Driver L293DNE riscaldamento diodi in PWM

[thexeno]

Ciao a tutti!
Ho recentemente scritto in C per un micro un programmino per controllare un motore DC generico in PWM in più direzioni e velocità, con i driver 293D.

Ho notato che con frequenze sotto i 300Hz il motorino ha un'ottima coppia (oddio, le mie dita sono state lo strumento di misura non avendo altro) partendo già con DC molto bassi. Cosa inversa dai 500Hz/1Khz in su.

Ho notato però che il driver si scalda di più con un DC tra 50 e 75% rispetto a quando ho un DC al 100%. Premetto che sono uno studente in ingegneria elettronica, abbastanza inesperto ma che mastica qualcosa.

Ho dedotto che a quelle basse frequenze l'induttanza del motore si carica e scarica completamente, portando il transitorio dell'induttanza nello spegnimento a far scorrere completamente tutta la corrente nei diodi volano. Scaldandoli. Con DC bassi, il transitorio è uguale ma potrebbe non essere completamente caricata e quindi partendo da un valore di corrente inferiore, il transitorio nel diodo dura di meno. Vorrei sapere se la deduzione è corretta per questo caso.

Poi c'è il caso in cui piloto con alte frequenze: deduco che il motore faccia scaldare di meno il driver a causa del fatto che l'induttanza non riesce mai ad arrivare a regime e quindi i transitori di corrente non arrivano mai al loro limite. Sto pensando ad un'onda di corrente pseudo triangolare, con pendenza che dipende dalle caratteristiche fisiche del motore e quindi costante. Ma è chiaro che se la pendenza verso l'alto si inverte subito verso il basso non arriverà mai ad alti valori. Anche qui, il ragionamento dov'è che non quadra?

La cosa che proprio non mi torna è come mai la coppia è migliore a basse frequenze. Posso speculare sul fatto che l'induttanza vede correnti più alte, quindi più energia. Il fatto che mediamente sia più potente il motore è dovuto forse al fatto che parte del movimento è mantenuto dall'inerzia: ma questo discorso vale però anche con motore bloccato, quindi non so.

Grazie a tutti anticipatamente, spero di trovare qualche sicurezza in più

PS: non sono sicuro che sia la sezione giusta questa, nel caso chiedo scusa :)

[thexeno]

Dimenticavo di aggiungere una cosa:

Sto usando una scheda Arduino 2009 programmata in C con Atmel Studio 6 (così a chi è interessato si trovano tutti gli schematici online della scheda). Il regolatore eroga fino a 700mA con alimentazione esterna. Il motore ne puà assorbire fino ad 1A ma per brevi periodi funziona. Sto usando il tutto con alimentatore esterno, per togliere eventuali dubbi su mancanza di potenza.

Tuttavia, SOLO con PWM ad alte frequenze, tipo 30Khz al posto di 100Hz (sto usando il Timer 0 dell'atmega, con quarzo a 16Mhz), con alimentatore esterno sempre, se blocco il motore quando è al massimo, si vede chiaramente come la tensione sull'Atmega scenda facendo diminuire il led verde di alimentazione, fino a resettare il tutto.
Tuttavia, se questo fosse una problema di alimentazione, dovrei avere lo stesso problema anche quando piloto il motore con prescaler maggiore, a 122Hz. E invece l'unico danno che faccio è surriscaldare il regolatore LDO della scheda, il tutto con nessuna variazione di tensione (o comunque non significativa). Qualcuno ha idea del perché?

Se serve, vi posso eventualmente postare il codice zippato qua sopra. Magari può anche interessare qualcuno.

[FedericoSibona]

Sarebbe bene che postassi uno schema (con FidoCad), anche solo a blocchi, per capire meglio come sono le connessioni.

[thexeno]

L'elettronica aggiunta non è niente di che. Allego lo schema di Arduino. In quello schematico la tensione +5V alimenta anche un chip L293D. Allego lo schema della schedina usata, che monta 2 driver, dei quali ne uso solo uno. I buffer del chip sono 4, e se guardate lo schema, ho connesso la VCC = 5V e la VSS = 5V e il ground al ground (:D). Gli ingressi come vedete sono cortocircuitati come la loro uscita, brutalmente connessa a un cavo del motore. Stesso per gli altri due buffer e l'altro cavo del motore. Nello schema prendete uno dei due chip a caso come esempio, tanto sono uguali.

Il ragionamento sta nel capire, forse, l'interno del chip e lo schema allegato, considerando che ha il 5V condiviso appunto dal driver e quindi il motore. Ovviamente lo schema è gia stato fatto e disponibile sul sito di Arduino (che ho allegato), non penso valga la pena rifarlo. ;)

Di quello schematico uso come segnale i pin PD7 e PB0 che porto alla scheda motori. Mi chiedo se c'è qualche ritorno come interferenza o simili. La cosa della caduta ad alte frequenze, poi, l'ho risolta con frequenze piu basse certo, però fa piacere capire come mai... :)

grazie mille!

[FedericoSibona]

Intendevo uno schema delle connessioni esterne all'Arduino.
Comunque, visto che non sono molto esperto di microcontrollori, aspetta che intervengano altri

[brabus]

Hey,

Spara la sigla del motore, tiriamo fuori un datasheet e vediamo com'è l'induttanza del motore e la resistenza d'avvolgimento.
Con questi dati possiamo stimare qualche andamento di corrente.
Sarebbe bellissimo avere qualche misura all'oscilloscopio.

Ad esempio, con cosa alimentiamo il tutto? Com'è il disaccoppiamento?

fotofotofotofotofoto...

[thexeno]

@FedericoSibona: a parte le cose "microcontrollose" tutto il cuore dell'elettronica è nello schematico "arduino-schematic" e un pin del micro l'ho connesso ad un ingresso dello schematico in formato gif, con i due driver. Non c'è altro, veramente. Chiedo scusa se non ho usato il cad apposta, ma avevo già queste cose sottomano, per cui...

Per rispondere anche a brabus: la cosa che manca nella descrizione è l'alimentatore, ma che non influisce. E' un semplice trasformatore a 50Hz raddrizzato con diodi e condensatore (forse anche un regolatore). in output ha: 9V 1500mA, quindi non ci son problemi, nemmeno si scalda.

Ho fatto un po di foto all'oscilloscopio! Però vi devo dire che la cosa della tensione che scende non succede con il trasfomatore esterno: accade quando alimento solo con USB ed è accentuato con PWM ad alta freq. (Cosa che non capisco, perché di più in HF). PErò a questo punto è meno misteriosa come cosa, perché non è così evidente la differenza di caduta dell'alimentazione alle alte frequenze.

A 122Hz in uscita ho un DC piuttosto regolare per essere connesso ad un motore che gira. Con mtore bloccato, nel caso a 122Hz, si abbassa leggermente la tensione e l'onda non varia molto. Non ho fatto quindi una foto per quella frequenza. Il GND del caso a 31Khz è tanto disturbato quanto lo quello a 122Hz (segue un po il PWM, overshoot a parte).

A 31Khz ll'onda ha notevoli overshoots, così come il ground. Quando blocco il motore, come vedi dalle foto, ci sono overshoot a frequenza molto alta che sfiorano, stando all'oscilloscopio, i 10V. Infatti se vedi ho spostato in basso il riferimento per farli stare nello schermo: li non si vedono molto a causa del flash, ma ci sono, sottili.
Ho fatto poi una foto relativa all'ingresso del driver, quello che vede la MCU. LA foto è senza flash, un po mossa, ma è spaventoso, sempre a moteore bloccato, ed è il caso in cui mi si pianta il micro. Considera che tutto è stato fatto con 2V/DIV in una finestra di 10us.

Nelle foto, quando leggi pinMCU è il lato visto dal micro, ed highDC significa DC al 95% o più, perche se al massimo era una continua, e non rendeva l'idea del disturbo. Quando leggi motore o GND, intendo che ho piazzato la sonda sul + o - del motore (come + intendo dove c'è PWM). A parte le foto in cui ho il motore bloccato, i riferimenti sono tutti al centro, per cui potete notare anche dell'offset (che si compensa se si somma all'offset sul GND, da cosa mi sembra di vedere).

Ho notato che quando la cosa mostruosa accade, e il micro si blocca, in realtà riceve ancora gli interrupt dei pulsanti: non ferma il motore e non ne varia l'ampiezza e non reagisce più alla seriale, ma se porto a GND il pin dell'altro tasto, sofprendentemente inverte la rotazione (ma è l'unica cosa che fa, il resto rimane in coma). Non capisco, perché è come se saltasse il main del programma. Come se andassero ancora il timer (e ok, è hw quasi indipendente) e anche gli interrupt. (questo lo potrò chiedere ad avrFreaks, se non ci sono appassionati di cpu AVR qui :P... e magari vi posso informare della loro opinione)

In ogni caso, concentriamoci dal punto di vista HW per ora.
E vi ricordo che il topic è nato per capire la causa del riscaldamento a basse freq e medio DC del driver, giusto per non andare troppo OT. :)

Lascio il link di dropbox delle foto, non riesco ad allegarle qui (sulle regole c'è scritto no allegati su server esterni. Forse vale per link tipo Imageshack o simili? nel caso allora ok. l'allegato è di 8Mb).
link temporaneo dropbox: https://dl.dropboxusercontent.com/u/52362725/foto.rar

Ha senso inserire ferriti? (di cui una è presente in uscita all'alimentatore da 9V)

[thexeno]

Spero di non aver spaventato nessuno...

[marco438]

Sollecitare le risposte non e' cortese e, postare foto servendosi di server esterni (per di piu' in rar), vietato dalle regole del forum.
Per le foto c'e' il comando invia allegato e per il resto.........la pazienza.

[thexeno]

Sollecitare le risposte non e' cortese e, postare foto servendosi di server esterni (per di piu' in rar), vietato dalle regole del forum.
Per le foto c'e' il comando invia allegato e per il resto.........la pazienza.

Non volevo apparire così. Chiedo scusa. Su altri forum c'era la possibilità da regolamento di fare un UP ogni 24h. Devo leggermi il regolamento completo meglio
Per il resto, come faccio? Appena carica più di 2Mb il server mi blocca la connessione, forse per motivi di sicurezza. Anche se riduco la qualità i 2Mb si superano. Usassi Imageshack? almeno non si scarica nulla.
Ho utilizzato Dropbox perché lo ritengo comunque sicuro, dal momento che lo uso con i miei compagni per i progetti comuni.