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

[Crazyaboutmachines]

Muito obrigado pelos esclarecimentos!
Acabei de desenhar o layout de veroboard para a parte "simples" (regulador+breaduino+interface serial+controlador da ventoinha) e agora ia mesmo tratar do layout da parte de potencia+drive e surgiram novas dúvidas:

-A parte metálica traseira dos mosfets esta sempre ligada a pata do meio certo? (eu sei que isto tem de estar na datashet mas não estou mesmo a encontrar lol!).

-Nunca percebi muito bem a vantagem de por um isolante elétrico entre o dissipador de corrente e a "barrinha" do MOSFET, será que posso fazer um dissipador individual para cada mosfet e assim não me preocupar com isto?

Ainda hoje vou criar uma pasta na drop para o pessoal ir vendo os meus layouts e ir fazendo criticas (se construtivas ainda melhor , e com sorte amanha já pegue no ferro de soldar.

[jm_araujo]

-A parte metálica traseira dos mosfets esta sempre ligada a pata do meio certo? (eu sei que isto tem de estar na datashet mas não estou mesmo a encontrar lol!).

Isso, ver datasheet

-Nunca percebi muito bem a vantagem de por um isolante elétrico entre o dissipador de corrente e a "barrinha" do MOSFET, será que posso fazer um dissipador individual para cada mosfet e assim não me preocupar com isto?

Dissipador térmico
O isolante é para quando quiseres ter mais que um mosfet com potênciais diferentes no mesmo dissipador, ou quando queres evitar curtos ao dissipador.

[dropes]

A chapa do mosfet está ligado ao pino do meio, é o dreno, ou saída.
Se for canal N o source é ligado ao GND, se for canal P o source é ligado ao VCC.

Depende da configuração das ligações para se usar dissipadores individuais ou um único, mesmo através de micas + mangas.

[Crazyaboutmachines]

Ok, eu em princípio vou fazer um dissipador por cada MOSFET. Já estive a desenhar o layout para a parte de potencia e pus neste link:
https://www.dropbox.com/sh/olpzd87qx4yut9p/aLSfFHORw7

Se pudessem ver o layout da eletrónica de potencia em \Construção eletrónica\Potencia\LayoutVeroboard_circuitopotencia
E darem uma opinião agradecia.

Eu tentei manter um balanço entre simetria, menor espaçamento possível (deixando espaço para os dissipadores) e ainda tentei que a disposição dos componentes não fosse muito confusa.
 Quanto ao eletromagnetismo do circuito indutâncias etc e que estou mais receoso. Ainda me custa acreditar que vão passar 30 amperes por la mesmo reforçando as pistas.

[dropes]

Tens imensa informação em papel, devias fazer em eagle ou similar o circuito para se entender melhor.
O esquema da imagem "Circuito_guia_ingleses_desenhopartedepotencia.JPG" faz um curto a todos os mosfets, além disso o motor rodaria só numa direcção se tiver um terminal ligado aos 24V.

Os díodos de protecção devem ser schottky ou ultra-fast, nada de 1n4007, convém ver o mais adequado para o tipo de mosfets (pdf), tanto a tensão máxima inversa permitida (VRRM) como a tensão de queda (VF).

Na imagem "LayoutVeroboard_circuitopotencia.JPG" não entendo e faltam componentes além de não existirem valores.
30A é possível, mas não num único MOSFET.

[jm_araujo]

Dropes, perdeste parte da discussão anterior, dois dos mosfets são utilizados como diodos, e esses e os dois de controlo estão em paralelo para aumentar a corrente suportada.
Dito isso, o esquema foi mal copiado, faltam as ligações dos drenos entre si e o motor.
Mas se algo tão básico escapou, acho que está a jogar fora da sua divisão e talvez fosse melhor comprar um controlador já pronto.

[dropes]

Depois de 6 meses a projectar um controlador de motor em pwm, a discussão anterior é um pouco relativa 
Não são necessários acopladores ópticos ou transístores para proteger o arduino, já tinha referido isso no inicio desta "discussão".
1º de tudo entender como funciona um MOSFET.

No meu site coloquei a informação do trabalho que fiz em "grupo" sobre controladores de motores, alguns estudos para entender antes de meter mãos à obra e numa semana estava tudo feito incluindo hardware e firmware.

[jm_araujo]

Dropes,
Vi agora a sua resposta e ao reler o que escrevi acho que criei um mal entendido.
Escrevi essa resposta à pressa no tablet e deu asneira.
Devia ter escrito:

Dito isso, o esquema foi mal copiado, faltam as ligações dos drenos entre si e o motor.
Mas se algo tão básico escapou ao Crazyaboutmachines, acho que está a jogar fora da sua divisão e talvez fosse melhor comprar um controlador já pronto.

Acho que fica mais claro, de forma alguma queria pôr em duvida os teus conhecimentos. 

[dropes]

LOL tranquilo 
Compreendi perfeitamente a tua resposta e não houve nenhum mal entendido,
só não sei o que perdi porque reli todo o tópico e parece-me demasiado confuso uma coisa que é bastante simples.

Meus conhecimentos de electrónica são básicos, apenas faço umas coisitas por curiosidade 

Tinha pensado na empregabilidade dos IGBTs, têm muitas vantagens em relação aos MOSFETs.
Trata-se de um mosfet + bipolar, o controle é assegurado por um mosfet, logo alta impedância.
Suportam tensões e correntes mais elevadas e frequências de 1 a 30kHz até 1MW.
As desvantagens são o arrasto de corrente após perda de sinal e baixo tempo de resposta.

Um transístor bipolar suporta coisas que um mosfet queima por mais potente que seja, então cargas indutivas fica arriscado, após ter construído um gerador para cerca eléctrica, queimei vários mosfets por mais protecções que usasse, desde snubbers a díodos xpto, bastou um transístor fraquito em darlington e nunca mais voltou a falhar.

[Njay]

Crazy, é melhor desenhares a meia ponte de forma a que não pareça uma ponte. Deves meter um relé para controlar a secção de potência, como mecanismo de segurança. Se um MOSFET falhar em curto ficas com um motor eléctrico a rodar à velocidade e torque máximos "nas mãos", sem uma forma simples e rápida de o desligar. Podes ligá-lo só quando "há sinal" do acelerador, e desligá-lo um pouco depois do acelerador vir a zero ou sempre que se carrega num travão. O relé também só deve estar ligado se a "chave de ignição" estiver. Isto é muito importante, não é brincadeira.

Também te podes ir habituando a tirar medidas como deve ser

As desvantagens são o arrasto de corrente após perda de sinal e baixo tempo de resposta.

E também o alto VCE(sat) para tensões mais baixas (digamos abaixo de 200V), a baixa corrente e baixa velocidade, tudo isto comparando com MOSFETs.

Um transístor bipolar suporta coisas que um mosfet queima por mais potente que seja, então cargas indutivas fica arriscado, após ter construído um gerador para cerca eléctrica, queimei vários mosfets por mais protecções que usasse, desde snubbers a díodos xpto, bastou um transístor fraquito em darlington e nunca mais voltou a falhar.

Isso é uma forma mesmo muito simplista de colocar as coisas . Assumindo que aguentam potências semelhantes, provavelmente o teu darlingthon BJT está a comutar muito mais devagar do que o teu MOSFET comutava.

No meu site coloquei a informação do trabalho que fiz em "grupo" sobre controladores de motores, alguns estudos para entender antes de meter mãos à obra e numa semana estava tudo feito incluindo hardware e firmware.

O teu projecto tá um mimo como sempre, mas a dificuldade dessa ponte inteira nem se compara com a dificuldade da meia ponte que o Crazy quer fazer.

[dropes]

Um transístor bipolar suporta coisas que um mosfet queima por mais potente que seja, então cargas indutivas fica arriscado, após ter construído um gerador para cerca eléctrica, queimei vários mosfets por mais protecções que usasse, desde snubbers a díodos xpto, bastou um transístor fraquito em darlington e nunca mais voltou a falhar.

Isso é uma forma mesmo muito simplista de colocar as coisas . Assumindo que aguentam potências semelhantes, provavelmente o teu darlingthon BJT está a comutar muito mais devagar do que o teu MOSFET comutava.

O problema que tinha não era ao ligar mas sim ao desligar, criava-se um pico de tensão no MOSFET e lá se ia, ao colocar alguma coisa para amortecer esse pico refletia-se no secundário da bobine e esta perdia tensão, andei bastante tempo a tentar resolver isso sem sucesso; o mais estranho é que o circuito era da Elektor, apenas alterei o layout.

No meu site coloquei a informação do trabalho que fiz em "grupo" sobre controladores de motores, alguns estudos para entender antes de meter mãos à obra e numa semana estava tudo feito incluindo hardware e firmware.

O teu projecto tá um mimo como sempre, mas a dificuldade dessa ponte inteira nem se compara com a dificuldade da meia ponte que o Crazy quer fazer.

Obrigado, meramente didático o importante era explicar o funcionamento ao pormenor, sem propósitos práticos.
O que difuculta o projecto do Crazyaboutmachines são três coisas, a grande corrente necessária que até uma simples relé não funciona, as protecções necessárias e a dificuldade de interpretação da situação geral.

[jm_araujo]

O problema que tinha não era ao ligar mas sim ao desligar, criava-se um pico de tensão no MOSFET e lá se ia, ao colocar alguma coisa para amortecer esse pico refletia-se no secundário da bobine e esta perdia tensão, andei bastante tempo a tentar resolver isso sem sucesso; o mais estranho é que o circuito era da Elektor, apenas alterei o layout.

Nesse caso era provavelmente o "kickback" indutivo. A indutância das pistas+cabos de ligação+motor quando cortas a corrente abruptamente (mosfets são bem rápidos) manda um pico de tensão que pode ser bem grande. Por vezes numa ponte H os díodos dos mosfets podem não ser suficientes, provavelmente precisavas de díodos externos mais rápidos e com maior capacidade de corrente.
Os mesmos devem ser colocados o mais próximos possível do mosfet e do condensador da linha de alimentação respetiva, para "apanhar" o máximo de indutância possível.

[dropes]

Foi feito com uma bobine de carro, a indutância é bem grande e o díodo não consegue eliminar uma tensão positiva, apenas negativa.
Esta tensão positiva é que o avariava:



http://pdropes.blogspot.pt/search/label/Cerca%20El%C3%A9ctrica

[jm_araujo]

Nesse caso falta-te o díodo entre os contactos da bobine, ánodo à alimentação, cátodo ao dreno.
Assim um pico positivo no dreno maior que a tensão de alimentação é absorvido pelo díodo.
O diodo em paralelo com o condensador como os meteste não vão fazer grande coisa.
Edit: a menos que o díodo fosse um zenner

Julguei que estavas a falar duma ponte H, em que os díodos são os dos próprios Mosfets.

[dropes]

Se não existir esse pico de retorno, também não existe HV no secundário, confuso, um pouco.
Ainda coloquei no final uma espécie de snubber entre a placa e a bobine, já não sei bem o quê. LOL
Experimentei com um zener de 1W onde está o díodo e este não gostou acabando por se queimar quase imediatamente.
- Está montado, funciona, demorei tanto tempo que o cliente desistiu e queria fechar este off-topic