Pilotare due MOS

3LORWDUHGXH026
KWWS9LQFHQ]R9IUHHZHERUJ
3LORWDUHGXH026
'LVFODLPHU
,OFRQWHQXWRGLTXHVWRILOHqIRUQLWR$6,6DVRORWLWRORGLGDWWLFRHVHQ]DJDUDQ]LDDOFXQDLPSOLFLWDRHVSOLFLWD,Q
SDUWLFRODUH QRQ FL VL ULWLHQH UHVSRQVDELOL GL DOFXQ GDQQR GLUHWWR R LQGLUHWWR FDXVDWR GDOO¶XVR GHOOH LQIRUPD]LRQL
FRQWHQXWHLQTXHVWRGRFXPHQWR
7XWWLLQRPLGLSURGRWWLHGLWWHVRQRSURSULHWjGHLOHJLWWLPLSURSULHWDUL
/DGLVWULEX]LRQHGLTXHVWRILOHqIDWWLVDOYLLGLULWWLGLWHU]LOLEHUDHJUDWXLWDDFRQGL]LRQHGLQRQDSSRUWDUHPRGLILFKH
H GL FLWDUH OD IRQWH (
YLHWDWR O
XVR FRPPHUFLDOH GL WXWWR R SDUWH GHO SUHVHQWH ILOH VDOYR HVSUHVVD DXWRUL]]D]LRQH
VFULWWD
Questo semplice circuito permette di pilotare due MOS di potenza attraverso una coppia di segnali digitali.
L’applicazione per cui è stato pensato è il pilotaggio di una coppia di motori DC attraverso un generatore PWM ma
potrebbe essere usato in tutti quei casi in cui è necessario pilotale in on/off due carichi attraverso un segnale digitale
prelevato per esempio dalla porta parallela del PC o da un pin di un microcontrollore..
Il circuito è optoisolato per evitare danni al circuito digitale di controllo ed è adeguato a funzionare fino a correnti di
una decina di ampere, tensioni di qualche decina di volt e frequenze oltre il KHz.
'HVFUL]LRQHGHOFLUFXLWR
Il circuito è piuttosto semplice e quindi non necessita di descrizioni particolari sul suo funzionamento. Si tratta infatti
di un semplice MOS di potenza collegato tra il carico e la massa e pilotato da una porta logica CMOS. È ovviamente
presente un diodo (che deve essere di tipo veloce) per impedire che carichi induttivi possano creare elevate tensioni
GLDSHUWXUD. Il driver è elettricamente isolato dal comando digitale ed è alimentato direttamente dalla stessa tensione
che alimenta il carico.
Riporto alcuni criteri per la scelta dei componenti in quanto quelli riportati sullo schema non sono sempre di
immediata reperibilità ed adeguati alla specifica applicazione.
Per quanto riguarda la FRUUHQWH commutabile, il problema deve essere visto sotto due aspetti:
•
Se il carico è puramente resistivo (per esempio una lampadina) non ci sono problemi particolari in quanto il
MOS utilizzato gestisce senza problemi correnti fino a 10A. Se non dovesse essere sufficiente sono disponibili
nello stesso tipo di contenitore dispositivi da 30-40 e più ampere, tutti sostituibili senza problemi particolari.
Solo se le correnti sono molto elevate in rapporto alla Rds(on) del MOS utilizzato potrebbe essere necessario
aggiungere un piccolo dissipatore.
•
Se il carico è induttivo (per esempio un motore DC) i problemi nascono soprattutto dalla corrente che il diodo è
in grado di gestire. Infatti durante la fase off, la corrente del carico scorre nel diodo che deve quindi essere
opportunamente dimensionato. Purtroppo diodi veloci oltre i 3-5A non sono facilissimi da trovare e spesso
hanno dimensioni non compatibili con quello che ho utilizzato per fare lo stampato.
Per quanto riguarda la tensione, il circuito è progettato per gestire un carico a 24V, ma cambiamenti possono essere
fatti seguendo le indicazioni seguenti
•
Se la tensione è minore ma comunque maggiore di 12V il circuito è utilizzabile senza cambiamenti o, al limite e
solo per tensioni più basse, una piccola diminuzione della R5 per mantenere la corrente di alimentazione del
circuito integrato nell’ordine dei 20-30mA.
•
Se la tensione scende sotto i 12V ma rimane comunque superiore a 5V vi è un problema legato al fatto che i
MOS utilizzati necessitano di una tensione di gate di 10-15V. Una alternativa praticabile è quella di utilizzare
MOS ORJLFOHYHO, capaci di andare in completa conduzione con una tensione di gate di 4-5V. In questo caso lo
zener va ridotto a 5V e la R5 dimensionata per una corrente di 20-30mA. Purtroppo un MOS ORJLFOHYHO è più
costoso e meno reperibile di uno QRUPDOH
Pagina 1 di 4
3LORWDUHGXH026
•
KWWS9LQFHQ]R9IUHHZHERUJ
Se la tensione di alimentazione è maggiore, occorre aumentare la R5 per fare in modo che la corrente rimanga
nell’ordine di grandezza di 35mA. Un problema nasce dal fatto che la potenza dissipata dalla R5 potrebbe
crescere a livelli inaccettabili. Ovviamente è necessario che tutti i componenti (in particolare MOS, diodi e C
elettrolitico) siano scelti adeguatamente
Per quanto riguarda la YHORFLWj GL FRPPXWD]LRQH, il componente più critico dell’intero circuito è sicuramente
l’optoisolatore: il componente indicato nello schema (4N25) è infatti piuttosto lento e ciò non permette di superare la
frequenza di qualche KHz. Esistono certamente componenti più veloci ma sono più difficili da reperire e più
costosi. Rimane comunque un problema difficile da superare andare oltre i 20KHz, frequenza che potrebbe essere
invece opportuno raggiungere per evitare rumori. Da questo punto di vista non presentano invece problemi
importanti l’uso di semplici driver CMOS (con uscite in parallelo per aumentare la corrente disponibile) o il MOS
(qualunque tipo moderno per commutazione è adeguato)
Nella sezione di alimentazione sono presenti alcuni elementi che, volendo, possono essere omessi
•
Il C elettrolitico è utile soprattutto nel caso di carichi induttivi e potrebbe essere omesso o ridotto come capacità
se l’alimentazione del circuito deriva da una batteria. La sua tensione di lavoro deve essere abbondantemente
superiore a quella di alimentazione (almeno il doppio se ci sono carichi induttivi)
•
Il filtro LC e C5 riducono la generazione di disturbi condotti. Il filtro deve poter sopportare la somma delle
correnti dei due carichi e, volendo toglierlo, deve essere sostituito da un filo
•
Il fusibile deve essere adeguato al carico ed è sconsigliabile toglierlo
•
Sul dimensionamento di R5 e del diodo zener, ho già detto precedentemente
Il pilotaggio del circuito avviene attraverso due segnali digitali connessi direttamente ai diodi led dei due
optoisolatori. Il circuito è dimensionato per ingressi TTL ma, cambiando R2 ed R4 possono essere forniti anche
livelli diversi.
È possibile sia la connessione dei catodi a massa (in questo caso un livello logico alto sugli anodi causa la
conduzione del MOS) sia la connessione degli anodi alla tensione di alimentazione digitale (in questo caso uno zero
logico sui catodi manda in conduzione i MOS). È Ovviamente possibile un pilotaggio misto.
Pagina 2 di 4
3LORWDUHGXH026
KWWS9LQFHQ]R9IUHHZHERUJ
I disegni sono in scala 1:1. Qualora si intendano utilizzare direttamente i disegni delle piste per realizzare il PCB,
occorre tenere presente che, nel caso di uso della fotoincisione, è necessario stampare ed esporre lasciando il disegno
a diretto contatto del rame, cioè capovolto rispetto a quanto visibile in questa pagina, informazione peraltro
ricavabile dalle scritte che dovranno evidentemente essere correttamente leggibili.
(OHQFRFRPSRQHQWL
C1
C3
C4
C5
D1
D2
D3
D4
D6
F1
ISO1
ISO2
JP1
JP2
JP3
JP4
LC1
Q1
Q2
R1
R2
R3
R4
R5
U1
Elettrolitico 1000uF – 50V
Elettrolitico o tantalio 10uF
100N
100N
BY33 (o altro diodo veloce)
1N4148
BY33 (o altro diodo veloce)
1N4148
Diodo zener 12V – 1W
Fusibile 10A
4N25
4N25
Connettore 2 poli, passo 5mm
Connettore 4 poli, passo 2.5mm
Connettore 2 poli, passo 5mm
Connettore 2 poli, passo 5mm
FILTRO LC a T
P321 (o altro MOS di potenza)
P321 (o altro MOS di potenza)
10K
1K8
10K
1K8
470 ½W
CMOS 40106
Pagina 3 di 4
3LORWDUHGXH026
KWWS9LQFHQ]R9IUHHZHERUJ
+24
D1
BY 33
U1A
V dd
1
JP1
2
1
2
M1
Motor e 1
2
40106
U1B
R2
3
4
1
Q1
P321
3
R1
10k
1k8
40106
D2
1n4148
U1C
5
JP2
4
3
2
1
4N25
ISO1
led1led1+
led2led2+
6
+24
40106
U1D
V dd
9
D3
BY 33
8
JP3
Input
M2
40106
R4
11
Motor e 2
2
U1E
10
1
Q2
P321
3
R3
10k
1k8
1
2
40106
D4
1n4148
U1F
13
4N25
ISO2
12
40106
+24
JP4
F1
2
1
R5
470 1/2 W
FUSE 10A
Pow er IN
LC1
Filtro T
V dd
+
C5
100n
C1
1000u 50V
D6
12V
+
C3
10u
C4
100n
3HU TXDOXQTXH FRPXQLFD]LRQH SRWHWH ULQWUDFFLDUPL DOO¶LQGLUL]]R GL HPDLO [email protected] ,Q
SDUWLFRODUH VDUj PROWR JUDGLWD OD VHJQDOD]LRQH GHJOL HUURUL H GHOOH RPLVVLRQL QRQFKp GHL SDVVDJJL FKH DSSDLRQR
RVFXULHSRFRFRPSUHQVLELOL9LVLWDWHLOPLRVLWRhttp://VincenzoV.freeweb.org SHUHYHQWXDOLQXRYHYHUVLRQLGLTXHVWR
ILOHRSHUDOWUHLQIRUPD]LRQLVXOO¶HOHWWURQLFDDPDWRULDOH
Vincenzo Villa – Pilotare due MOS – Versione 1.0 – Marzo 2000
Pagina 4 di 4