Showy

Помогите с H-мостом для мощного двигателя

19 сообщений в этой теме

Showy    0

Здравствуйте, появилась задача сделать мощный H-мост для управления двигателем 5А через Ардуино с ШИМ. Стандартный модуль L298N не осилил такую задачу, даже при параллельном включении обоих каналов, там максимум 2х2=4 Ампера. Пришлось углубиться в мат часть чтобы рассчитать Н- мост на транзисторах. Схем куча, но именно с ШИМ контролем нашел совсем немного. Информации как рассчитать мост на полевых транзисторах не нашел (наверно плохо искал потому что уже заказал биполярные), хотя возможно на них бы все получилось проще, поэтому в схеме использовал биполярные транзисторы.

Далее хочу предупредить, что являюсь новичком и все что опишу (рассчитаю) ниже возможно больше похоже на фантазию а не на науку.   

Как оказалось максимального тока 40mA с выхода Ардуинки не хватит чтобы транзистор открылся полностью как ключ и пропускал ток более 5А. Рассчитал что 40мА с выхода Ардуино при минимальном коэффициенте усиления мощного транзистора hFE=20 сможет отдать 40мА *20= 0,8 мА, тоесть явно маловато. В связи с чем ничего не пришло в голову как добавить еще один каскад. Рассчитал резисторы чтоб ограничить ток с Ардуино до 20мА усилить их транзисторами с hFE = 40 до 0,8Ампер и потом уже открывать  мощные транзисторы через резисторы которые почему то получились у меня очень малого номинала (R=U/I = 12/0.4 = 30 ОМ). Схема по моему получилась какая то сверхзамудренная, и не факт что рабочая. Особенно беспокоюсь за ШИМ, будет ли он работать вообще. 

Собственно вопросы. 

1. Будет ли работать ШИМ в такой схеме
2. Нужны ли подтягивающие/стягивающие резисторы, и правильно ли я сделал что номинал выбрал в 10 раз больше резистора на базу.
3. Правильно ли я рассчитал резисторы R13 и R14, по моему номинал какой то очень маленький. 
4. Возможно есть идеи как схему сделать попроще?
5. Как думаете она вообще рабочая?   

Еще раз прошу не забрасывать яйцами, схему прилагаю и заранее благодарю за помощь.      

H Brige.PNG

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
IMXO    1 348
16 минут назад, Showy сказал:

1. Будет ли работать ШИМ в такой схеме

5. Как думаете она вообще рабочая?  

1.нет.

5.нет.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Showy    0
32 минуты назад, IMXO сказал:

1.нет.

5.нет.

Спасибо за оперативный ответ. А схема "оригинал" вообще рабочая (ШИМ+ в целом)?  

hbridge_transistor_enable.png

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
48 минут назад, Showy сказал:

она вообще рабочая?

Нарисуй цепь работы диодов в тот момент, когда коммутационный ключ vt6 закроется по заднему фронту импульса ШИМ.  Эта схема в любом случае нерабочая. Если уж хочется побаловаться, то не прoще ли вообще выкинуть vt6, а на сами входы подавать сигнал шим и его инвертированного по знаку клона, чередуя полярность в зависимости от требуемого направления вращения, пока не сгорит двигатель. Имхо.
 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
UTSource

Найдите миллионы труднодоступных

электронных компонентов

IMXO    1 348
24 минуты назад, Showy сказал:

А схема "оригинал" вообще рабочая (ШИМ+ в целом)?  

вопрос не правильный, правильный вопрос при каком напряжении питания/управления схема рабочая.

ЗЫ схема овно, при переключении, через плечи прет сквозняк

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Showy    0
24 минуты назад, IMXO сказал:

вопрос не правильный, правильный вопрос при каком напряжении питания/управления схема рабочая.

ЗЫ схема овно, при переключении, через плечи прет сквозняк

Как Вам такая схема? Только по питанию 12V по напряжению выхода с Ардуино соответственно 5V.  

post-106461-0-24138000-1399479250.jpg

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Falconist    5 130
1 час назад, Showy сказал:

"оригинал" вообще рабочая?

Откуда вы такой дебилизм выкапываете? При подаче напряжения питания и первом же импульсе, открывающем ШИМ-ирующий транзистор, мгновенно пробьются база-эмиттерные переходы транзисторов моста. Ну, и нижний с ними заодно.

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Showy    0
6 минут назад, Falconist сказал:

Откуда вы такой дебилизм выкапываете? При подаче напряжения питания и первом же импульсе, открывающем ШИМ-ирующий транзистор, мгновенно пробьются база-эмиттерные переходы транзисторов моста. Ну, и нижний с ними заодно.

 

https://nathandumont.com/blog/h-bridge-tutorial Выкопал здесь. 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Falconist    5 130

То, что сайт "забугорный" - еще не означает, что всё, на нем размещенное -- истина в последней инстанции. Дебилизма на них нередко побольше, чем "в отечестве".

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
IMXO    1 348
1 час назад, Showy сказал:

Как Вам такая схема?

при некоторой доработке вполне жизнеспособна. в том виде как есть - нет.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Showy    0
20 часов назад, IMXO сказал:

при некоторой доработке вполне жизнеспособна. в том виде как есть - нет.

Вы имеете в виду что нужно добавить защитные диоды, поскольку в нагрузке будет двигатель?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Showy    0

В общем собрал я на макетной плате сему как в приложении. Вполне рабочая, управляется почти как предложил @сомневаюсь я , на одном из входов GND на другой даю ШИМ, занимает конечно 2 шим канала, но зато экономит 1 пин которым предполагалось управлять ШИМ. 

Вот только кажется мне что мощность в разы ниже чем при прямом подключении двигателя (центральный замок авто) к 12В. Похоже что силовые транзисторы открываются не полностью. Прошу посоветовать, увеличиться ли мощность, если резисторы R2 и R3 сделать ОМ так по 20-30 вместо 180, либо тут дело совсем в другом? Резисторы R1, R4 вроде открывают управляющие транзисторы полностью. 

Заранее спасибо.       

P.S. Диоды для защиты транзисторов добавлю, когда буду собирать уже печатку. 

Работает.PNG

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Falconist    5 130

Даже если и открываются полностью, то на каждом из открытых транзисторов падает какое-то напряжение ("напряжение насыщения"). А их - два последовательно. Т.е., порядка 1,5...2 В из всего напряжения питания не используются. 122В и 102В различаются на 44%. Для мотора это достаточно существенно. Да к тому же еще и ШИМ...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Showy    0

@Falconist Спасибо, была у меня такая мысль. Спасибо что помогли разобраться. В случае использования полевых транзисторов в качестве силовых, можно ли избежать падения мощности (напряжения)? 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Falconist    5 130

Оно будет меньше, но будет всё равно.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Showy    0

Спасибо всем, кто помогал разобраться. В итоге мост получился рабочий, НО! Потеря мощности очень существенна. 
Провел следующие замеры. 

1. Актуатор подключенный напрямую к БП выжимает 4,6 кг. 
2. Актуатор подключенный через Н-мост активируемый управляющими сигналами от БП напрямую выжимает 3,3 кг. 
3. Актуатор + Н-мост + Arduino выжимает всего 2,0 кг. 

Уменьшение номиналов резисторов не дало результатов. Тяга актуатора снизилась более чем в 2 раза при управлении Ардуино. 
я так понимаю между первым и вторым замером разница наблюдается как сказал @Falconist

В 13.03.2018 в 22:32, Falconist сказал:

Даже если и открываются полностью, то на каждом из открытых транзисторов падает какое-то напряжение ("напряжение насыщения"). А их - два последовательно. Т.е., порядка 1,5...2 В из всего напряжения питания не используются. 122В и 102В различаются на 44%. Для мотора это достаточно существенно. Да к тому же еще и ШИМ...

  Но между 2 и 3 замерами такое падение производительности насколько я понимаю связано с недостаточным током порта Ардуино. Прав ли я? Если да то посоветуйте, как увеличить этот ток, поставить еще транзистор? Либо какой то мощный оптрон который будет коммутировать больший ток чем ток Ардуино. Реле из за ШИМ не вариант. 

 

Кстати еще придумал вариант регулировать мощность с помощью понижающего  DC-DC регулируемого преобразователя. Можно использовать цифровой потенциометр, которым менять сопротивление управляя им через Ардуино, а полярность подключения двигателей реализовать на реле. По идее должно работать, но не охота заморачиваться, тем более мост уже собран, и возможно Ваши советы помогут дотянуть его производительность до 3,3 кг, которых мне достаточно. 

Заранее спасибо.    

 

H- мост.jpg

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Showy    0

Нашел причину столь резкого падения мощности между 2 и 3 измерением. Н - Мост вовсе не при чем оказался. Просто когда резко подаешь управляющий сигнал, актуатор давит намного сильнее и поддерживает такую нагрузку за счет быстрого толчка, если плавно увеличивать нагрузку то он не может выжать столько же. Выходит тока ардуино в данной схеме вполне хватает. Но 2 кг. мне мало. 

Как думаете идея с DC-DC преобразователем из прошлого поста, имеет право на жизнь?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

4 полевика IRL3705 5-12В с компьютерного БП( в зависимости от нагрузки) и сцепить их в мост, естественно резисторы по 25Ом с ардуино в затворы, ну и сигналы в противофазе не забыть по диагонали по два ключа

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Войти сейчас