Problème de puissance pont en H, transistors PNP & NPN commande moteur

[invite2c019b14]

Bonjour a tous !

Je me mets gentiment à la robotique depuis quelques temps. J’ai maintenant assez de composants pour pouvoir commencer à bricoler un peu (yehaaa !).

Du coup, la solution la plus simple pour la partie mécanique est d’utiliser des LEGOs… oui ^^,
Lorsque j’étais au chômage y’a 2 ans, j’ai un peu regardé sur youtube comment les LEGO Technic ont pu évoluer dans les 10 dernières années… Bah j’ai eu une grosse surprise, on peut programmer en C, Assembleur et toute une autre gamme de langages des briques intelligentes, les moteurs sont largement plus puissants et les briques LEGO elles même ont évoluées…

Du coup j’ai vendu mes vieux LEGO pour en acheter des nouveaux ^^,
J’ai fait un petit robot hexapode, j'aimerai le commender via un raspberry PI et développer l’étage de puissance moi-même pour commander ces moteurs et des capteurs fait maison.

Etape 1 : Pont en H pour commander les moteurs dans les deux directions.

C’est la qu’arrivent mes questions…

Je veux commander un moteur LEGO power function M dont les caractéristiques sont les suivantes

31g
9V
65mA (sans charge)
850mA (Bloqué)
405 rpm
( http://www.philohome.com/motors/motorcomp.htm )

En un premier temps, j’essaye de faire tourner le moteur dans un sens avec un demi pont en H, donc seulement 2 transistors, un PNP 2N2907 et un NPN 2N2222, j’essaye de commander 100mA qui devraient être suffisants à vide
Datasheets :
2N2907 - http://pdf1.alldatasheet.fr/datashee...PS/2N2907.html
2N2222 - http://pdf1.alldatasheet.fr/datashee...PS/2N2222.html

Voici le schéma du montage avec les valeurs et calculs :

######### suppression d'image externe

Seulement, une fois que je met ce montage en œuvre, le moteur n’arrive pas à démarrer, mais si je l’aide (en tournant l’axe avec les doigts) il se met à tourner avec une vitesse absolument ridicule et est très facile à arrêter comparé à lorsqu’il est branché directement à la batterie LEGO.

J’ai donc fait quelques mesures sans grand succès, les transistors ne sont pas complétement passants avec les valeurs de résistances calculées, ils ont tous les deux environ 3V de pertes pour Vce.
J’ai modifié les valeur des résistances, les revoyant à la baisse (divisé par 2) et le moteur tourne plus vite, mais il n’a toujours pas assez de couple. Je ne lui demande pas de se lancer seul, mais juste d'avoir la meme puissance de sortie a vide.

J’ai installé des résistances variables pour avoir bien 9V aux bornes du moteur, on a 52 mA qui passent à travers le moteur…

Du coup, je me suis peut être planté quelque part dans mes calculs ?
Mais normalement je suis large… Béta = 75 Vbc = 1.5V au lieu de 0.7 considéré habituellement (j’ai mesuré lorsque le transistor est passant ) etc…
J’ai des doutes autour du transistor PNP en haut et aussi concernant leur capacité à délivrer cette intensité avec cette tension.
En tous les cas, j'ai cherché et me suis gratté la tête, je suis passé par Mr Google et Youtube, sans succès, tout le monde semble réussir à faire ce montage sans soucis...

Merci d’avance pour votre aide
-----

[invite5637435c]

Bonsoir,

c'est ça que tu appelles un pont en H?
Ton schéma est à revoir, je doute que l'I/O qui commande le transistor du haut apprécie beaucoup le régime que tu lui fais subir.
Quand le port est à "1" soit 3.3V si j'en crois ton schéma, le transistor reste encore passant avec un courant rentrant dans le port...

Il faudrait faire ceci:
le port du haut devrait piloter un NPN qui lui même pilotera ton PNP, en polarisant la base du PNP convenablement lorsque le NPN est bloqué, donc collecteur du NPN relié à la base du PNP avec une résistance et une résistance allant du collecteur au VCC.
Néanmoins pour commander ton moteur en tout ou rien 1 seul transistor suffit
Si tu veux le faire tourner dans les 2 sens il faut donc faire un pont en H avec 4 transistors, donc le même montage que précédemment et le moteur au centre du pont.
Il faudra ensuite injecter les bonnes commandes pour ne pas griller tes transistors...

[antek]

Si les transistor doivent fonctionner en saturé il faut considérer un Bêta entre 5 et 20 (les liens ne sont pas valides).

[invite3e00aa4b]

HULK28 donne fait le bonne reponse.
Note bien
"Quand le port est à "1" soit 3.3V si j'en crois ton schéma, le transistor reste encore passant avec un courant rentrant dans le port...
parce que 12v - 3.3 = 8.7 ! sauf dans le case de Hi-Z"

et aussi vous peut utiliser le PNP avec le NPN comme 'Darlington pair' selon avec antek.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite5637435c]

5 c'est bien trop faible.
Pour le 2N2907 son gain min est donné à 30 et le 2N2222 également.
Ce montage, même avec plus de gain pour les transistors, ne fonctionnera pas, le 2N2907 sera toujours passant et il n'a aucun intérêt.
Autant garder uniquement le 2N2222 et relier l'autre borne du moteur au +VCC.

[invite2c019b14]

Ceci est un pont en H : https://fr.wikipedia.org/wiki/Pont_en_H

Pour ma part, je fais d'abord mes tests sur la moitié du pont, du coup en unidirectionel (le montage en soi n'a aucun interret sinon le fait qu'il suffit d'en monter un autre en symétrie une fois que ca marche

2N2907 : http://pcbheaven.com/datasheet/2n2905_2907.pdf
2N2222 : http://www.circuitstoday.com/wp-cont.../03/2n2222.pdf

[DAT44]

Bonjour,
dans ta formule tu utilise un gain de 75 ce qui est beaucoup trop pour des transistors en commutation, si tu regarde de près les DS le gain retenu en commutation est de 10.

Les transistors que tu utilise sont trop faible, ils risque de griller ,même pour faire des tests, il faut choisir les transistor avec une marge énorme, par exemple ici, il faut prendre des transistor 3 ampères minimum.

Regarde les DS que tu a fournie, en titre, ils annonce 800 mA pour le 2222 et 600 mA pour le 2907, formidable !
si tu poursuit un peu la lecture tu te rend compte que pour 500 mA le 2N2222 et le 2N2907 ont un VceSat de 1.6 volts un VbeSat de 2.6 volts et un courant de base de 50mA, ce qui est déjà beaucoup moins formidable

Donc, il faut reprendre les calcul avec ces bases.

Si tu veux obtenir un VceSat plus acceptable, il faut prendre des transistors beaucoup plus costaud, genre BD433 et BD434.

[mizambal]

Bonsoir

Je crois me rappeler qu'un pin GPIO de Rpi grille au dessus de 15mA, si c'est bien ça alors un transistor seul ne peut pas atteindre le courant de démarrage du moteur (1A).
Dans ce cas, pourquoi ne pas utiliser des darlington ? ex : Tip 121 et 127 en réglant le beta de 250 (pour réduire à minima leur échauffement), cela ne tirera alors que 4mA du GPIO par pin au démarrage (qand Im=1A), donc sans danger pour le Rpi.

Si j'ai bien compris Un Vcesat haut serait plutôt bénéfique car l'alim 12V semble avoir 3V de trop par rapport au moteur 9V. A moins de 1A il restera sans doute vers 1V par Tip d'après la doc
https://www.fairchildsemi.com/datasheets/ti/tip120.pdf
Si c'est le cas cela permettra presque de retirer Rm si vous vous retrouvez avec un peu moins de 10V sur le moteur. Il va surement pas griller pour un écart de 1V

[DAT44]

Bonjour,
exemple de schéma :

[invite5637435c]

Ceci est un pont en H : https://fr.wikipedia.org/wiki/Pont_en_H

Pour ma part, je fais d'abord mes tests sur la moitié du pont, du coup en unidirectionel (le montage en soi n'a aucun interret sinon le fait qu'il suffit d'en monter un autre en symétrie une fois que ca marche

2N2907 : http://pcbheaven.com/datasheet/2n2905_2907.pdf
2N2222 : http://www.circuitstoday.com/wp-cont.../03/2n2222.pdf

Sans doute mais comment NOUS on le sait si tu n'explique pas ta démarche??

[invite5637435c]

Bonjour,
dans ta formule tu utilise un gain de 75 ce qui est beaucoup trop pour des transistors en commutation, si tu regarde de près les DS le gain retenu en commutation est de 10.

Où le vois-tu dans la DS?

[invite5637435c]

De nos jours on utilise des MOS bien mieux adaptés à un pilotage par un étage Cmos et avec un bien meilleur rendement.

[invite3e00aa4b]

J'ai trouve ca, mais meme probleme avec les port a 3v3

[invite5637435c]

Fais une analyse à 3.3V sur Reverse et 0 sur Forward et vice-versa.
Tu verras qu'il n'y a pas de problème, tout au plus à adapter des valeurs de résistances en fonction des transistors.

[invite2c019b14]

Merci a tous pour vos réponses

DAT44
Re : Problème de puissance pont en H, transistors PNP & NPN commande moteur

Bonjour,
dans ta formule tu utilise un gain de 75 ce qui est beaucoup trop pour des transistors en commutation, si tu regarde de près les DS le gain retenu en commutation est de 10.

Les transistors que tu utilise sont trop faible, ils risque de griller ,même pour faire des tests, il faut choisir les transistor avec une marge énorme, par exemple ici, il faut prendre des transistor 3 ampères minimum.

Regarde les DS que tu a fournie, en titre, ils annonce 800 mA pour le 2222 et 600 mA pour le 2907, formidable !
si tu poursuit un peu la lecture tu te rend compte que pour 500 mA le 2N2222 et le 2N2907 ont un VceSat de 1.6 volts un VbeSat de 2.6 volts et un courant de base de 50mA, ce qui est déjà beaucoup moins formidable

Donc, il faut reprendre les calcul avec ces bases.

Si tu veux obtenir un VceSat plus acceptable, il faut prendre des transistors beaucoup plus costaud, genre BD433 et BD434.

Ok, je voie, je vais revoir mes calculs, mais comme le dit mizambal, je vais changer de transistors pour des darlington et je vais voir pour des CMOS comme le propose HULK28.
Quelqu'un autrais des références de MOS qui feraient l'affaire? Je ne connais pas les standards (si un récapitulatif existe, ca serait utile, mias j'ai pas encore trouvé ca )

mizambal
Re : Problème de puissance pont en H, transistors PNP & NPN commande moteur

Bonsoir

Je crois me rappeler qu'un pin GPIO de Rpi grille au dessus de 15mA, si c'est bien ça alors un transistor seul ne peut pas atteindre le courant de démarrage du moteur (1A).
Dans ce cas, pourquoi ne pas utiliser des darlington ? ex : Tip 121 et 127 en réglant le beta de 250 (pour réduire à minima leur échauffement), cela ne tirera alors que 4mA du GPIO par pin au démarrage (qand Im=1A), donc sans danger pour le Rpi.

Si j'ai bien compris Un Vcesat haut serait plutôt bénéfique car l'alim 12V semble avoir 3V de trop par rapport au moteur 9V. A moins de 1A il restera sans doute vers 1V par Tip d'après la doc
https://www.fairchildsemi.com/datasheets/ti/tip120.pdf
Si c'est le cas cela permettra presque de retirer Rm si vous vous retrouvez avec un peu moins de 10V sur le moteur. Il va surement pas griller pour un écart de 1V

En effet, les ports GPIO sont assez sensibles, pour l'instant je fais mes tests avec une alimentation (alim de PC reconditionnée ) je verrai plus tard pour griller mon raspberry pi

Les schéma que Didactech a partagé est sympa, je vais tenter de mettre ca en œuvre, mais d'abord, j'ai besoin de transistors --> temps de commande etc, je reviens dans quelques jours

Merci encore a tous

[DAT44]

Bonjour,

Où le vois-tu dans la DS?

2N2907.jpg

2N2222.jpg

[DAT44]

Bonjour,

J'ai trouve ca, mais meme probleme avec les port a 3v3
Pièce jointe 325362

Very good !

Je plusoie !

[invite5637435c]

Bonjour,


Pièce jointe 325375

Pièce jointe 325374

La datasheet je l'ai depuis longtemps
Ta pièce n'étant pas visible dis moi à quelle page stp on va gagner du temps.
A moins que j'ai une grosse poutre dans l'oeil, ou que je n'ai pas la même datasheet que toi, je pense que tu te trompes.

[mizambal]

Bonjour

Des transistors Mosfet en "trous traversant" spécifiés pour Vgs=3,3V cela ne devraient pas exister ou si peu.. On utilisera donc des transistor Mosfet de type Vgs=5V dit "logic level" ou "TTL" en tirant un peu sur les spécifications, je vais tenter d'expliquer :

Si l'on choisi de diminuer Vgs à 3,3V => deux inconvénients apparaissent :
- la valeur de RDSon remontera
- le courant Id max ne pourra être atteint.

Ces 2 inconvénients sont évidemment contournable si le Mosfet est surdimensionné en courant et sous dimensionné en RDSon

Pour vous donner une ref comme pour illustrer ce principe regardez la relation entre ces 3 valeurs à la ligne RDS(on) de la page 2 : http://www.infineon.com/dgdl/irlz24n...535671faac271c

[invite2c019b14]

J'ai reçu mes transistors
Du coup, jep ense me baser sur ce montage qui semble tres bien :

J'ai trouve ca, mais meme probleme avec les port a 3v3
Pièce jointe 325362

Seulement, comme Didactech le dit, les ports 3,3V sont pas top, mais je peux très bien ajouter encore un transistor 2N2222 de chaque coté câblés Emetteur sur Revers/forward, Base sur le port GPIO et Collecteur directement au 12V, ce qui permettrais d'alimenter les broches "forward" ou "reverse" en 12V et commander le tout en 3,3V.
Il me semble que l'intensité nécessaire sur les broches Fwd et Bwd sont très faibles (quelques dizaines de µA) du coup le petit 2n2222 devrait supporter le 12V sans faire des caprices comme vus dans le montage simple que je faisait a la base

Qu'en pensez vous?

[DAT44]

Bonjour,
ce montage a mon avis est prévus a la base pour recevoir une commande en 5 volts.
Comme ici ton moteur ne consomme que 850 mA en pointe, le montage peut être commander en 3,3 volts.
Si tu ajoute des 2N2222 comme tu le propose, la commande ne monte pas a 12 volts, au contraire elle tombe a 2,6 volts (3,3-0,7), et la c'est franchement juste !

Sur reverce ou Forward, le courant de commande en 3,3 volts est de 1 mA environ, je ne pense pas que la sortie 3,3 volts s'écroule avec juste 1 mA de débit...

[invite5637435c]

Bonjour,


Pièce jointe 325375

Pièce jointe 325374

Cette valeur est pour un Vce(sat) minimum garanti, si vous utilisez un transistor pour obtenir un gain de 10 autant revoir immédiatement la copie, ça n'a plus aucun intérêt.
Selon le courant voulu on peut accepter un Vce(sat) supérieur, qui dépendra de la puissance que peut dissiper le transistor.

En un premier temps, j’essaye de faire tourner le moteur dans un sens avec un demi pont en H, donc seulement 2 transistors, un PNP 2N2907 et un NPN 2N2222, j’essaye de commander 100mA

Pour ce niveau de courant, je persiste, aucun problème d'utiliser un gain de 30 min, faite l'essai vous verrez.
Ensuite bien évidemment pour 850mA ça ne va plus puisque ça dépasse le courant max continu du transistor, mais on ne parle plus de la même chose.

[invite2c019b14]

Salut a tous,

Du coup, j'ai mis en pratique le schéma, j'ai remplacé les petits BC337 par des 2N2222 (vue que j'en ai et que leurs caractéristiques sont très proches...), mais quand je branche mon moteur et j'allume le tout, le moteur tourne comme un fou et les deux résistances de 47 ohm partent lentement en fumée...
(la commande est bien en 3,3V)

Du coup, je fais mes calculs pour avoir les bonnes tensions intensités et valeurs de résistances, mais je croie bien m'y perdre un peu

Quelqu'un saurait me rappeler (ou donner un lien) la méthodologie a appliquer dans le cas d'un schéma "complexe" comme celui ci?





Accessoirement, j'ai Proteus (ISIS et Ares) mais j'aime bien le monde réel
(Désolé pour le temps de réponse, mais j'ai aussi d'autres projets en parallele qui n'ont rien a voir avec ca ^^,)

[invite5637435c]

C'est normal si tu n'as pas mis des 47 Ohms qui supportent 3W (12-1.4)/47=0.225A => P=2.4W
Je suppose que tu as mis des 1/4W.

Il te faut un pont en H à MOS.

[invite2c019b14]

Salut a tous !

Apres une petite pause pour me consacrer a un autre projet (absolument rien a voir avec la conversation d’ici), je me remet a mes histoires de moteurs

Merci a tous pour votre temps

Du coup, je cherche des transistors FET/MOSFET (c’est pareil pour moi, non ?) P et N, mon but, à terme sera aussi de faire un drone et les moteurs semblent consommer entre 12 et 30A Max (ca fais beaucoup d’ailleurs je trouve, mais je n’ai pas trouvé beaucoup d’information la dessus…) et je veux pouvoir commander ça via les ports GPIO de mon raspberry pi.


Donc, si je comprends bien, il me faut des transistors qui :

-supportent 12A mini sois 12V
-un « Gate Threshold Voltage » (dans la partie ON characteristics de la datasheet) de minimum 3,3V

Juste ?

Du coup, ces quatre transistors semblent répondre a ces caractéristiques

Transistor MOSFET, Canal-P, 15 A 60 V
http://fr.rs-online.com/web/p/transi...osfet/1241697/

Transistor MOSFET, Canal-N, 17 A 55 V
http://fr.rs-online.com/web/p/transi...osfet/8268951/

Transistor MOSFET, Canal-N, 24 A 80 V
http://fr.rs-online.com/web/p/transi...osfet/7982889/

Transistor MOSFET, Canal-P, 27 A 60 V
http://fr.rs-online.com/web/p/transi...osfet/6715064/

Peut on me confirmer que je ne fais pas fausse route avant que je passe commande ?
Est-ce qu’il y a « un piège standard pour newbies » ?

En revanche, les transistors de canal P semblent rares… quelqu’un aurais un couple de transistors 15 – 25A pas hors de prix à me conseiller?

Merci d'avance

[invitee05a3fcc]

mon but, à terme sera aussi de faire un drone et les moteurs semblent consommer entre 12 et 30A Max

quel genre de moteur ? brushless ?

un « Gate Threshold Voltage » (dans la partie ON characteristics de la datasheet) de minimum 3,3V

Le « Gate Threshold Voltage », c'est la tension max que tu peux appliquer sur la grille et que le courant qui passe en drain-source soit faible. C'est donc un paramètre de "OFF"
Le paramètre de "ON", c'est la valeur du R_DS(ON) garanti pour un courant drain max donné et une tension V_GS minimum garanti

[invite2c019b14]

DAUDET78

mon but, à terme sera aussi de faire un drone et les moteurs semblent consommer entre 12 et 30A Max
quel genre de moteur ? brushless ?

Oui, brushless... sans prendre en compte le montage qui sera légèrement différent, on peut commander ce genre de moteur avec des transistors FET, non?

un « Gate Threshold Voltage » (dans la partie ON characteristics de la datasheet) de minimum 3,3V
Le « Gate Threshold Voltage », c'est la tension max que tu peux appliquer sur la grille et que le courant qui passe en drain-source soit faible. C'est donc un paramètre de "OFF"
Le paramètre de "ON", c'est la valeur du RDS(ON) garanti pour un courant drain max donné et une tension VGS minimum garanti

RDS(ON)? O.o Je vais me renseigner sur comment ca marche cette histoire...
Mais d'après de simples déductions et P=RI² j'imagine que RDS(ON) est la résistance au sein du transistor et si le rapport RDS.Id² est trop élevé, le transistor meurs dans d'atroces souffrances?

[antek]

Un brushless (moteur synchrone triphasé) se pilote avec un pont . . . triphasé.
Les commandes de puissance utilisent des MOSFET (FET à grille isolée).
Les FET c'est pour les petits signaux.
Oui, suivant la commande de grille et Vds le transistor est assimilé à une résistance.

[invitee05a3fcc]

et si le rapport RDS.Id² est trop élevé, le transistor meurs dans d'atroces souffrances?

Le produit !
- Et comme le courant drain dépend du moteur, il est fixé
- Et comme le R_DS(ON) dépend de la tension grille et de ton porte-monnaie
Faut faire le bon choix

Oui, brushless...

Je ne te vois pas te lancer dans la mise au point d'un contrôleur Brushless ....

[invite2c019b14]

DAUDET78

et si le rapport RDS.Id² est trop élevé, le transistor meurs dans d'atroces souffrances?

Le produit !

- Et comme le courant drain dépend du moteur, il est fixé
- Et comme le RDS(ON) dépend de la tension grille et de ton porte-monnaie
Faut faire le bon choix

Ok, c'est partit pour de la datasheet ^^,

Oui, brushless...
Je ne te vois pas te lancer dans la mise au point d'un contrôleur Brushless ....

Ca viendra, ca viendra

En fait, j'ai fait un DUT GEII (électronique et informatique) mais c'était y'a un bout de temps et coté pratique, on jouais surtout avec des composants numériques, du coup c'est tout du 5V, tout s'emboite bien, c'est mignon tout plein et ca marche facilement
Du coup, je connais la théorie, je comprend les choses, mais coté pratique c'est pas encore ça et les transistors on a vu ca que sur le papier, du coup, il faut que je me dérouille
En tous les cas, je n'abandonne pas facilement et j'ai vraiment envie de continuer