RoboPonte V6

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Driver Full-Bridge in grado di pilotare motori DC fino a 1400W di potenza continuativa.

Disponibile sul negozio on-line www.katodo.com

Attenzione : DOCUMENTAZIONE PROVVISORIA IN VIA DI STESURA

DESCRIZIONE

Il RoboPonte è un driver in tecnologia Full-Bridge con finali a Mosfet adatto al controllo di motori DC fino a oltre 1400W di potenza continua.
Ideato per l’utilizzo in applicazioni robotiche si rivela adatto a tutte le applicazioni dove serva un controllo di motori DC affidabile ma allo stesso molto compatto.

Il Roboponte è disponibile in 3 differenti versioni:

  • Roboponte V6.1-LVUD : Versione a bassa tensione ( 36V max ) con sensore di corrente unidirezionale MAX4080SASA+
  • Roboponte V6.1-HVUD : Versione a tensione elevata ( 60V max ) con sensore di corrente unidirezionale MAX4080SASA+
  • Roboponte V6.1-HVUD : Versione a tensione elevata ( 60V max ) con sensore di corrente BIDIREZIONALE MAX4081SASA+

Le caratteristiche che li accomunano sono:

  • Corrente erogata senza dissipatore: 13A continui e 180A impulsivi
  • Corrente erogata con adeguata ventilazione o dissipatore 40A continui e 300A impulsivi ( Dati calcolati )
  • Frequenza di lavoro massima 100Khz
  • Fusibile di protezione al cortocircuito di tipo automotive
  • Protezione attiva dall’inversione di polarità

Caratteristiche distintive ciascuna versione:

Roboponte V6.1-LVUD Roboponte V6.1-HVUD Roboponte V6.1-HVBD
Codice Katodo 50.1010.0001 50.1010.0022 50.1010.0029

Tensioni ingresso

Tensione di alimentazione 13,8 – 36 Vdc 13,8 – 60 Vdc 13,8 – 60 Vdc
Mosfet Finali OptiMos PSMN3R0-60PS 60V 100A OptiMos IPP100N10S3-05 100V 100A OptiMos IPP100N10S3-05 100V 100A

Misura corrente

Sensore di corrente adottato MAX4080SASA+( Gain 60, uscita 0-5V ) MAX4080SASA+( Gain 60, uscita 0-5V ) MAX4081SASA+( Gain 60, uscita 0-5V con zero a 2,5V )
Shunt adottato 0,003 Ohm 1,5W 1% SMD 2010 0,003 Ohm 1,5W 1% SMD 2010 0,003 Ohm 1,5W 1% SMD 2010

 

CIRCUITO STAMPATO

Il PCB è stato realizzato prestando una grande cura alle problematiche derivanti dalle forti correnti e dalle elevate frequenze a cui può trovarsi ad operare il RoboPonte.

PCB RoboPonte V6

PCB RoboPonte V6

PCB RoboPonte V6 LATO SALDATURE

PCB RoboPonte V6 LATO SALDATURE

Nelle foto del PCB si notano alcuni importanti accorgimenti progettuali:

  • Alcune piste di potenza scoperte da solder per poter aumentare la sezione della pista fondendoci dello stagno.
  • Piste di potenza duplicate sui due lati del PCB e numerosi VIA per metterle in collegamento tra loro.

FUNZIONAMENTO

CABLAGGI

Per utilizzare il RoboPonte bisogna eseguire i cablaggi riportati in figura:

Tutte le connessioni di potenza prevedono la doppia opzione, o la connessione FASTON ideale per impieghi fino a 8-10A continui o la connessione a SALDATURA più affidabile e ideale per correnti elevate.
Nell’immagine sono evidenziati i cablaggi nel caso della saldatura, i FASTON sono nelle prossimità dei fori e immediatamente identificabili.

CONNETTORE SENSORI

Il connettore a 3 poli J1 è il connettore di monitoraggio, tramite questo connettore è possibile monitorare la tensione di alimentazione e la corrente assorbita dal motore.

La connessione è la seguente:

  • PIN 1 : GND è la massa di riferimento per le misure analogiche.
  • PIN 2 :Iout è l’uscita in tensione del sensore di corrente.
  • PIN 3 : Vsen è l’uscita per monitorare la tensione di alimentazione.

Il sensore di corrente è basato sul componente MAXIM MAX4080SASA, questo componente misura la differenza di potenziale ai capi dello shunt e lo presenta alla sua uscita amplificato per un fattore 60 riferito a GND. Questo significa che con uno shunt da 0,005Ω ed una corrente assorbita dai motori di 10A l’uscita del sensore di corrente sarà la seguente:

Iout(V) = Imotori * Rshunt * Gain(MAX4080SASA) = 10 * 0.003 * 60 = 1,8V

Ovvero avremo una uscita pari a 180mV/A riferita a massa

Il MAX4080SASA accetta un massimo di 100mV come differenza di potenziale ai capi della Rshunt e quindi, con la resistenza di 0,003Ω montata nel RoboPonte potremo misurare fino a:

I = Vshunt / Rshunt = 0.1 / 0,003 = 33A

Sul RoboPonte sono in ogni caso previsti i moduli per 4 resistenze di shunt da montare in parallelo, nel caso di utilizzi con correnti inferiori si possono per esempio montare al posto di una resistenza da 0,003Ω 4 resistenze da 0.1Ω in parallelo con il seguente risultato:

Rshunt = 1/4 1Ω = 0,025Ω

I = Vshunt / Rshunt = 0.1 / 0,025 = 4A fondo scala

PRINCIPIO DI CONTROLLO


Il controllo del motore avviene tramite due segnali PWM in opposizione di fase CHA e CHB che devono arrivare dalla scheda di controllo.
Il DutyCicle di ciascun segnale può variare tra il 5% e il 95%. DutyCicle al di fuori di questo range non garantiscono al MosfetDriver di generare correttamente la tensione per pilotare i Mosfet del ramo alto del ponteH.
L’unica eccezione ammessa è il caso in cui tutti e due i segnali siano mantenuti allo stesso livello logico ( solitamente “1″ ) per tenere frenato il motore.

Il Dead Time è una condizione che dura solitamente 100-200nSec in cui tutti e due i segnali CHA e CHB si trovano a “0″ in contemporanea, è una pausa che viene inserita tra il fronte di discesa di un segnale e il fronte di salita del segnle opposto per garantire la completa apertura dei mosfet.

Internamente il RoboPonte genera già un DeadTime di 180nSec.

CONNETTORI

SENSORE CORRENTE


REALIZZAZIONE

LISTA COMPONENTI

FOTO Reference Descrizione Quantità CODICE MSELETTRONICA.COM
R10, R11, R16, R17, R18 0R/S 1% 5
LED2 LED0805-G 1
*LED3 LED0805-R 1
X1, X2, X3, X4 PFAST63 4
C6 220uF 35V 1 10.1040.0005
C3, C4 330uF 50V 2 10.1040.0006
C1, C2, C8, C9, C10 1uF/S2 50V 5 10.1050.0002
C5, C7 100nF/S 2 10.1050.0004
R15, R19, R20, R21, R24 1K0/S 1% 5 10.2040.0002
R6, R9, R23, R25 2K2/S 1% 4 10.2040.0005
R7, R8, R13, R14 33R/S 1% 4 10.2040.0020
R28, R29 100K/S 1% 2 10.2040.0011
R22 8K87/S 1% 1 10.2040.0013
R12 470R/S 1% 1 10.2040.0018
R5 OAR3-R005FI 1 10.2050.0006
D3, D4, D5, D8, D9 1N6288A 5 10.3010.0005
D1, D2, D6, D7, D12, D15 ES1G-E2 6 10.3010.0007
D11, D14 20BQ030PbF 2 10.3010.0008
LED1 LEDR3MM 1 10.3050.0001
M1, M2, M3, M4 IPP80N06S2-05 4 10.3510.0004
T1 BC817 1 10.3520.0002
L1 FI088047-R 1 10.4010.0002
F1 AUTOMFUSE 1 10.4540.0001
IC2 LM2576T-ADJG 1 10.5030.0004
IC1 MAX4080SASA 1 10.7070.0001
U1 HIP4081 1 10.7080.0001
AUX STRM4VH12 1 10.8010.0006-004
CN2 SATA-7 1 10.8020.0004
J1 J2541403-R 1 10.8030.0002
J2 J2541406-R 1 10.8030.0004
CN1 10.8060.0008 1 10.8060.0008

DISPOSIZIONE COMPONENTI

Serigrafia RoboPonte V6

Serigrafia RoboPonte V6

SALDATURA

Per saldare in modo agevole i componenti SMD consiglio di seguire questi semplici passaggi:

  1. Depositare un po’ di stagno su una delle piazzole SMD del componente sul PCB
  2. Servendosi dell’ausilio di una pinza dalle punte sottili appoggiare il componente sul suo posto e riscaldare lo stagno della piazzole precedentemente ricoperta di stagno.
  3. A questo punto il componente risulta fissato al PCB e si può procedere a saldare gli altri pin.
  4. Al termine ripassare la saldatura del pin iniziale in modo da assicurare una saldatura pulita.

Per agevolare la saldatura conviene iniziare dai componenti più bassi, solitamente si inizia da diodi, resistenze e condensatori SMD di piccolo formato per poi passare agli integrati ( prima SMD e poi PTH ) ed infine si completa il montaggio dei componenti più voluminosi.

Le resistenze R10 e R11 da 0R sono dei ponticelli da chiudere con una piccola goccia di stagno come visibile in figura:

VERIFICA


COLLAUDO

CABLAGGIO