PWM sur un moteur 12V avec batteries 18V lithium.

[jujufirst1]

Bonjour à tous,

Voici mon premier post sur futura-sciences. Je suis électronicien d'origine, bien que je travaille dans l'info, mais de temps en temps j'aime bien revenir aux sources
Je me suis mis dans la tête de réparer un aspirateur balais sans fil qui fonctionne sur batteries 5 X 3.7V lithium, ce qui donne du 21V à peu près à pleine charge. Les batteries étaient nazes et du coup j'ai commandé des plus puissantes en passant de 1450mAh => 2500mAh. Seulement la carte électronique de l'aspi n'était pas adaptée vraisemblement car elles se chargent bien mais l'aspi se déclenche tout seul en chargeant (ça fait peur au début !), ce qui est bizarre car le voltage reste le même qu'avant pourtant.
Bref, à force de bidouiller j'ai cramé la carte, et du coup je suis entrain de recréer une carte moi même, pour que ça remarche (et pour le challenge aussi). Seulement l'aspi est composé d'un moteur 18V pour le balais et 12V pour le ventilo (attiny85) que j'ai en réserve pour déclencher le démarrage du moteur avec bouton poussoir et je pensais gérer le 12V en PWM sur les accus 18V avec un MOSFET en 32Khz. L'inductance du moteur "lisse" à peu près le voltage ce qui correspond en théorie à un convertisseur buck rudimentaire et moyenne donc à a peu près 12V. (simulation sur LTSpice en PJ)
J'ai pris pour cela un MOSFET BUK9535 55V 34A commandé directement en 5V, ce qui est suffisant d'après le datasheet.Pièce jointe 330821Pièce jointe 330821Pièce jointe 330821

Le problème est que le courant d'appel du moteur est trop fort et éteint aussi le Attiny lorsque j'appuie sur le bouton poussoir pour déclencher le PWM en sortie. De plus, après quelque essais je me suis aperçu que le mosfet était grillé car il laisse passer le courant tout le temps maintenant.
J'en ai un autre mais vu le prix(3€) j'ai pas envie que cramer le deuxième !

Je ne comprends pas, le mosfet devrait résister à 55A max, même en court circuit les accus ne devraient pas dépasser cela? J'ai mis une diode sur le moteur mais cela ne pourrait pas quand même créer des hautes tensions au démarrage qui endommageraient le MOSFET?
J'ai testé le moteur sur une batterie de voiture il tire 8A en régime constant en 12V. Normalement ça devrait aller, mais je n'ai jamais fait trop d'élec de puissance alors si quelqu'un pouvait me donner des pistes merci désolé pour ce long post je sais pas si c'est assez clair!
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[gcortex]

Bonjour et bienvenue sur Futura,

Qu'est ce que tu as mis comme diode ?
Il faut une rapide du genre MUR1520.

[jujufirst1]

Merci pour la réponse rapide !
J'ai mis une diode MUR460 donnée pour 5A.
Je pensais alimenter le attiny extérieurement pour les test en mettant masse commune avec les batteries pour que seul le moteur sollicite les batteries et tenter encore un fois en croisant les doigts pour le mosfet?

[gcortex]

Si le moteur demande 8A, ta diode est mourrue et a entrainé le mos avec elle.
PS : tu devrais augmenter le rapport cyclique progressivement

[A voir en vidéo sur Futura]

[jujufirst1]

Elle semble fonctionner encore je l'ai testée, mais tu as raison, vu que j'en ai deux, je vais les mettre en parallèle pour être sur et refaire avec mon dernier MOSFET. C'est les tensions du moteur qui me font peur en fait. La carte d'origine semblait avoir un vrai convertisseur buck car je vois des condos et inductance dessus. mais bon je peux pas faire car vu la place qu'il y a dans le manche de l'aspi avec mes gros composants !

[gcortex]

pas de diodes en parallèle (emballement thermique) !
PS : 32kHz çà me semble beaucoup !

[jujufirst1]

Ah bon? cela crée des oscillations je suppose? Bon alors si la diode tient le coup quelques secondes je peux tenter quand même vite fait car je n'ai pas d'autre sous la main, mais merci du conseil ! Mais je crois que c'est mon protocole de test qui était foireux de toute façon j'ai déconnecté le fil du moteur un peu trop brutalement à un moment je pense que ça a du créer un arc éléctrique qui a détruit le MOSFET malgré la présence de la diode !

[gcortex]

Avec un bon driver de mos, tu commutes en 1µs.
Sinon tu risques de commuter en 10µs, et ton courant va être triangulaire.
descends à 4kHz puis fais un démarrage progressif avec la MUR1520 !

[jujufirst1]

La MUR1520 semble plus rapide oui. Mais avec la mienne je ne sais pas.. Qu'est ce que tu entends par un démarrage progressif? C'est grave d'avoir un courant triangulaire? Si je commute en 10µs (100kHz), c'est plus dangereux que commuter en 4kHz?

[gcortex]

PS : tu devrais augmenter le rapport cyclique progressivement

Ma diode supporte 15A ! Si le mos conduit à moitié, il chauffe !

[jujufirst1]

D'accord je vais descendre la fréquence et commencer à 30% de rapport cyclique et je te reviendrais dire mes résultats ! Merci.

[bastien31]

Bonjour,
Selon moi la commande du mos n'est pas bonne. La résistance de 1K va mettre trop de temps pour decharger la capa d'entré, le mos va travailler en linéaire, chauffer puis casser.
Si tu a un scope regarde ce qu'il se passe sur la grille, a mon avis c'est pas joli joli (il te faut un signal carré avec des front bien net!!).

[jujufirst1]

Merci pour ta réponse. Mais le schéma en PJ n'est pas le vrai, c'est juste pour la simulation car je n'ai aps trouvé de BUK9535 en model spice. En vrai, la sortie pwm est directement connectée sur la grille du mos avec un pull down de 4.7k juste histoire que le moteur s'arrête si le attiny n'est plus alimenté ou a un problème !

[bastien31]

Alors le problème est plus ou moins le même. Les sortie de ton micro n'ont pas une sortance en courant suffisante pour charger efficacement la capa du mos.

Le mieux est de mettre un driver qui peut envoyer des pointe de courant importante pour charger la capa (1 a 2A).
Sinon baisser la fréquence mais c'est pas le top. il faudrait pouvoir regarder la gueule des signaux.

[jiherve]

Bonsoir
Bastien à raison un Attiny ne peut driver une capa de 1nf à ces fréquences il faut obligatoirement un driver PUSH-PULL.
Et la self du moteur doit faire plusieurs mH!
JR

[jujufirst1]

Effectivement vous avez tous les deux raison, je viens de faire un test avec un multimètre qui mesure la fréquence, et a vide j'ai bien 4kHz sur la patte du attiny, mais connectée à la grille, je n'ai plus de signal détectable par le multimètre. Le problème vient donc bien de là. Pourtant j'avais pris ce mos pour ses basses tensions de polarisation mais apparement ce n'est pas suffisant.
Ok pour le driver, mais ça alourdit pas mal mon circuit du coup. Il n'y pas moyen d'amplifier le courant avec un 2N2222 à 4kHz pour tester? je ne sais pas si la fréquence va tenir.

[jiherve]

re
il faut un push pull car il faut charger et décharger la capa, tu peux essayer avec un boitier HC04 toutes les portes en //.
JR

[Antoane]

Bonsoir,

ou même un driver intégré. Ca existe en DIL8, coute 1€ et assure des commutations en quelques dizianes de ns.
ex. http://www.microchip.com/wwwproducts/en/MCP1406

[jujufirst1]

Merci pour toutes ces réponses je vais tester dans ce sens là maintenant que j'ai trouvé la source du problème ! Je viens justement de retrouver un HC04 dans mes composants!

[jujufirst1]

Bon alors j'ai finalement relié deux portes du 74HC04 pour mettre en entrée du mos. La fréquence arrive bien sur la grille mais je pense que le courant est encore insuffisant car le moteur ne démarre pas mais une LED s'allume par contre. En plus j'ai eu peur parce que un des composants a fumé je ne sais pas trop lequel car ca s'est passé trrès vite mais ils semble encore marcher tous plus ou moins j'ai testé le mos et le 74HC04. Maintenant je pense que le courant doit être encore trop faible mais bon pourtant il a bien l'ai de se passer quelque chose.
C'est quand je mets les 20V sur le + du moteur et que je lance le pwm que ca fait TIC puis rien et si j'insiste trop ça a l'air de cramer..

[jujufirst1]

Je viens de faire un test qui m'inquiète un peu : J'ai branché la grille du mos direct sur du 10V mais le moteur ne démarre pas alors que le mos est censé être "on". Ce n'est plus une affaire de courant maintenant.. Je comprends pas pourtant un LED à la place du moteur s'allume bien. j'ai testé le voltage sur le drain et il tombe bien à presque 0V lorsque la grille est sur 10V et revient à 20V quand je remets la grille sur la masse.
Le datasheet du BUK9535 indique qu'à 10V sur la grille il devrait supporter un courant de max 34A mais les accus sont de toute façon limités à 20Amax, le moteur devrait quand même au moins démarrer.. car en direct il fonctionne. J'ai même essayé en mettant la grille sur du 5V extérieur aux accus (avec masse commune) en pensant que le pic de démarrage cour circuitait les accus mais à part un léger TIC rien ne bouge non plus..

[Antoane]

Bonjour,

j'ai testé le voltage sur le drain et il tombe bien à presque 0V lorsque la grille est sur 10V et revient à 20V quand je remets la grille sur la masse.

Lorsque le moteur est câblé entre le Vcc et le drain du mosfet ?
Si non : fais ce test stp.

Quelle est alors la tension aux bornes du moteur ?
Quelle est alors la tension mesurée entre drain et source ?
Quelle est alors la tension mesurée entre grille et source ?
Quelle est alors le courant mesuré de drain ?
Est-ce qu'un composant chauffe ?
Comment le 10V est-il généré ?
Une photo du montage en test complet ?

[jujufirst1]

J'ai pris quelques photos pour donner une idée du truc, car je dois faire rentrer tout ça dans le manche de l'aspirateur.
J'ai testé avec la grille directement sur le 5V (avec une résistance quand même) pour éliminer un max de problèmes
Le moteur a fait un soubresaut mais un arc électrique s'est formé entre le drain et la grille peu après je sais pas trop pourquoi , pourtant la diode veille normalement !
La partie attiny TTL fonctionne, mais je crois que mon mos est mort maintenant aussi.. j'ai testé 20 Ohms entre la grille et la source...

Je crois que ce sont mes soudures et les contacts qui ne devaient pas être assez francs, du coup ça marchait pour une LED mais pas pour le moteur qui tire 15A au démarrage sûrement !
Je commence à désespérer!

Je pense recommander des mos par 10 et refaire un truc plus propre parce que ca m'énerve de pas comprendre ce qui va pas!

Merci à tous et bonne année quand même

[Antoane]

Bonjour,

je crois que mon mos est mort maintenant aussi.. j'ai testé 20 Ohms entre la grille et la source...

Oui : il est cuit

Il me semble voir deux diodes sur ton PCB et une seule sur le schéma.
La MU460 ne tient que 4A en continu. Tu peux vérifier qu'elle est encore bonne. https://www.onsemi.com/pub/Collateral/MUR420-D.PDF

Pour référence, ton mosfet : www.nxp.com/documents/data_sheet/BUK9535-55A.pdf

[jujufirst1]

Rebonjour,

Pour ceux qui tomberaient sur ma discussion en attendant des réponses, je suis tombé sur un lien très interessant, puisqu'il fait quasiment la même chose que moi, c'est en anglais par contre :

http://www.candrian.gr/index.php/dc-...ed-controller/

Il fournit le schéma et même le code pour le microcontrolleur qui s'avère être un attiny aussi ! Il commande le mosfet directement sur la grille apparement il n'a pas de problème pour charger la capacité de la grille;..
Enfin bref, j'ai commandé les composants et j'attends leur arrivée pour tester de mon côté, en soudant plus sérieusement, car je pense que mon problème venait aussi des soudures pas assez franches peut être..
Si un jour ça fonctionne je mettrai une belle photo ! Merci à tous pour votre aide!

[jiherve]

Bonjour
Montage tombé en marche : voir fig 1 et 2 http://www.vishay.com/docs/91021/91021.pdf
Et vu le moteur utilisé pour la démo un 2N7000 aurait suffit!
JR

[jujufirst1]

Je ne comprend pas bien ? Tu veux dire que le moteur tire moins que 7A dans la démo?
En tous car j'ai commandé un irf520 mais aussi des irf3205 qui eux ont une résistance de 8mOhms qui est beaucoup moindre, car sinon je pense que ca va chauffer !

[jiherve]

Re
Le moteur est un tout petit moteur, as tu noté la taille des fils y aboutissant?
Quand j'écris tombé en marche c'est que si l'IRF à un seuil de 4V au lieu de 2V la commande n'aura pas du tout le même effet,cependant coup de chance ce MOS n'est pas trop capaciteux et comme l'Attiny13 peut fournir 20 ma dans les deux sens il arrivera tout de même à secouer la gate .
Donc cela peut fonctionner correctement si tu tombes sur le bon MOS, on a vu pire comme schéma.
JR

[jujufirst1]

C'est vrai que les fils ne sont pas gros... enfin en tous cas j'ai commandé un driver de mosfet (TC4420) avec mes irf3205 pour être sûr d'avoir assez de sauce au cas où. En plus l'IRF3205 devrait chauffer beaucoup moins que son IRF520 étant donné la Vds moindre et je pourrai switcher à plus haute fréquence.
Merci.

[jujufirst1]

Je deterre un peu le sujet car j'ai progressé un peu de mon coté. Après avoir reçu les IRF3205 et deux modules pour arduino , l'un avec un IRF520n et l'autre un irf540n, j'ai fait des tests. Le module avec l'irf520n a sauté direct. pas étonnant car il supporte 9A max.Par contre le 540n a bien fonctionné mais le mosfet chauffe un peu. Le datasheet dit que son Rds est de 44mOhms, ce qui est logique car 10A^2*0.044 = 4.4W ce qui est pas mal.
En revanche, j'ai mis un IRF3205 à la place du irf520 qui avait cramé et cela fonctionne mais chauffe beaucoup trop je trouve car le datasheet parle de 8mOhms.
Ah oui, j'ai mis un driver de mosfet à la sortie de l'attiny pour piloter en 12V le mosfet, donc ca devrait être bon normalement.

Le moteur tourne bien mais cela chauffe trop en quelques secondes. Je joins le schéma au cas ou vous trouveriez un truc louche !