Interface de puissance moteur pas a pas

[invite9952029f]

Bonjour à tous,

Je suis en train de me faire une petite carte de commande pour piloter un moteur pas a pas de 5.5A/phase (moteur NEMA34), j'ai déja reussi à faire tourner un petit moteur de 1.8A sans problème avec un L298, mais pour piloter un moteur de 5.5A, le L298 ne suffit plus...

J'ai donc entrepris de faire ma propre carte de commande pour piloter le 5.5A, via un pont en H composé de 4 NMOS, jusque la ca va. Maintenant, pour éviter la période de conductivité simultanée des 2 NMOS de chaque demi pont, il faut que j'insère un dead time, pour cela, je comptais sur le driver de Mos (IR2112), mais en lisant la datasheet, je n'ai pas vu si ce composant intégrait effectivement un dead time...

Quelqu'un aurait-il une expérience avec ce composant pour me valider ou non ce point ?

Pour les intéressés, je joins mon schéma a mon message.

Le schéma est valable pour une seule phase, le même montage est utilisé pour piloter l'autre phase.

Il est décomposé ainsi :

Deux demis ponts, pilotés par deux broches de commande pour l'ensemble du pont en H, la partie commande HighSide est l'inverse de la commande LowSide. La commande se fait via une porte logique ET, qui rassemble les deux signaux de commandes "Commande" et "Enable".

La partie Enable me sert pour la régulation de courant dans la bobine du moteur : un shunt de 0.01 ohm me donne une image du courant (0.055V / 5.5A), qui est amplifié par un ampliOP avec un gain de 40.
Ce signal arrive a un comparateur à seuil (LM339) dont le seuil de commutation est réglable manuellement via un potentiomètre.
Si le courant dépasse les 5.5A, le comparateur passe à l'état bas et vient inverser la commande sur le driver de Mos.

Cela à deux fonctions :
- Réguler le courant dans la bobine.
- Créer une pseudo PWM sur la commande du MOS HighSide (pompe de charge) lors d'une commande qui ne bouge pas d'état (lorsque le moteur est arrêté mais que l'on alimente les bobines pour le couple de maintient).

Je ne suis pas du tout sur du bon fonctionnement de ce montage, c'est pourquoi je demande votre avis

Merci !
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[invite936c567e]

Bonsoir

Le type de moteur n'est pas précisé (pour info, NEMA est le sigle de la National Electrical Manufacturers Association, et NEMA34 indique seulement la largeur du moteur -- en l'occurrence 34/10", soit 86mm). Compte tenu du driver utilisé, j'imagine qu'il s'agit d'un moteur bipolaire à 4 fils. Dans le cas contraire, il faudrait revoir le mode de commande.


Concernant le driver IR2112, ce circuit ne prévoit pas de « dead time », pour la bonne raison que les délais à introduire dépendent des modèles de MOSFET utilisés et de leur montage (notamment de la limitation du courant de grille par les résistances).


Pour la limitation du courant dans le moteur, il faudrait préciser dans quel cadre elle doit intervenir. En principe, on l'utilise lorsque le moteur est alimenté par une tension très supérieure à la valeur permettant d'obtenir le courant continu nominal afin d'accélérer l'établissement du courant dans les bobines. Dans ce cas de figure, l'auto-inductance du moteur et les retards introduits par le système de détection du seuil de courant (ampli+comparateur) et par la commande de puissance (driver+MOSFET) doivent être pris en compte dans l'équation, sans quoi la limite de courant souhaitée risque d'être très largement dépassée (par exemple, si le rapport tension/résistance est de 20A et si le seuil à détecter est fixé à 5,5A, alors on pourrait imaginer qu'au moment où la coupure du MOSFET intervient le courant ait déjà atteint 7A). Pour info, le temps de réponse « petits signaux » du LM339 est donné à 1,3µs, et le produit gain-bande passante du LM358N est spécifié à seulement 1MHz.

[invite9952029f]

Bonsoir PA5CAL,

j'imagine qu'il s'agit d'un moteur bipolaire à 4 fils

Absolument, c'est un moteur bipolaire, je joins la doc technique ici

ce circuit ne prévoit pas de « dead time »

Aïe... Comment je peux faire pour protéger mes MOSFET "proprement" (sans que ce cela soit de la bidouille) si il n'y a pas de dead time ?

par exemple, si le rapport tension/résistance est de 20A et si le seuil à détecter est fixé à 5,5A, alors on pourrait imaginer qu'au moment où la coupure du MOSFET intervient le courant ait déjà atteint 7A

Je comprend tout a fais le point que tu soulignes ici, mais je dois avouer que je comptais tricher un peu sur ce point en réglant le seuil plus bas que prévu et en vérifiant à la sonde ampèremètrique pour oscilloscope...

Pour info, j'alimente le moteur en 24V via une alimentation type industrielle dédiée (24V/11A), donc 9.6A au max.

Dans la doc de l'IRF540, il est spécifié plusieurs informations concernant les temps de monté et de coupure :

Turn-On Delay Time = 11 ns
Rise Time = 44 ns
Turn-Off Delay Time = 53 ns
Fall Time = 43 ns

Lesquelles me sont intéressantes pour déterminer le dead time adapté ?

Enfin, concernant la bande passante du LM358, lors de la régulation du courant, tu penses que je peux atteindre le MHz de hachage ?

Merci de ton aide !

[invite936c567e]

Le LM358 serait absolument incapable de traiter des signaux à 1MHz. Un produit gain-bande passante de 1MHz avec un gain réglé à 40 signifie que le montage filtre les fréquences supérieures à 1MHz/40=25kHz et que les signaux sinusoïdaux à 25kHz sont déphasés de 45°. L'amplification de signaux triangulaires nécessiterait donc de se limiter à des fréquences nettement inférieures.

D'après la datasheet du moteur :
- la résistance des bobines est de 0,4Ω, ce qui correspondrait à une courant de 60A sous 24V ;
- leur inductance est de 3,5mH, soit une pente maxi de 6,86 A/ms sous 24V.
Par exemple, un retard de 100µs se traduirait par une surintensité d'environ 0,7A. L'idée de « tricher » en se laissant une marge pour compenser le délai de latence du circuit a donc quelques chances d'être pertinente.

Concernant les temps de réaction des transistors, ils doivent être calculés en fonction des courants effectivement fournis à la grille. Le fait que ces courants soient produits par une source de tension et limités par une résistance suggère qu'ils dépendent (notamment) de la différence entre la tension de sortie du driver et la tension de plateau des transistors. Si par exemple la tension de plateau est proche du niveau de sortie haut du driver (pour un MOSFET canal N), alors le délai de turn-on sera beaucoup plus grand que le délai de turn-off, parce que le courant de grille sera beaucoup plus faible pour un niveau de sortie haut que pour un niveau de sortie bas.

[A voir en vidéo sur Futura]

[polo974]

les entrées du ir2112 sont équipées de pull-down pas vraiment spécifiées, donc la commande en npn émetteur commun ne peut pas marcher. utiliser une porte logique. (et pas de la série 4000...)

ensuite, tu peux très bien décorréler les commandes low side et high side:
low side, tu contrôles de façon quasi statique la direction (et le freinage si besoin), et high side, le pwm (masqué par la dir pour éviter conduction simultanée).

piloter le low side en quasi statique réduit les pertes de commutation, donc la chaleur à évacuer.

à une époque (lointaine), j'avais utilisé des triggers de schmidt avec 2 rc + diode pour générer des retards adéquats pour éviter le chevauchement, une diode en // sur la r, une fois dans un sens, une fois dans l'autre, ce qui assurait (si rc suffisant) un temps mort adéquat. c'est un pilotage en boucle ouverte, donc attention... si rc trop grand: pas de montée en fréquence, si rc trop faible: fumée...