Controlo motor DC de 24V/20Amp com PWM e Mosfet

[Crazyaboutmachines]

Boas, como tinha dito o básico do carro esta testado assim como em 3D:

Estamos agora a tratar dos sensores e telemetria. Irá haver uma placa principal no tablier que fará a adquisição dos principais dados (tensão e corrente das baterias de maneira a saber carga e consumo respetivamente).
Neste momento o esquemático esta feito e os componentes encomendados (falta layout e fabrico), gostaria no entanto de saber a vossa opinião quanto aos "pull up resistors" da malha do I2C.

http://oi61.tinypic.com/sma8nq.jpg
Acontece que temos mais que um circuito integrado (na placa e talvez fora desta) a comunicar por i2C e estou na duvida se deverei adicionar pull up resistors de maior resistência distribuídos pela placa junto destes integrados ou ter por exemplo apenas um par de pull up resistor de menor resistência ao pé do microcontrolador?
Gostaria de saber as vossas opiniões e se virem algum erro no esquemático que me tenha escapado ou sugestões era tudo muito bem-vindo.
Obrigado pela ajuda desde já.

[senso]

Eu só acho que i2c espalhado por um veiculo com motores pelo meio não é a melhor opção, eu usaria antes rs-485, ou CAN.

[jm_araujo]

Tou com o Senso, I2C não é dos melhores para ambientes ruidosos e distâncias longas.
Desce a frequência o mais que puderes, e baixa os pullups ao mínimo que os drivers conseguirem fazer source/sink,

Olhando para o teu diagrama essa cablagem está um bocado confuso. Devias fazer uma distribuição em estrela: as baterias juntarem num só barramento onde depois é distribuída a alimentação para os vários elementos. Evitas ground-loops e diminuis o ruído e outras interferências. Na parte de controlo é muito importante meteres umas bobines de filtragem à entrada, e se o consumo permitir usar reguladores lineares (comportam-se melhor com ruído à entrada).

[senso]

Porquê tanto "isolamento" com massas comuns a tudo?

[Sérgio_Sena]

Olhando para o esquema, estah overkill. Com metade do que aih estah, consegue-se o mesmo ou melhor efeito. Nao eh p desmotivar, mas no ambiente Automotive ha coisas, muitas, a ter em conta.

Os componentes de isolamento estao a mais pois as massas sao comuns. Massas comuns, o ruido circula ah mesma. Nao eh apenas no sinal positivo de alimentacao ou dados q segue o ruido; no ground tambem o ha, e normalmente ainda mais pois eh o somatorio se a PCB estiver mal dimensionada.

Como ja disseram, neste tipo de ambiente o melhor eh usar um sinal Diferencial que vai automaticamente anular quase todo o ruino presente. Para este fim, nada mais rapido e simples q um barramento RS485, onde podem fazer o piggyback de CAN ou ETHERNET ou simplesmente usar um vosso protocolo serie.

Se possivel, alimentacao e massa em estrela. Ha casos de placas distantes onde nao eh possivel, por isso usar o menor numero de ligacao em espinha e o maximo em estrela.

Filtros de Common Mode ajudam a limpar o sinal analogico e power line.

A unica proteccao q estou a ver eh um fusivel lento q funde sem haver possivel reset. Um Polyfuse com TVS e MOV vai ajudar contra os maleficios do q pode acontecer em prototipos bem como dos picos de tensao bem frequentes nesse ambiente.
Para tratar do LoadDump q acontece em automotive, a entrada de energia deve estar protegida como disse acima, deve ter um bom regulador Linear (caso o power budget permita), bons condensadores de entrada e saida.
Se houver hipotese de colocar um Feedthrough Capacitor (tipo EMIFIL) nas entradas dos power planes dos circuitos digitais e analogicos, tanto melhor. Estao lah as ferrites, mas estao casadas c os condensadores ah frente, p dar o melhor corte de EMI/RFI/etc ?

As entradas e saidas da placa deve ser todas protegidas contra excesso de corrente, tensao e ESD. Bem como os filtros de CommonMode e/ou Serie.

[Sérgio_Sena]

Ainda sobre este assunto, estes dias andava "ahs compras" e encontrei no site da Murata um "Noise Suppression Basic Course", q achei btt interessante e completo. Ainda nao tem todos os capitulos publicados mas, para ja, tem la btt informacao.

http://www.murata.com/en-eu/products/emc/emifil/knowhow/

[Njay]

Não tens um esquema maiorzito ?

O diagrama 3D... as partes grandes percebe-se o que é, mas as pequenas não...
O controlador está bastante longe das baterias e perto do motor, melhor seria ao contrário, mas pelo menos as ligações de potência estão entrançadas, tá bem, reduziste ao máximo a área do loop.

Se percebi bem, esse esquema é uma placa I2C slave, é isso? Quem é o master? Há outros slaves no mesmo bus?
Como já aqui disse anteriormente, I2C neste ambiente e para algumas dezenas de cm não me choca, tenho algo similar (com 2 motores) a funcionar sem ter até agora detectado 1 único "bit error" (cabos I2C de 50cm, e I2C a 500kbits/s), mas o bus tem isolamento galvânico com o ADuM1250 como o crazy tem no esquema (1 isolador por cada slave, junto ao slave) e o cabo foi pensado para esta utilização, os sinais são separados e com pares entrançados (SCL/GND, SDA/GND, VCC/GND). As mensagens I2C têm um checksum e não é grave se uma se perder (são dados de estado e controlo enviados 10x por segundo).

E como outros já disseram, usar isoladores mas manter os GNDs comuns deita por terra o objectivo de se os ter.

[Njay]

E como outros já disseram, usar isoladores mas manter os GNDs comuns deita por terra o objectivo de se os ter.

Note-se que neste sistema os GND acabam por estar efectivamente todos ligados entre si, mas apenas do ponto de vista DC. Apesar do fio do GND acabar por ser o mesmo em todo o lado, as tensões (AC) ao longo desse fio serão diferentes, e portanto deixa de servir como o potencial de referência do sistema, porque queremos "medir" sinais AC. Daí a introdução dos isoladores galvânicos, para não ter que se usar o GND como GND comum a tudo (que não é, em AC).

Não percebi a intenção dos schotky em paralelo com algumas resistências como a R38(?). Tenho mais uns quantos potenciais comentários mas precisava mesmo de ver um esquema com um pouco mais de detalhe...

[Crazyaboutmachines]

O I2C vai ser maioritariamente usado na própria PCB o isolador I2C era só por causa do ADC que liga diretamente as baterias do carro (Vin) também para comunicar com outro Arduíno (com um XBee) e eventualmente um sensor de velocidade que ainda esta para ser feito.
Sei que CAN seria muito melhor mas queríamos trabalhar com Arduíno e o Atmega328 não era compatível já para não falar que esperava que o isolamento IC + umas ligações bem pensadas com cabo entrelaçado + shield funcionassem. Nesta altura que já estamos apertados no tempo vamos tentar a sorte com o I2C.
Esta PCB estará no tablier e relativamente afastado dos cabos de potência.

Quanto ao ground já percebi melhor do ponto de vista de AC vou cortar essa ligação em todos os integrados isoladores ou por um jumper para ter as duas opções e ver a diferença por experimentação.

Quanto á regulação da tensão de entrada essa foi uma das minhas questões iniciais em que estava na dúvida de entre escolher um DCDC isolado de 5V ou um DCDC isolado de 12V+linear de 5V, apesar da segunda opção me parecer mais segura optei pela primeira por simplicidade e eficiência. Agora que o DCDC de 5V já foi comprado vai ser experimentar e ver.

Eu desenhei 3 maneiras diferentes de efetuar leituras de tensão isoladamente apenas porque quando desenhei a placa não tinha o material de eletrónica comigo e portanto não pude experimentar antes, depois de experimentar em princípio ficara um dos 3 métodos simplificando a pcb.

Quanto á proteção em todas as entradas isso não teria influência nas leituras de valores analógicos ou é desprezável?

Obrigado pelo link da Murata parece bom material para ler.

Desculpa Njay pelos vistos o link ficou indisponível, eu voltei a por as coisas agora na drop:
Para se ver melhor ainda agora esta em 3d num pdf:
https://www.dropbox.com/sh/koxmbjzaxozmx44/AABvis0foC1OYJB9mEYas6lVa?dl=0

Se milagrosamente esta placa for construída e funcionar eu prometo documentar tudo tal como fiz para o carro do ano passado:)
Muito obrigado a todos pelo feedback vou fazer o possível mesmo para o pouco tempo disponível.

[Crazyaboutmachines]

O pdf têm de descarregar para conseguir ver

[Sérgio_Sena]

Quanto á proteção em todas as entradas isso não teria influência nas leituras de valores analógicos ou é desprezável?

Com calibracao, os valores podem ser optimos. Mas tem q ser calibrado com valores externos de referencia. Para verificar q estao a medir valores correctos.

Nao esquecer q as entradas do ADC nao puxam corrente, ou melhor, eh tao baixa q eh desprezivel. Por isso nao vao ter queda de tensao no vosso sinal.

[Hugu]

Com tanta discussao e sugestoes, afinal vao usar um driver duma empresa finlandesa?..

Outra coisa, a maior parte dos links nao dão.. para quem queira relembrar este assunto e reler desde o inicio, não consegue aceder às imagens/links e não consegue acompanhar a discussao e seguir o projecto..

Se n está actualizado toda a info aqui, se teem um blog ou site sobre o projecto, era interessante colocarem o link do projecto.

[Njay]

https://www.dropbox.com/sh/koxmbjzaxozmx44/AABvis0foC1OYJB9mEYas6lVa?dl=0

Perfeito, assim sim

- GNDs virados para cima e para o lado, bleeeehh. GND viram-se para o chão. AMPOPs desenham-se com o símbolo de um ampop, um rectângulo é uma coisa qualquer... E porque não incluir no próprio esquema as contas para os componentes, fica ali tudo junto e bem documentado para quem vier depois e facilita a revisão do design. Queres ser só bom, ou queres ser excelente ?

- O condensador de 10uF no pino AREF, tá tudo bem, mas vai demorar um pouco a carregar. Se for com a Vref interna do AVR, que tem se bem me lembro 32K de impedância de saída, após o RESET não fica estável em menos de ~5xRC, ou seja 1.6s... Também vai levar algum tempo a mudar de tensão de referência - se estás a pensar medir umas entradas de ADC com uma referencia e outras com outra, tens que repensar o valor do condensador...

- Não percebi a intenção dos schottky em paralelo com resistências, como por exemplo o caso do D14 // R38, D15, D16...

- Botões é melhor ler por polling e não por interrupções, porque o bouncing vai gerar uma porrada de interrupções seguidas e vais ter mais trabalho a lidar com isso.

- Os pullups do I2C podem ser um bocado altos (10K não sei se não é até fora da spec), especialmente para um sistema com potencialmente algum ruído. Eu não punha mais de 1K.

- O MC78L05 está um pouco à pele, pois a maximum absolute Vin são 30V. A carregar as baterias facilmente vais aos 29V. Convém pelo menos verificar a dissipação nestas condições - e repara que mesmo que o teu circuito consuma pouco, a corrente quiesciente do 78L05 são alguns mA. O gajo não queima porque tem protecção térmica, mas não deve ter muita piada andar atrás de bugs causados pela protecção entrar em acção esporadicamente...
Na DiffTrike (ver anexo) meti um Zener em série com Vin para o 78L05 a "abater" 12V, para a dissipação não ficar toda em cima do 78L05, e ainda assim ficou para 50mA máx. (levou tb R21 para garantir que o zener tem sempre uma correntezinha e portanto alguma queda de tensão).

- O bloco de medição da tensão da bateria tb me parece overkill. Normalmente filtra-se bastante o sinal para ficar mais estável pois em geral os transientes na alimentação não interessam muito, queremos é ter um valor mais estável para ter uma ideia da tensão média da bateria. Daí que deveria ser suficiente medir isso na placa do microcontrolador, o sinal está perto... não deveria ser um problema. Deveria haver alguma protecção nesta entrada.... não tem nenhuma. Na DiffTrike (ver anexo) tenho um zener - mas há nesta topologia alguns detalhes que posso explicar-te depois.

- Neste contexto, um ADuM1250 serve para isolar do bus apenas um slave, e o lado "1" do chip é o lado do slave, os 2 lados não são "iguais" (se te enganares como eu , dá para meter o chip de patas para o ar, dobrar-lhe as perninhas para baixo com cuidado e soldar). Não tens que isolar os slaves todos, só os que estiverem "longe" (com um GND que pode não ser o "mesmo" GND do master). A alimentação do chip no lado do slave tem q ser a mesma que alimenta o slave, o mesmo para o lado master.

[Crazyaboutmachines]

Boas, o site ainda esta em construção (http://psem.ist.utl.pt/ não contem com ele por uns tempos, sempre podem ver no face qualquer coisa) a única coisa que há online é a documentação online da eletrónica do carro do ano passado que tem erros e esta desatualizada http://web.ist.utl.pt/ist172942/report/ . Tal como já disse se a eletrónica deste ano funcionar bem eu depois documento tudo nem que seja apenas com uns esquemáticos bem documentados e abro um tópico novo só para o divulgar.

A ideia inicial era contruirmos o nosso conversor de potência até se pensou em usar PIC&CAN em vez de arduino&I2C mas muitos recrutas desistiram da eletrónica e agora só somos 2 em força nisto portanto ficou complicado para 2 pessoas tratar de tudo o que podíamos ter feito e o DCDC de potência era uma grande parte do trabalho. Talvez algum dia caso o PSEM tenha suficiente gente empenhada de eletrónica se posa ter uma melhor divisão de tarefas e só assim cavar mais a fundo em cada componente.

Ok Njay sim por acaso já reparei que símbolos de ampop fazem a leitura do esquema muito mais fácil, e também dos comentários, mas estes pormenores vai ser aos poucos.

Quanto ao condensador em AREF este foi apenas para tentar estabilizar ao máximo as referências externas mas não pensei nisso do tempo de estabilização vou deixar o condensador de 10u no esquemático mas apenas o vou soldar se utilizar uma única referencia e for externa.

Os díodos em paralelo com os pull up resistor eu vi-os no esquemático do Arduíno e no aplication note: “AVR040: EMC Design Considerations” a ideia com que eu fiquei e que era para proteger a entrada contra sobre tensões mas realmente pergunto-me da necessidade.
Quanto ao bouncing dos interrupt butons a malha RC+shimit trigger era suposto tratarem disso.

Ok talvez seja melhor tratar dos 78L05’s essa dos zenners parece porreira? Qual é a função do díodo normal que esta em serie com o zener?

Quanto as resistências do I2C visto que há por exemplo 3 pull up resistors distribuídos isso não desceria a resistência equivalente de pullup para 1000/3=333ohms? E isso não seria demasiado baixo?
Amanha vou olhar para o I2C melhor.

[Crazyaboutmachines]

Njay não percebi muito bem a parte de medição da tensão da bateria, nesse caso se eu fizesse dessa maneira teoricamente deixaria de ter a placa isolada e talvez então nem valesse a pena ter o DCDC isolado ou pelo menos deveria de voltar a ter um ground comum?
P.S. a medição da tensão é feita na própria placa (vê na entrada do DCDC) isto apesar de ter um conector com o nome Vin_sense.