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Arduino + Drive Potência 12V 40A
Olá pessoal,
Cansei de sofrer então resolvi pedir um help...
Preciso acionar um motor DC, escovado de 12V que drena sob carga 40A. Pretendo utilizar uma modulação PWM para acelerar de 0~255 e que fosse proporcional a 0V ~12V, somente em um sentido.
Estou restrito a utilizar bateria chumbo ácida de 12V para a alimentação. Para este projeto, comprei o MOSFET IRF3205 que pode lidar com correntes de até 75A, limitadas pelo encapsulamento TO-220. O problema é o aquecimento... Montei uma giga de testes e empilhei 4 desses transistores em paralelo, com dissipador único para os quatro, mas assim mesmo a temperatura sobe muito, tanto ao ponto de não ser possível tocar no dissipador. O barulho do chaveamento não seria um problema no ambiente onde vai operar, mas testei em todas as frequências de PWM alterando os registradores do arduino e não resolveu. Será que alguém poderia me dar uma luz? Eu gostaria de fazer o meu próprio drive, mas se não for possível, alguém pode me indicar um modelo comercial capaz de lidar com essa potência?
Abaixo envio o esquema que estou utilizando...
- Anexos
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Drive Acionamento.jpg, 45 KB
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Respostas a este tópico
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Permalink Responder até Rodrigo Carpe em
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Permalink Responder até Eduardo em
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Um palpite é que sua forma de onda não está quadrada o suficiente.
Se vc tem o transistor cortado nao tem corrente, se tem ele saturado não tem tensão sobre ele (é baixa). Por isso nos 2 momentos não existem potencia.
A potencia existe mais na transição que durante a condução.
Nessas vc precisa muito que seu acionamento seja rápido e o desacionamento também.
Para tanto é preciso ter uma forma de onda bem quadrada ou até com picos nas pontas (nunca arredondada).
Para isso o ideal é usar resistores que ajudem a velocidade.
1) O seu opto tem um terceiro pino do lado do transistor que serve para aumentar a velocidade. Um resistor de 470K para GND é recomendado. Como o fototransistor é grande tende a ser lento.
2) O opto nitidamente gera um GND para fazer Q4 conduzir, mas quem faz ele deixar de conduzir ??? Para agilizar seu chaveamento seria melhor tem um pullup do pino 5 ao 12V. pode ser de 10k mesmo. O racioninio quando a velocidade importa é que todo transistor tem um capacitores internos. Vc precisa de um circuito que possa carregar e descarregar esses capacitores.
Veja se ajuda.
Outra seria copiar uma sugestão de um datasheet, as vezes uma bobagem como um indutor em série pode fazer toda diferença. Um indutor pequeno em série pode matar a corrente na transição, que é o momento de maior potencia para transitores com baixa tensão durante a condução.
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Permalink Responder até Jucelei Freitas em
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Deve resolver uns 80% do seu problema.
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Olá amigos, obrigado pelas prontas respostas..
Jucelei, eu ja tinha conhecimento da necessidade de um circuito totem pole para paralelos de mosfets. Só não sabia exatamente como fazer... Muito menos que existia a interface de acionamento com lógica ttl e o totem pole integrado. Agradeço a dica, agora só tenho que achar esse ci.
Eduardo, agradeço sua colaboração, eu não tenho um osciloscópio aqui, mas acredito que você tenha razão no que se refere a forma de onda não quadrada e con acionamento lento. Acredito que o ci recomendado pelo Jucelei resolva esses problemas.
A dúvida que ainda tenho, visto que nunca trabalhei com FET's é se tendo como fonte de alimentação uma bateria de 12V, vou conseguir entregar esses mesmos 12V ao motor, quando o duty cicle estiver em 100? Ou se terei perdas?
Obrigado amigos.
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No caso do irf3205
RDS(on) Static Drain-to-Source On-Resistance ––– ––– 8.0 mΩ VGS = 10V, ID = 62A
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Permalink Responder até ari em
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Ola , Rodrigo
vi as suas dificuldades e concordo com muitos dos comentários feitos por colegas.
Estou colocando uma versão que acho que resolve o seu problema.
se preferir pode modificar a vontade.
Sds.
Ari.
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Oi Ari, obrigado pela resposta. Vou montar o circuito e testar. Depois dou um retorno aqui.
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Permalink Responder até Leandrisson Morato em
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Olá!
Porque você na usa um filtro passa-baixa de primeira ordem do pino que sai o pwm do arduino para manter o nivel DC do PWM e joga esse sinal num CI drive para o mosfet, dessa forma a tensao disponivel para o motor seria proporcional ao duty-cicle do pwm.
O mosfet deve estar trabalhando na regiao ohmica ok!
Sds
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Se ele fizer isso daria de fazer uma assadeira de frangos, ja que tem o fogo e motor pra girar os bichos..
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Prezado Ari,
Parece que matou a charada. Montei na bancada e como não tinha como ligar o motor aqui, fiz um banco de resistências de 10W em paralelo e duas lâmpadas automotivas. Ligando em 12V, consegui drenar uma corrente de 3A. Carreguei o exemplo "fading" da biblioteca analogic do arduino e foi goooooooooollllllllllllll.
Pelo menos com esses 3A os mosfets não deram nem sinal de aquecimento, embora eu esteja utilizando 4 deles em paralelo... No motor serão 40A...
Então desconectei o paralelo dos MOSFETs, deixando apenas um funcionando para simular uma coisa mais próxima com a realidade onde vão funcionar... Bem enquanto escrevo aqui, estou sentindo o cheiro dos resistores fritarem, mas o MOSFET está absolutamente gelado..hehe
A única alteração que fiz no seu circuito, foi substituir o resistor de 4k7 que vai da base do BC557 para VCC12V, por um 10k. Me corrija se for um equívoco.
É a primeira vez que trabalho com MOSFETs... Percebi que o Dreno está no mesmo potencial do dissipador de calor, ou seja, não existe resistência entre eles. Eu poderia então utilizar os MOSFETs deitados sobre a PCB e utilizar a face do cobre como dissipador de calor e pino Dreno ao mesmo tempo?
Mais uma vez obrigado.
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Pessoal, hoje fiz o teste com o motor mergulhado na água, ou seja, sob carga já que trata-se de um motor de barco elétrico. O resultado foi plenamente satisfatório. Utilizei o mapeamento da posição do stick do controle de aeromodelo para acelerar e reduzir até parar. Utilizei apenas um IRF3205, e como era de se esperar operou tranquilamente sem aquecer. Chegou a 20A e deixei trabalhar por 10 minutos.. Perfeito.
Verifiquei que existe uma perda de aproximadamente 1,5V entre a tensão da bateria e a tensão máxima em PWM = 255 que o MOSFET entrega. Acredito que essa perda seja intrínseca do transistor e o mesmo não consiga transferir toda a tensão para o motor. O que resulta em uma pequena perda de potência. Se existir alguma solução para melhorar este aspecto, serei só ouvidos :)
Futuramente vou ver se encontro os CI's que são pré-drivers para o MOSFET conforme a sugestão do Jucelei, somente por economia de espaço. E o Eduardo tinha razão, eu estava operando muito tempo na zona de transição, prova disso é que agora estou trabalhando com um transistor frio, ao passo que antes eu tinha 4 torrando.
Agradeço a gentil colaboração, mas tenho ainda a dúvida:
Percebi que o Dreno está no mesmo potencial do dissipador de calor, ou seja, não existe resistência entre eles. Eu poderia então utilizar os MOSFETs deitados sobre a PCB e utilizar a face do cobre como dissipador de calor e pino Dreno ao mesmo tempo?
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Aqui está o esquemático atualizado para quem acompanhar o post e tiver dúvidas:
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