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03/10/2015 #1


Driver motor DC
Hola

Tengo que hacer un driver para controlar un motor DC de potencia 250W más o menos con unas baterias de 36V. El esquema que adjunto es el diseño. El control es a través de un microcontrolador que saca un señal PWM de 15kHz al opto para pasarla al circuito analógico. El driver utilizo un Mosfet IRF3205 que aguanta hasta 110A. También hago un regulador conmutable para obtener los 12V para excitar el Mosfet.

El caso es que este circuito me funciona perfectamente si conecto un motor DC de poca potencia. Pero cuando conecto el motor de 250W y que con carga puede consumir hasta 16 Amperios, me falla. Se "petó" el diodo de protección del motor D8 y también el condensador electrolítico C7 de la salida del regulador. Tengo dudas de porque ha fallado.

¿Puede ser que el diodo de protección del motor D8 (que aguanta hasta 6A) tenga que soportar los mismos amperes que consume el motor, o sea los 16A? ¿Influye la frecuencia del PWM?

¿Porque petó el condensador? ¿Puede ser que para excitar el Mosfet a través del Gate tenga un consumo sobre los 12V mucho más elevado del que he previsto?

Por favor, ¿podríais aconsejarme de si me falta algo en el diseño?
03/10/2015 #2

Avatar de ruben90

Primero,prueba tu MOSFET, aquí verás como

Ahora, al utilizar PWM con un MOSFET debes calcular la corriente necesaria para cargar y descargar rapidamente las capacitancias parasistas de este (Ciss y Crss), tu arreglo de emisor seguidor complementario esta bien, pero con esos componentes no alcanzaras esa corriente pico necesaria. Los transistores BC547 y BC557 suministran una corriente maximo pico de unos 100mA - 150mA y a mi criterio eso es insuficiente. Porque te digo esto, con esa cantidad de potencia que deseas manejar, si no excitas bien el GATE del MOSFET se calentara más de lo debido y no tendra un funcionamiento optimo.

Así que debes calcular la corriente de GATE, calcular el circuito excitador (seguidor emisor complementario) y la potencia disipada para colocar un buen disipador al MOSFET.

Ahora con respecto al diodo, pues lo recomendable sería usar uno igual a la corriente que utilizas. Ya estas diseñando en el grado de electronica de potencia, debes ser muy cuidadoso con los calculos.
03/10/2015 #3


Lo de las capacidades parásitas, ¿tengo que tener en cuenta esta gráfica que adjunto? pero tengo entendido que esta gráfica solo se usa cuando la frecuencia de la señal es muy alta ¿es así? ¿como se calcularía la Rg en este caso?

Lo que comentas de los transistores BC547 y BC557 tienes razón. Quizá por eso se estropeo el condensador de los 12V.

La potencia del Mosfet ya la calcule (unos 4W creo) y tengo que poner un disipador.
Imágenes Adjuntas
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03/10/2015 #4

Avatar de ruben90

Esa grafica te indica la capacitancia con respecto al voltaje drenador - surtidor.
Más arriba hay una tabla, ahi te indica mejor unos valores fijo de Ciss y Crss.

Ciss = 3247 pF.
Crss = 211 pF.
tr = 101 ns.
tf = 65 ns.
03/10/2015 #5


Vale. Aplicando las formulas tengo:

Idg = 211pF * (36V-(12V-0,7V)) / 166ns = 31,40mA

Igs = 3247pF * ((12V-0,7)-2V) / 166ns = 181,91mA

Itotal = 31,40mA + 181,91mA = 312,31mA

Rg = ((12V - 0,7) - 4V) / 312,31mA = 23,38 ohms


Además que los transistores NPN y PNP tienen que aguantar 312,31mA y los tendré que cambiar

¿Es correcto?
03/10/2015 #6

Avatar de ruben90

más o menos, por las dudas maneja una cooriente Itotal = 500mA. Los transistores BC337 y BC327 manejan una corriente Ic = 800mA, ahora simplemente necesitas crear un circuito para excitar esos transistores, puedes usar el CD4069 para ello, colocando las 6 compuertas en paralelo a la base de los transistores. Las entradas del CD4069 necesitan una excitación del mismo voltaje que la de la salida, o sea si quieres 10v a la salida del CMOS, necesitas alimentarlo con 10V y la señal debe ser de 10V. Te dejo un diagrama parecido a lo que debes hacer.
Imágenes Adjuntas
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03/10/2015 #7


El CD4069 ya lo uso y alimentado a 12V. ¿Es necesario poner varias en paralelo o esta bien en el esquema que he adjuntado al inicio del tema?

¿La R1 de 10k - 1M es necesario también?
03/10/2015 #8

Avatar de ruben90

ahi seria cuestion de calcularlo. Pero puedes ir agregando una compuerta a la vez, recuerda que cada compuerta puede suministrar una cierta cantidad de corriente (corriente de suministr0) Y absorver cierta corriente (corriente de sumidero). Observa el datasheet del CD4069 y busca la parte que dice IOH(source) y IOL(sink), recuerda que los transistores BJT funcionan como un amplificador de corriente (seguidor emisor) y dependen de su corriente de base. Saludos.

La resistencia le da estabilidad al estado de los transistores (corte o saturación) pero no es necesario. Prueba sin el.
04/10/2015 #9


Mirando el datasheet del CD4069 el IOH y el IOL es de 2,6mA a 10V. Si los transistores BC337 y BC327 tienen una beta típica de 160 sería Ic=160 * 2,6mA = 410mA

Por lo tanto, ¿me serviría con la salida de una sola compuerta no?
04/10/2015 #10

Avatar de pandacba

Como driver y para facilitar las cosas se puede utilizar un opto para contrlo de gate de mosfef como el FOD3184 que maneja hasta 3A y ojo no es el unico del mercado
Este tema esta tratado aqui
Motor DC 20A con Mosfet y Optoacoplador
04/10/2015 #11

Avatar de Scooter

Puedes empezar por bajar la frecuencia del pwm de 15 a 1kHz. De esa forma tendrás más o menos 15 veces menos problemas.
Lo demás es correcto pero a menos frecuencia menos importancia de la capacidad parásita.
Si un motor universal va bien con el "pwm de 100Hz de la red"; el control de fase en ac es como si fuese eso. A 1kHz tambien
04/10/2015 #12


Si pero a menos frecuencia el motor emite ruido y no puedo dejarlo asi. Tiene que ser una frecuencia alta como 15kHz.
05/10/2015 #13


La Rg que he calculado anteriormente de 23,38 ohms también tengo que tener en cuenta la potencia que disipa. Si son 312,31mA:

P = 312,31mA ^ 2 * 23,38 ohms = 2,28W

Me pregunto si poniendo una Rg más pequeña de la que he calculado, por ejemplo 10 ohms, reduciría la potencia de esta:

P = 312,31mA ^ 2 * 10 ohms = 0,97W

¿Es correcto este calculo?
05/10/2015 #14

Avatar de ruben90

Te dire, yo arme una vez ese circuito, y coloco una resistencia de 10 ohms, y nunca se calento, simplemente debes hacer que la señal sea estable para que el MOSFET no se caliente. La formula de potencia usando frecuencia no es la misma que usando una corriwnte constante.
06/10/2015 #15

Avatar de Scooter

La corriente se hace cero en cuanto cargas el condensador de la puerta y la potencia también.
06/10/2015 #16


Vale, por lo tanto con una resistencia de 10 ohms de 1/4 de W me serviria sin que se calentara

También podría canviar el mosfet por uno de menos potencia, ya que el máximo amparage que necesita el motor son 20A, por el IRFZ44N que tiene unas capacidades parásitas más bajas y así reducir la corriente de Gate
06/10/2015 #17

Avatar de ruben90

si, con el driver que te di, creo que aguanta capacitancias de 2000pF, o un poquito más, y yo utilize ese valor de resistencencia, y jamás se calento. No olvides poner el disipador al mosfet, por precausión, suerte
12/10/2015 #18


Acabo de probar el circuito con las correcciones que me habéis indicado (transistores con más potencia, cambio de Mosfet, cambio de resistencia Gate). El diseño es el que adjunto.

Funciona todo perfectamente con los motores sin carga. Aunque veo que los mosfets se calientan un poco con colo 2A de consumo del motor. Haciendo las mediciones con osciloscopio y amperimetro, veo que el mosfet, entre Drenador-Fuente se queda un voltaje de 2V. Y aplicando la formula de potencia P=V*I=2*2=4W.

Lo que no entiendo es que mirando la gráfica del datasheet del IRFZ44N, con una tensión de Gate de 12V a ese consumo tendría que tener una caída de tensión entre Drenador-Fuente de pocos mili-Voltios, y a priori una potencia menor en forma de calor del mosfet.

¿Como se explica esto? ¿He hecho algún calculo mal?
Imágenes Adjuntas
Tipo de Archivo: jpg driver.jpg (66,9 KB (Kilobytes), 14 visitas)
12/10/2015 #19

Avatar de Scooter

Me da que aún no se dispara correctamente.
Pon un osciloscopio en la puerta a ver que hace.
Prueba sin pwm en continua a ver si si que se dispara bien.

Volviendo a reiterarme, baja la frecuencia del pwm y pon algún filtro para que aplane la salida.
12/10/2015 #20


Adjunto pantalla del osciloscopio en el GATE. La señal parece correcta. No parece que active mal el mosfet. Los cálculos de las capacidades parásitas son correctos.
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