H-brygga, bra komponentval eller ej?

[chille]

Jag sitter och försöker designa en H-brygga för första gången. Just nu behöver jag lite grovt uppskattat 40V 8A. Önskvärt är dock att den klarar mycket mer, gärna 80V 20A+. Jag ska bland annat styra lite DC-servon av större modell.

Kravställning:
* Transistorer med låga förluster, för att slippa kylfläns
* Möjlighet att bromsa motorn
* Möjlighet att mäta ström/spänning
* Ytmonterat
* Liten och smidig, försöker få in på 60x40mm
* Gärna så billig som möjligt ~200-300kr i material är önskvärt.

Jag sitter och sneglar lite åt fyra stycken N-kanals MOSFET IPB019N08N3 och två stycken high/low side drivers IR2181. Tror ni detta skulle fungera bra?

Transistorn är specad till 80V 180A
Rds(on) är på endast 1.9 mΩ, om man fläskar på med 40A borde det altså bli 0.0019Ω * 40A * 40A = 3.04W förlust per transistor.

PWM A+D åt ena riktningen
PWM B+C för andra riktningen
PWM B+D för broms

Jag har inte räknat något på bootstrap-kondingen och gate-motstånden, men det borde inte vara några problem.

Det kommer sitta en dedikerad mikroprocessor som kommer generera PWM och sköta all timing. Jag tänkte även att man kan mäta strömmen genom att kolla spänningsfallet mellan GND och MOTOR A/B och förutsätta att det är 1.9 mΩ. Skulle detta ge ett stabilt resultat?



Vad tror ni? Ser detta korrekt ut eller är jag helt yte och cyklar?

[H.O]

Det känns som det saknas en diod mellan Vcc och kondensatorn till bootstrap'en.

[chille]

Det stämmer, den har jag missat att rita ut. Fixar till det sen.

[Icecap]

C4 & C5 är väl direkt fel eller? Där de är tillkopplat kommer det ju att finnas en "fet" PWM-pulsat spänning vilket kommer att ge allvarliga störningar till VDD.

Nu utgår jag ifrån att de är ritade som elektrolytkondensatorer vilket brukar betyda "signifikant kapacitans" i detta sammanhang.

[chille]

Jag har visst blandat ihop jänkesymbolerna som är i databladet. Det stämmer, det bör vara en ganska liten icke polariserad med låg ESR.

Rättade till bootstrapgrejerna på schemat.

[Icecap]

Var är snubber-dioderna?

[chille]

Inbyggda i transistorerna?

Reverse Diode
Continous forward current (Is): 180A
Diode pulse current (Is,peak): 720A
Diode forward voltage (Vsd): 1.2V

Eller behövs det extra utöver dessa?

[Icecap]

Och du menar på fullt allvar att IR2181 tål några hundra volt på pin 5 & 7?

[chille]

Hittar inget i databladet som säger något om dessa dioder. Däremot hittade jag följande text i en lite mer generell guide jag kikat i:

External snubbing and/or increasing gate drive resistance may be used to trade efficiency for lower switching rate. If the system will not tolerate this, then fast anti-parallel clamping diodes may be considered appropriate. HEXFRED diodes are ideal for this purpose.

Ska jag tolka det som att jag bör ha antiparallella dioder och hög resistans till gaten? För jag antar att en motorstyrning räknas som "lower switching rate"?

EDIT: Fick tips om att jag bör ha optokopplare för att minska bruset från bryggan. Det kommer sitta en del känslig elektronik runtom. Jag antar att jag ska försöka klämma in ett par optokopplare då?

Jag kanske även borde separera GND till bryggan och ha den helt fristående?

[Icecap]

Vad har "hög resistans till gaten" med det hela att göra? Blanda inte korten nu! R2, R3, R5 & R6 ska vara behagligt låga för att säkra snabb switchning.

Du ska ha 1 st shottkydiod över varje transistor (Q$1, Q$2, Q$3 och Q$4), anod mot drain och katod mot source.

Om jag inte tar helt fel har du även ritat fel: det är kastat om på source och drain i schemat på alla 4 transistorer.

[chille]

"increasing gate drive resistance" tolkade jag som att de menade att man skulle öka resistansen på seriemotståndet som går in till gaten.

Jag förstår fortfarande inte vad den schottkydioden ska göra? Den som redan finns inbyggd i transistorn har väl just precis den funktionen? Altså att kortsluta bort transienter från induktiva laster när man bryter strömmen?

Jo jag har ritat symbolen fel. När jag "ritade" komponenten letade jag bara upp en symbol som såg ut som den i databladet. Dock hittade jag bara en P-kanal, så jag vände helt enkelt bara pilen.

[Icecap]

Du blandar fortfarande ihop olika saker! Läs citatet du anger igen och första vad det handlar istället. Läs gärna mer där du har det ifrån, du har ganska tydligt tagit det ur sammanhang.

"Jo jag har ritat symbolen fel."
Nejdå, symbolen är helt OK, du har bara vänt det upp-och-ner. Men du menar alltså att alla dina scheman innehåller liknande fel? Och i så fall: hur har du egentligen kopplat/kommer att koppla?

"Den som redan finns inbyggd i transistorn har väl just precis den funktionen?"
Testa att rita in i schemat och se skillnaden... (men svaret är: nej!)

[j.po]

lite att tänka på.
transistorn du har valt har 11nF kapacitans på gaten, ett ganska högt värde, vilken switchfrekvens tänker du använda?.
vilket värde på R3 tänker du använda? omslagstiden blir typ R3x11nF.
omslagstiden ger en förlusteffekt som kan vara mycket större än 3W
Vilka effektförluster får du på R3? R3 skall även klara strömpulsen
totala effekten, jag gissar minst 20W kan du inte kyla bort utan kylfläns
IT2181, skall den matas med 5V? räcker de 5volten till att driva låga sidans mosfet?
ledningsbanorna på kortet måste vara grova för att klara strömmen.

[Andax]

Och du menar på fullt allvar att IR2181 tål några hundra volt på pin 5 & 7?

http://www.irf.com/product-info/datashe ... ir2181.pdf

Siffrorna i databladen specar 600V floating voltage på high-side. Om det sedan är lämpligt ur överslagssypunkt etc är en annan femma. Nu tänkte Chille köra på 80V motorspänning så där kommer Vs att hamna på ca halva den spänningen (dvs 40V) vilket inte är några problem.

När det gäller extra dioder så skadar det ju aldrig att ha extra hängslen och livremmar, dock beror det ju på hur motorn kommer att köras. Kommer det inte kunna bli några snabba externa inbromsningar etc så kan det säkert funka utan.

[Andax]

j.po, IR2181 har en minimimatning på VCC på 10V (se databladslänken ovan). Drivern klarar att driva ca 1.5A så i princip skulle man klara sig utan R2, R3 etc och få mycket bra switchtider och låg förlust. Fast kör man relativt låg frekvens kan det ju ur EMI-synpunkt vara bra att minska strömmen (med lite större förlusteffekter som följd) genom att Sätta R2, R3 till något lämpligt.