Calcolo resistenze ponte H

[lucaventimiglia]

Ho studiato un poco e forse ho capito come calcolare le resistenze:
1) Stabilisco il valore di IC (supponendo che sia 7A);
2) Mi calcolo il valore della corrente di base>> IB = IC/Hfe (Hfe per il TIP3055 è 20 o 70 ma quale devo prendere?)
3) Dimensiono la resistenza di base applicando Kirchhoff alla maglia
Vi - VBE
dove Vi=12V e VBE=0,8V
poi legge di Ohm
RB= (Vi - VBe)/IB

Mal che vada, questo driver per voi è adatto al mio scopo?
>> http://www.ebay.it/itm/Semiconduttore-Motor-Module-Auto-BTS7960-43A-H-Bridge-Drive-PWM-For-Arduino-NEW-/161583601434?hash=item259f22171a:g:LQ0AAOSwa39Uz0XC però dovrebbe essere un mezzo ponte H quindi dovrei comprarne 2.

[lucaventimiglia]

Salve di nuovo ragazzi,
non ho ancora fatto lo schema circuitale a PC ma solo a penna (per fine giornata posterò anche quello).
Nel frattempo ho riprovato a fare il ponte H su breadboard stavolta inserendo resistenze di base e diodi di protezione e mi trovo in una situazione del genere:

- Ho collegato un motorino da 5V che assorbe una corrente IC=17mA (misurata con multimetro).
- I transistor che ho usato sono i TIP3055 npn e i TIP2955 pnp; non ho messo quelli di pilotaggio perché la tensione del circuito controllo è uguale a quella del circuito di potenza e quindi dovrei pilotare i pnp senza problemi;
- Ho calcolato la resistenza di base con la formula:
RB = (Vi-VBE)/IB dove
Vi=5V
VBE=0,8V
IB = IC/Hfe = 0,017/20 = 0,00085 ohm (ho considerato Hfe =20)

RB = (5-0,8)/0,00085 = 4941.2 ohm
Ho scelto quella immediatamente più bassa che tenevo
RB = 4,7kohm
- Ho utilizzato dei diodi di protezione 1N4007 che sopportano fino 1A http://www.diodes.com/_files/datasheets/ds28002.pdf

- Ho collegato le basi dei 4 transistor a 4 diversi pin PWM, uno per ogni base.
- Lo sketch del funzionamento da interruttore è questo per il momento


Lo sketch non l'ho ancora provato perché ho paura di fondere un altro Arduino (questo è l'ultimo che mi rimane): per questo ho deciso di chiedere prima consiglio a voi.
Per favore potreste dirmi dove ho sbagliato e perché? Scusate se ho scritto un poema ma volevo essere più chiaro possibile: voglio capire se ho capito (sono un tipo fastidioso lo so )

P.S. Penso che ieri ho fuso la seriale dell'Arduino perché sul mio banco da lavoro c'erano dei frammenti di rame che saranno andati a contatto con le saldature sotto la basetta millefori su cui ho posizionato l'Arduino tramite degli strip-line, mandando qualcosa in cortocircuito. Adesso ho isolato le saldature con del nastro isolante.

[lucaventimiglia]

Però mi sembra che la cosa funzioni così:

La coppia del motore è massima a motore fermo,
La coppia nominale è la coppia che hai ( gli 0,9 Nm ) a numero di giri nominali che sono a tensione nominale e a corrente nominale ed è inferiore alla coppia di spunto ( motore fermo ).
A tensione costante, la velocità del motore diminuirà in modo proporzionale alla coppia applicata al carico , questa diminuzione di giri dipende da motore a motore e si chiama gradiente di velocità.
La corrente assorbita, invece è proporzionale allo sforzo, cioè alla coppia che il motore deve sviluppare per uguagliare la coppia del carico applicato.
Secondo me hai già difficoltà a muovere un carico di 70 Kq di forza o peso vicinissimo all' albero già alimentandolo a 24 V restando nei parametri nominali. In pratica muoverai il carico, ma a scapito di una maggiore corrente assorbita (se la coppia nominale non è sufficiente e perciò il motore necessiterà di maggior coppia) e diminuzione di giri e di un surriscaldamento del motore.
In pratica il motore , più rallenta , più aumenta la forza, ma a scapito di una maggior assorbimento di corrente e surriscaldamento del motore

Se dimezzi la tensione di alimentazione la porti da 24 V a 12 V si dimezza il numero di giri massimo ( che si hanno con il motore senza carico ) e si dimezza la coppia di spunto , cioè alla partenza.
Solo se la coppia di spunto è maggiore della coppia resistente si riesce a far muovere il motore che poi troverà un numero di giri di assestamento quando le coppie all albero si uguaglieranno, ma questo avverrà ( se avverrà) ad un numero di giri molto basso assorbendo un tot di corrente che comunque sarà minore della corrente allo spunto e potrà essere superiore o inferiore alla corrente nominale ( bisogna vedere. questo dipende se la coppia nominale è sufficiente o ha bisogno di maggior coppia )

Penso di aver capito... il motore più va lento(più la tensione è minore) più aumenta la coppia(ma questo significa corrente di assorbimento maggiore) che serve per spostare il carico: alla fine quindi il carico si sposterà comunque, ma richiederà più corrente e quindi il motore si surriscalderà per effetto joule, giusto?

[lucaventimiglia]

- Lo sketch del funzionamento da interruttore è questo per il momento

C'é un errore nello sketch riguardo i #define. Quelli giusti sono questi:
#define pnpSx 11
#define npnSx 10
#define pnpDx 6
#define npnDx 5

Ho caricato lo sketch provando anche ad aprire l'altro canale e funziona: ho pilotato il motore in entrambi i sensi!
Ora proverò a fare il controllo PWM.

[lucaventimiglia]

Tentato anche il PWM e funziona! Resta comunque il problema che pilotare un motorino da 5V è una cosa e pilotarne uno da 24 V è un'altra.

[Pixy]

Sto realizzando questo >>
-Quella montata sull'asse della ruota 12,5cm circa.
Sempre tramite software ho anche fatto la proporzione tra inclinazione e velocità del motore, provando con un banale motorino a 5 V. La cosa che mi manca è il dannatissimo ponte H

Ok. Ora va molto meglio !
Basta sapere quello che vuoi fare.
Se conti i denti del pignone sul motorino e i denti del pignone sull' albero del monopattino e fai il rapporto dei due. Ammettiamo sia 5.
La forza ( o coppia ) sull' albero è diminuita di 5 volte rispetto alla coppia sull' asse delle ruote del monopattino anche se come coppia resistente il tutto va valutato anche con il diametro delle ruote.
Però adesso può funzionare anche a 12 V e al limite basta aumentare i denti del pignone sull' asse del monopattino, anche se questo farà diminuire la velocità massima raggiungibile.
Oppure alimentare il motorino alla sua tensione nominale quadruplicando la potenza disponibile ( rispetto ai 12 V ) e adattare il numero dei denti dei due pignoni fra coppia e velocità massima raggiungibile desiderata

OK! Mi trovo fin qui! Il problema è che non so come portare una corrente di 3A sul collettore del transistor pilota.Sullo schema riportato, lui porta questa corrente tramite la resistenza R12 (che va dimensionata). E poi nasce il problema che una porta logica di Arduino può erogare massimo 40mA e dovrei vedere quanto è l' Hfe dell'IRFZ44N e se sono sufficienti per ottenere la 3A sul collettore del transistor pilota.
Il rapporto dovrebbe essere Hfe=Ic/Ib giusto? dove Ic è la corrente sul collettore che voglio ottenere e la Ib la corrente di base che devo mettere per ottenerla?

Non si può parlare di HFE per i Mosfet.
Questi vanno in saturazione con una sua minima tensione V applicata al gate rispetto al source, anche se a secondo della frequenza di switching bisogna dare un'occhiata alla corrente necessaria per caricare e scaricare il gate che deve essere disponibile sulla porta di uscita di Arduino
Nella prova che hai fatto avevi a disposizione solo i 5 V della porta di Arduino.
5 V non bastano a mandare in saturazione il IRFZ44 ( mi sembra ), anche se 5 V forse erano sufficienti ad avere una corrente sul drain di qualche A e pilotare i Tip

Anche se non ho capito come hai fato a bruciare Arduino !?
Secondo me hai fatto un errore di collegamento oppure, come hai sospettato, sono stati i residui di stagno dove poi hai appoggiato Arduino

1) Stabilisco il valore di IC (supponendo che sia 7A);
2) Mi calcolo il valore della corrente di base>> IB = IC/Hfe (Hfe per il TIP3055 è 20 o 70 ma quale devo prendere?)
3) Dimensiono la resistenza di base applicando Kirchhoff alla maglia
Vi - VBE
dove Vi=12 V e VBE=0,8V
poi legge di Ohm
RB= (Vi - VBe)/IB

Anche qui devi considerare la tensione Vi = 5 V e non 12 o 24 V di alimentazione del motore, perché alla base del BJT, rispetto massa, hai il segnale di uscita della porta di Arduino, ma senza i transistor pilota non potresti far funzionare il ponte H se l' alimentazione del motore è maggiore dell' alimentazione del comando, perché i Tip 2955 non si spengerebbero mai.

Come HFE dvi prendere quello minore come hai fatto e una volta calcolata la resistenza di base , questa mettila anche di valore la metà in modo che nella base passi il doppio della corrente che avevi calcolato, così siamo sicuri di mandarlo in saturazione anche se l' HFE del BJT fosse stato solo di 10.

Tentato anche il PWM e funziona!

Bene
Vedo che piano piano qualcosa hai fatto

Resta comunque il problema che pilotare un motorino da 5 V è una cosa e pilotarne uno da 24 V è un'altra.

Vedrai che piano piano uno ci arriva.

Per adesso Buona Pasqua a te e a tutti !

[lucaventimiglia]

Ok. Ora va molto meglio !
Basta sapere quello che vuoi fare.
Se conti i denti del pignone sul motorino e i denti del pignone sull' albero del monopattino e fai il rapporto dei due. Ammettiamo sia 5.
La forza ( o coppia ) sull' albero è diminuita di 5 volte rispetto alla coppia sull' asse delle ruote del monopattino anche se come coppia resistente il tutto va valutato anche con il diametro delle ruote.
Però adesso può funzionare anche a 12 V e al limite basta aumentare i denti del pignone sull' asse del monopattino, anche se questo farà diminuire la velocità massima raggiungibile.
Oppure alimentare il motorino alla sua tensione nominale quadruplicando la potenza disponibile ( rispetto ai 12 V ) e adattare il numero dei denti dei due pignoni fra coppia e velocità massima raggiungibile desiderata

Sì il rapporto di trasmissione già lo calcolai ed è proprio 5 come hai detto tu.

Non si può parlare di HFE per i Mosfet.
Questi vanno in saturazione con una sua minima tensione V applicata al gate rispetto al source, anche se a secondo della frequenza di switching bisogna dare un'occhiata alla corrente necessaria per caricare e scaricare il gate che deve essere disponibile sulla porta di uscita di Arduino
Nella prova che hai fatto avevi a disposizione solo i 5 V della porta di Arduino.
5 V non bastano a mandare in saturazione il IRFZ44 ( mi sembra ), anche se 5 V forse erano sufficienti ad avere una corrente sul drain di qualche A e pilotare i Tip

Come mi sento ignorante . Comunque i 5V sono sufficienti a mandare in saturazione l'IRFZ44N: già ci ho provato.

Anche se non ho capito come hai fato a bruciare Arduino !?
Secondo me hai fatto un errore di collegamento oppure, come hai sospettato, sono stati i residui di stagno dove poi hai appoggiato Arduino

Sì c'erano dei pezzettini di rame, evidentemente ho mandato in corto qualcosa.

Per adesso Buona Pasqua a te e a tutti !

Ricambio e ti ringrazio moltissimo dell'aiuto che mi stai dando.
La mia prossima mossa sarà il doppio stadio per i pnp sempre a 5V.

[lucaventimiglia]

Eccomi che ritorno ad infastidire... Posto sempre qui il mio dilemma perché alla fine è sempre lo stesso. Lo so che è Pasquetta e che invece di lavorare dovrei divertirmi ma, siccome il tempo qui non è granché, preferisco sperimentare qualcosa
Dopo aver montato con successo il ponte H, sto provando a farlo funzionare con i transistor di pilotaggio ma mi trovo sempre davanti allo stesso problema: dimensionare le resistenze (quanto le odio ).

Comunque, il circuito è sempre quello riportato in figura. I componenti che sto utilizzando sono:

1) Sempre i soliti TIP2955 e TIP3055 per il circuito di potenza (con la resistenza di base dimensionata
datasheet>>http://www.ens-lyon.fr/DSM/AGREG-Physique/oral/Notices/N041-018.pdf);

2) Dei MOSFET IRFZ44N per pilotare i pnp superiori(datasheet>>http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfz44n.pdf), sono gli unici che ho per il momento.

-La tensione Vdc nello schema è 5V dato che sto pilotando sempre lo stesso motorino da 5V che assorbe 17mA.
-La tensione logica di Arduino sempre 5V e sempre 40mA massimi erogabili (non so se sia un dato importante quest'ultimo).

Ora ho due problemi:

1) Dimensionare le resistenze sul gate degli IRFZ44N R10 ed R20: dato che i transistor di pilotaggio sono dei mosfet il dimensionamento delle resistenze di gate è diverso dato che non posso più giocare sull' Hfe e anche la loro funzione lo è, dato che ho letto che servono (tra le tante cose) per limitare i disturbi dovuti alle risonanze provocate dalla capacità di ingresso del mosfet (che somiglia molto ad un condensatore) e all'induttanza dei collegamenti tra driver e mosfet.

2) Dimensionare le resistenze R12 ed R22 collegate alla base dei TIP2955: che servono per collegare l'emettitore e la base dei pnp; inoltre, la loro funzione è quella di limitare la corrente sul gate? Infatti, mi viene da pensare che se collegassi senza resistenza l'emettitore con la base, passerebbe molta più corrente del necessario sul gate.

3) Le resistenze R11 ed R21 dovrebbero essere le resistenze di base dei TIP2955 che già ho dimensionato (o mi sbaglio?).

Vi prego aiutatemi e buona Pasquetta

[lucaventimiglia]

Ok ho fatto anche il pilotaggio con i mosfet
Però, siccome non sapevo calcolare il valore delle resistenze, ho fatto in questo modo:

1) al gate dei mosfet non ho messo resistenze, perché ho notato che anche mettendo quella più bassa che avevo il MOS non conduceva.

2) inizialmente, per le resistenze R12 ed R22 ho scelto un valore di 100ohm (giusto quel poco per limitare la corrente sulla base dei TIP2955) poi non le ho messe affatto e non ho fatto il collegamento tra emettitore e base come si vede nello schema ma il tutto continua a funzionare e anche bene!

Purtroppo però non sono soddisfatto: nonostante il tutto funzioni vorrei capire il perché funzioni

[lucaventimiglia]

P.S.
Se insisto troppo, ditemelo. Non vorrei offendere e tanto meno far perdere le staffe a qualcuno.