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

[Crazyaboutmachines]

Boas, recentemente inseri-me num projecto da faculdade que consiste em construir um carro eléctrico que tem de andar a máxima distancia possível(num det. tempo) com um dado motor e bateria(já as temos).
A equipa de alunos e constituída principalmente por estudantes de engenharia mecânica e muito poucos(2 ou3) estudante de eng. electrotécnica(inc. eu), a questão e que temos todos muita pouca experiencia pratica e ainda não tivemos cadeiras mais especificas de electrónica de potencia etc, e portanto venho cá pedir opiniões e ajuda no que toca a direcções a seguir visto que as minhas pesquisas nos livros da biblioteca apenas me estão a dispersar ainda mais as ideias.

Agradecia imenso se alguém me conseguisse indicar uma referencia ou circuito/família de circuitos de Alta Potencia para controlar a velocidade de um motor DC de 200-800 W.
A ideia não era estudar a teoria toda(que já vamos ter em futuras cadeiras) mas também não era ir a loja e comprar um controlador pois a ideia é construirmos as coisas de raiz mesmo que não sejam de topo..

Muito Obrigado desde já, todas as ideias bem-vindas.

[Njay]

Esta é a melhor referência que conheço:

http://modularcircuits.tantosonline.com/blog/articles/h-bridge-secrets/

Na minha opinião 24V é baixinho para 800W, exige que a corrente seja "muito" alta e é mais complicado lidar com correntes altas por causa das inductâncias parasitas.

[jmiguelff]

Boas,

Mas que tipo de carro é? Tem de levar alguém lá dentro?

Tal como o Njay diz 24V parece pouco para 800W e acrescento 800W também parece pouco para por 1 carro a andar.

Explica um pouco melhor o projecto pode ser que alguém te possa ajudar.

[senso]

800w para um kart é possivelmente o minimo dos minimos.
São obrigados a usar um motor DC?
Se não, ia antes para um Jasontroller e um brushless de 2-3kW(classe melon), estes nomes estranhos derivam do blog do Charles, aconselho-te a perder um dia a correr tudo o que ele tem sobre fazer karts e outros veiculos eletricos, dado que ele tem estado a dar uma "cadeira" no MIT sobre o assunto, apesar de o estilo de escrita, é um blog sério com MUITA informação:
http://www.etotheipiplusone.net/

[Hugu]

o carro é electrico mas pode levar foto-voltaicos ou o carro recebe bateria nova e  pronto, anda só com a bateria? nesse projecto a bateria é igual pra todos ou apenas ha o limite de capacidade da bateria? convinha saber o limite da bateria para escolher o melhor motor para o carro... e tb so pode levar um motor? existe limitaçoes pro motor?

Convinha saber os limites ou limitaçoes do concurso para n se estar a pensar em soluçoes que depois nao se podem usar!.. mas encontrar a melhor soluçao para os parametros permitidos!

[jmiguelff]

Começa-me a cheirar a projecta de faculdade que é para ficar apenas no papel. A FEUP (onde eu andei) tinha muitos desses.

[Hugu]

Começa-me a cheirar a projecta de faculdade que é para ficar apenas no papel. A FEUP (onde eu andei) tinha muitos desses.

alguns até tinham bons resultados e o pessoal ia à provas e tal...nunca participei, mas tive colegas que participaram e andei noutros projectos, mas via esses projectos evoluirem porque usavamos os mm espaços. Claro que a vontade às vezes esmurecia por falta de mais rigor ou suporte adequado ou mm infra-estruturas mais bem equipadas, mas faziam os possiveis para ir à frente com as coisas. No meu tempo a feup ainda era muito teorica e pouca pratica e qdo se abriam janelas para a pratica, eram em periodos chatos ou em periodos de festa, e logo tb nao puxava muito pela motivaçao dos estudantes da feup que claro estava, davam prioridade às notas e por isso às aulas teoricas!..

[Crazyaboutmachines]

Obrigado pelas respostas, quanto as baterias e ao motor ambas são iguais para todos os competidores, nomeadamente um motor DC de escovas e duas baterias de 12V (=>24V) (daquelas usuais que se usa nos veículos a combustão para a ignição etc), portanto por ai não há que escolher, agora é só mesmo concentrar-se na electrónica de potencia.
Tenho andado a pesquisar e pelos vistos o Método mais simples (sem travagem regenerativa etc) é um chopper control ou buck converter(http://mike-thomson.com/blog/?p=246) (que é uma espécie de DC-DC converter drive que funciona com base em PWM).
Njay ainda não lii a tua fonte mas assim que tiver tempo vou dar uma olhada, vem ai uma seria e testes e trabalhos portanto talvez de uma pausa nisto por uns tempos para depois voltar em força.
P.S. pelo que percebi os 800W do motor são no pior caso(ele varia entre 250-800W), e sim e pouca potencia visto que vai levar uma pessoa XD mas a piada disto e mais o processo de construção não tanto ver o carro a tentar andar.

[Njay]

Esquece esse mike e lê mas é o link que te deixei

[senso]

O charles tem a ragebridge, tanto podem ir ler o blog e tirar ideias, como comprar, serve para controlar motores dc até 50A, tem controlo/limite de corrente e está field proven nos battle bots.

[jmiguelff]

Começa-me a cheirar a projecta de faculdade que é para ficar apenas no papel. A FEUP (onde eu andei) tinha muitos desses.

alguns até tinham bons resultados e o pessoal ia à provas e tal...nunca participei, mas tive colegas que participaram e andei noutros projectos, mas via esses projectos evoluirem porque usavamos os mm espaços. Claro que a vontade às vezes esmurecia por falta de mais rigor ou suporte adequado ou mm infra-estruturas mais bem equipadas, mas faziam os possiveis para ir à frente com as coisas. No meu tempo a feup ainda era muito teorica e pouca pratica e qdo se abriam janelas para a pratica, eram em periodos chatos ou em periodos de festa, e logo tb nao puxava muito pela motivaçao dos estudantes da feup que claro estava, davam prioridade às notas e por isso às aulas teoricas!..

Agora é bem mais prática mas mesmo assim os projectos são normalmente mal estruturados. Ou alunos têm mesmo muita força de vontade e disponiblidade para ir buscar as coisas e falar com as pessoas ou fica tudo no papel mesmo.

Anyways boa sorte nesse projecto e vai dando notícias.

[Hugu]

se a prova consiste em percorrer o maximo de kilometros com a mesma bateria, 800W de potencia nao implica necessario ter potencia suficiente em velocidade! Logo na vez de ter algo mais rapido, é meter redutoras e ter menos velocidade com mais binario. Claro que uma redutora é mais um elemento a meter perdas, mas é preferivel ter um motor a rodar com velocidade alta e constante que a funcionar a baixas rotaçoes...

Ainda nao à muito vi um projecto de um seagway e dum mono-cicloide, que transportava facilmente uma pessoa, com apenas um motor de 100W e com baterias de parafusadoras! (se consiguir reencontrar o link, posto aqui!)

Relativamnete aos equipamentos base, e principalmente à bateria, 12V ha de varias capacidades e feitios!..logo convinha saber a carga das baterias e o "feitio", porque o peso tb vai "pesar" no conjunto!

[Crazyaboutmachines]

Boas, estive ausente aqui por uns tempos mas desligado do assunto.
Depois das minhas pesquisas que incluíram alguns dos sites que me aconselharam acabei por optar pelo circuito mais simples possível que se baseia num sinal PWM e um interruptor tal como se mostra neste tutorial: http://bildr.org/2012/03/rfp30n06le-arduino/
(isto porque um professor da faculdade disse que não podia por um condensador aos terminais do motor o que me eliminou a ideia de usar o buck converter, mas este professor também me falou em utilizar os díodos aos terminais do motor e do MOS (quase sempre já incluído internamente)) para evitar os problemas dos picos de tensão (devido a descontinuidade da corrente/indutância do motor) e também me falou da alta corrente de arranque (o que será solucionado posteriormente com um arranque suave por parte do condutor ou por malha de retroação)

Na pratica quando fui implementar este circuito muito simples o motor funcionou por alguns segundos mas depois parou e quando reparei tinha o breaduino estragado (felizmente bastou-me substituir o atmega).
Entretanto estive a me questionar o que poderia ter corrido mal mas não cheguei a nenhuma grande conclusão a não ser o da gate do MOS ter pedido muita corrente ao arduino (o que é pouco provável num PWM de 490Hz(?)), ou por alguma questão ter havido algum pico de tensão (apesar de em principio os díodos de proteção evitarem isso(?))

De qualquer das maneiras estive a pensar em soluções que protegessem melhor o arduino antes da minha próxima tentativa pois não ganho para arduinos , e fiz os seguintes circuitos (ainda não exatamente dimensionados): https://www.dropbox.com/sh/olpzd87qx4yut9p/aLSfFHORw7

PWM_1: primeiro circuito que pus em prática e me queimou o arduino...
PWM_2: ideia de utilizar um transístor para carregar a capacitância de gate e díodos limitadores para evitar que a tensão na gate do Arduíno ultrapasse muito os 5V ou chegue a ser negativa
PWM_3:igual ao circuito PWM2 mas com MOSFET de canal P
PWM_4: igual ao circuito PWM2 mas com um limitador de apenas um díodo zener
PWM_5: ideia de por este buffer com ampop na entrada do arduino para que possa fornecer mais tenção e depois ligar ao andar com transístor que carrega a gate do MOS
PWM_6: ideia mais radical de usar um acoplador optico, mas se o circuito antes queimava o arduino agora vai queimar o comparador schmit-triger o que apesar de sair bem mais barato também não adianta se não funcionar.

Gostava que me dessem as vossas opiniões por qual circuito optariam? Que mudavam num circuito? Que andares estão a mais ou de que outra maneira os combinariam? Componentes específicos? Há díodos especiais para proteger os motores?

Já agora já alguém ouviu falar em MOSFET driver IC's? nas minhas pesquisas deparei-me com este: IR 2127
A questão e que não faço a mínima ideia de como dimensionar um circuito com este IC e o circuito da datashet nao ajuda muito, ja agora deixei a datashet deste IC  na pasta partilhada caso alguém queira dar uma olhada e também a do motor para terem uma ideia das potencias em jogo.

Agradecia muito ajuda neste assunto, obrigado desde já.

[dropes]

Qualquer Mosfet (ou outro tipo de transístor) deve levar uma resistência na gate, embora funcione bem sem ela, o micro não gosta.

O que se costuma fazer para preservar o transistor mosfet em tensões mais elevadas é colocar um snubber LR em paralelo com o motor:
http://coactionos.com/embedded%20design%20tips/2013/10/15/Tips-Motor-Control-using-PWM-and-PID/

[jmiguelff]

Usa dois destes:

http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2110.pdf

E uma ponte H. No entanto para 800W acho que deves estudar um pouco o controlo de motores antes de começares a queimar componentes.