en PWM cependant j'aimerais connaitre vos avis pour fiabiliser le schéma électrique n'étant pas spécialisé dans la partie hardware.

Schéma en PJ.
(Désolé pour la qualité du schéma... Je pourrais reprendre ceci sur logiciel en milieu de semaine)

1 ) Actuellement j'utilise un opto-coupler 4n35 pour isoler la partie commande et le moteur. Je ne suis pas sur que ce soit le meilleur choix.
2 ) J'ai lu qu'il est préférable de rajouter une résistance de 5,6kOhm entre la base et l'emetteur de l'opto pour éviter des dysfonctionnement suite à l'humidité (?)
3 ) L'utilisation d'une diode zener (~15V) entre la base du transistor et la masse ?

Je suis ouvert à toutes remarques et conseils si cela peut m'aider à avancer !
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[DAUDET78]

1/ il vaut mieux mettre l'optocoupleur entre Vdd et la sortie (plus de courant Iol que Ioh)
2/ Actuellement , tu demande 11,3mA . C'est trop pour une sortie de µC (voir la datasheet, mais c'est généralement de l'ordre de 5mA)
3/ Avec ton schéma, les temps de commutation du NMOS sont "lents" (perte de commutation)

Tu es obligé d'utiliser un optocoupleur ?

[PIXEL]

hello ,

la masse étant manifestement commune , je me demande ce que vient faire l'opto ,

à part compliquer le schmilblick

[steyf65]

Merci pour vos réponses.

Effectivement j'avais un doute sur l'utilité de l'optocoupleur (conseillé par un tiers mais sans obligation d'utilisation).

Avez vous d'autres solutions en remplacement du 4n35 ? Pour la commutation du MOS il serait plus évident de passer par un transistor de type BJT ?
J'ai vu aussi des composant permettant de piloter le mosfet comme le TLP250 (opto + driver) ou le TC426 (driver mosfet). Cela pourrait être utile dans mon circuit ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[PIXEL]

lis les docs ! ça fait partie du devoir

[DAUDET78]

Effectivement j'avais un doute sur l'utilité de l'optocoupleur

A quoi sert un optocoupleur ?

[steyf65]

L'opto a pour but de transférer un signal d'information (ici le pwm) entre deux partie électriques isolées l'une de l'autre (µC et moteur dans ce cas présent).
Actuellement les masses sont communes donc l'utilisation de l'opto n'a pas lieu d'être je l'accorde.

Merci Pixel^^
Cependant ce n'est pas un devoir à rendre mais une aide que je tente d'apporter dans un mini projet, je m'occupe principalement de la partie software du dsPic et le domaine de l'électronique est plus long pour moi à assimiler..

[DAUDET78]

Actuellement les masses sont communes donc l'utilisation de l'opto n'a pas lieu d'être je l'accorde.

Donc tu le vires
Et tu utilises un NMOS "logic" ou "TTL"

[steyf65]

Par exemple l'utilisation du IRL510 ? VGS en 5V. Avec une petite résistance en série sur la gate ?

[DAUDET78]

http://pdf.datasheetcatalog.com/data...irf/irl510.pdf
Sauf que c'est un veau avec 0,5 ohm de résistance drain/source

[steyf65]

Merci Daudet pour la liste fournis.

Entre temps j'avais trouvé le IRLB8743PBF.
http://docs-europe.electrocomponents...6b80f35038.pdf

Peut être que le IRL540 ( 4 et 5V / 17A / 100V / 0.077) serait plus adapté ?

Est-ce correct avec une résistance de 1k en série sur la gate ainsi qu'une résistance de 10k entre la sortie PWM et la masse?

[DAUDET78]

Entre temps j'avais trouvé le IRLB8743PBF.

Nettement mieux ! mais un peu juste en tension

Peut être que le IRL540 ( 4 et 5V / 17A / 100V / 0.077) serait plus adapté ?

Sans un lien WEB sur la datasheet ...

Est-ce correct avec une résistance de 1k en série sur la gate ainsi qu'une résistance de 10k entre la sortie PWM et la masse?

220 ohm

[bobflux]

Quelle est la fréquence de PWM visée ?

[steyf65]

Je pensais calibrer la pwm sur une fréquence d'environ 10kHz.

Je suis tombé sur des composants dit "Driver de mosfet". Est ce que ces composants peuvent avoir une utilité dans mon application ?
Un exemple ci-dessous, cependant celui-ci comporte un demi-pont qui n'est pas utile dans mon cas.
http://www.irf.com/product-info/data...ata/ir2109.pdf

Je me suis renseigné aussi sur la "force contre électromotrice" (Back EMF). Est ce que cela pourrait m'être utile pour mesurer la vitesse du moteur (Fonctionnement correct ou bloqué/freiné) ?

[DAUDET78]

Je suis tombé sur des composants dit "Driver de mosfet". Est ce que ces composants peuvent avoir une utilité dans mon application ?

A 10Khz, à que oui ! Mais il faut alimenter le driver en 12V et tu mets un NMOS ordinaire

Un exemple ci-dessous,

Rien à voir avec un driver de NMOS !

Je me suis renseigné aussi sur la "force contre électromotrice" (Back EMF). Est ce que cela pourrait m'être utile pour mesurer la vitesse du moteur

Tu fais la mesure pendant la période "Off" de ton PWM . Ca devrait donner une idée de la vitesse.

[bobflux]

Bon.

Quand tu regardes la datasheet du MOSFET, on te donne Qg, qui est la charge à injecter dans la grille pour assurer la commutation. Ici, Qg=36nC pour un Vds de 15V, ce sera un peu plus pour un Vds de 24V.

Le temps de commutation est Qg divisé par le courant injecté dans la grille. Donc, à la louche, si tu as un courant de grille de 1mA, le MOS va commuter en 36µs. L'énergie perdue lors de la commutation est proportionnelle au temps de commutation, multiplié par Vds * Id. La puissance perdue par commutation s'obtient en multipliant cela par le nombre de commutations par seconde.

Pour commander un moteur en PWM, il y a deux stratégies :

1) Le PWM lent, genre 500 Hz. Dans ce cas, la commutation lente n'est pas un problème, et on peut driver le MOSFET avec une porte logique de base, un transistor bipolaire, ou à peu près n'importe quoi.

2) Le PWM rapide : on évite à tout prix les fréquences audibles (genre 10 kHz), et on prend par exemple 25 kHz. Dans ce cas le temps de cycle étant de 40 µs, il est bien évident qu'il faudra une commutation de moins de 1 µs. On utilise un driver de MOSFET low-side capable de sortir un courant correct (genre 0.5A ou plus).

[steyf65]

Merci pour vos retours et les explications de bob.
J'ai trouvé ce driver low-side qui parait répondre à mon besoin.
J'ai trouvé ce driver-ci

Que veux-tu dire par un NMOS ordinaire Daudet ? Un MOSFET avec un Vgs en 12V?

Est-ce qu'il est plus recommandable de passer par un LM7812 pour générer du 12V depuis le 24?

[DAUDET78]

J'ai trouvé ce driver-ci :

Par exemple

Que veux-tu dire par un NMOS ordinaire Daudet ? Un MOSFET avec un Vgs en 12V?

R_ds(on) spécifié à 10V

Est-ce qu'il est plus recommandable de passer par un LM7812 pour générer du 12V depuis le 24?

Oui

[steyf65]

Bonjour à tous

J'ai refait le schéma du montage en utilisant cette fois-ci un mos IRF540 : https://www.vishay.com/docs/91021/91021.pdf
Cela vous semble t'il correct ?

[DAUDET78]

J'ai refait le schéma du montage en utilisant cette fois-ci un mos IRF540

77 milliohm, pas génial ! Avec 7A , il dissipe 3,7W . Faut un radiateur

Cela vous semble t'il correct ?

La 220R est inutile.
Attention au cheminement du câblage du 0V

[Antoane]

Bonjour,

Il faut un sérieux découplage de l'alimentation du driver : 1µF X7R et 100nF X7R soudés au plus près des bornes du driver.
Le routage est également critique.
cf http://ww1.microchip.com/downloads/e...oc/mic4420.pdf page 7

Il existe pléthore de mosfets tenant 30 à 50V, commandables en 5V et avec des Ron ridicules, cela te permettrait de te passer de l'alim 12V. Le 540 était bien, à une époque.
exemples : http://fr.farnell.com/webapp/wcs/sto...&storeId=10160

Ton pont diviseur ne permet pas de mesurer directement la CFEM du moteur.

Je me suis renseigné aussi sur la "force contre électromotrice" (Back EMF). Est ce que cela pourrait m'être utile pour mesurer la vitesse du moteur (Fonctionnement correct ou bloqué/freiné) ?

La FCEM est effectivement proportionnelle à la vitesse de rotation de l'arbre. Néanmoins, cette tension n'est pas directement mesurable, tu ne connais que la tension totale appliquée au moteur, égale FCEM + à la tension perdue dans la résistance série du moteur.
De plus, mesurer cette tension a a priori peu d'intérêt : tu la connais, elle vaut (en moyenne) le produit du rapport cyclique par la tension d'alim (24 V).
Tu peux en revanche mesurer le courant circulant dans le moteur, il est proportionnel au couple. Cela peut se faire, par exemple, avec un capteur à effet Hall, ou avec un schunt placé dans le drain du MOSFET ou entre le Vcc et le + du moteur.

[DAUDET78]

Il existe pléthore de mosfets tenant 30 à 50V, commandables en 5V et avec des Ron ridicules, cela te permettrait de te passer de l'alim 12V.

Mais il faut du 12V pour alimenter le driver

La FCEM est effectivement proportionnelle à la vitesse de rotation de l'arbre. Néanmoins, cette tension n'est pas directement mesurable, tu ne connais que la tension totale appliquée au moteur, égale FCEM + à la tension perdue dans la résistance série du moteur.

Si on mesure pendant le Toff du NMOS, on peut avoir une idée de la FCEM

[steyf65]

Merci pour votre aide.

En assimilant vos réponses, j'ai trouvé ceci : http://ww1.microchip.com/downloads/e...Doc/21419D.pdf
Ce driver éviterait l'utilisation d'un regul en 12V et me focaliser sur un mos commandable en 5V comme celui-ci : http://www.irf.com/product-info/data...rlb8743pbf.pdf

Qu'en pensez-vous ?

Je comprends mieux pour la mesure du courant dans le moteur, je vais me renseigner concernant la mesure FCEM via un shunt, merci pour l'exemple donné.

[bobflux]

Pendant le Toff, la tension aux bornes du moteur est donnée par la diode.

> Il existe pléthore de mosfets tenant 30 à 50V, commandables en 5V et avec des Ron ridicules, cela te permettrait de te passer de l'alim 12V.

Oui. La méthode de sélection est :

6A^2 * 10 mOhm = 0.36W, donc CMS.
Choisir Vds >= 50V, RdsON <= 10 mOhm, trier par Qg, et hop.

https://www.digikey.com/product-deta...SCT-ND/5404161
https://www.digikey.com/product-deta...8-1-ND/4840673
https://www.digikey.com/product-deta...012-ND/3674879
https://www.digikey.com/product-deta...7-1-ND/2504641

L'utilisation d'un MOSFET en CMS est bien sûr avantageuse tant que la dissipation le permet, car :

- Il y a plus de choix
- On peut dissiper plus de puissance en CMS qu'avec un TO220 sans radiateur
- Les inductances sont bien plus faibles, ce qui réduit les parasites, accélère la commutation, et la rend plus propre.


De plus, il existe pléthore de drivers en 5V aussi.

https://www.fairchildsemi.com/datash...A/FAN3111C.pdf
https://www.digikey.com/product-sear...=0&pageSize=25

Pour mesurer le courant en high-side :

https://www.maximintegrated.com/en/p...s/MAX4376.html

Il en existe d'autres, ches Maxim, TI, AD...

[steyf65]

Merci Bob.

Pour le moment je ne pense pas utiliser la techno CMS, mais plutôt en TO-220 avec radiateur si besoin (Pour prototyper).
Je viens de voir celui-ci car le précédent dont je parlais est difficilement trouvable http://www.farnell.com/datasheets/1689907.pdf
Est-ce qu'il pourrait convenir couplé avec le driver FAN3111 dont tu m'as fournis le lien ?

Je dois regarder plus en détail les composants qui permettent la mesure du courant et comprendre son fonctionnement. A voir si l'utilisation d'une résistance de shunt ne suffit pas.

[bobflux]

Celui que tu donnes a une RdsON spécifiée seulement sous Vgs=10V donc il faut driver la grille en 10-12V. Ceux que je te donnais sont spécifiés en 5V. Sinon, ça marche aussi...

> A voir si l'utilisation d'une résistance de shunt ne suffit pas.

Oui, un shunt c'est très bien, mais comme il est dans l'alim positive, récupérer la tension dessus est problématique, c'est pourquoi je te mettais des amplis "high side current sense" qui te donnent une sortie référencée à la masse.

[steyf65]

Très bien merci bob.

J'ai fini par trouvé ce mos en TTL : http://www.farnell.com/datasheets/1674823.pdf
Rds(on) spécifié à 3,6 mOhm pour Vgs = 5V.
Couplé avec le FAN3111 en amont cela serait fonctionnel ?

Je regarde pour un "High-Side Current-Sense Amplifiers" comme celui ci :
http://datasheets.maximintegrated.co...2-MAX4372T.pdf
Mais en traversant plutôt qu'en cms.

[bobflux]

Ton MOSFET est surdimensionné, mais pourquoi pas.

MAX4372 c'est bien.

> Mais en traversant plutôt qu'en cms.

On est en 2016

[steyf65]

Que pensez-vous du schéma suivant :


Est-ce que la partie pilote moteur vous parait convenable ? J'aimerais tester au moins cette partie pour vérifier le fonctionnement de la PWM.


Pour la résistance de shunt, je pense qu'il me faut une valeur de 10mOhm. Je vais continuer de lire la datasheet (INA149 ou bien max4372) pour mieux comprendre son implémentation.

[bobflux]

Ca a l'air bon...

Attention à l'inductance du câblage : pense à mettre une capa de découplage pour éviter qu'un pic inductif ne fasse dépasser les 27V de Vmax de l'ampli du shunt.