Problematica pilotaggio mosfet

[GiovanniG1]

Ciao a tutti e grazie per l'aiuto.
Ho un dubbio che spero qualcuno con esperienza sui mosfet possa dissipare.

Sto progettando un sistema di domotica basato su Arduino, in questo caso specifico voglio pilotare lampade 12V/strisce LED in PWM avvalendomi di un mosfet. Per cercare di proteggere l'Arduino al massimo da problematiche/imprudenze sulle connessioni di potenza vorrei usare dei fotoaccoppiatori.

Lla problematica è data dal fatto che il mosfet pur non assorbendo nulla in corrente ha bisogno di tensioni sul gate ben definite e con basse resistenze intrinseche per caricare o scaricare velocemente la capacità interna. Immaginiamo il fototransistor NPN con il collettore sull'alimentazione +5Volt, una resistenza pulldown d valore adeguato tra l'emettitore e la massa e il gate del mosfet (anche 2-3 mosfet in parallelo da 6 Amper l'uno) collegato all'Emettitore. I fotoaccoppiatori hanno un transistor al loro interno che (a 500Hz di switching) dovrebbe garantire una resistenza Collettore-Emettitore accettabile, pertanto al pilotaggio del fotodiodo (vorrei stare sui 5mA) possiamo immaginare un tempo abbastanza rapido di carica del gate, ma per la scarica la resistenza di pulldown (che non può essere troppo bassa) potrebbe determinare una scarica troppo lenta, portando il/i mosfet a lavorare in zona attiva e quindi a dissipare.

Certamente usando al posto del fotoaccoppiatore un buffer TTL, ad esempio il comodo 74HC541, e inserendo tra la sua uscita e il gate una resistenza di basso valore, ad esempio 39 ohm, sono sicuro che i fronti di salita e discesa sarebbero molto ripidi.
Potrei usare il fotoaccoppiatore e il buffer mi direste, ma siccome ho circa 15 uscite vorrei ridurre il numero di componenti se possibile.
Avete qualche consiglio da darmi? Grazie

[ilguargua]

15 uscite in pwm con Arduino mi sembrano tante, se ti servono 15 canali indipendenti forse ti conviene usare un apposito driver pwm tipo il TLC5940 ,

qui trovi anche un application note su come aggiungere mosfet o transistor all'uscita.

 

Ciao, Ale.

[Livio Orsini]

1. Se vuoi pilotare bene un mosfet devi usare un driver che lavori in sigle ended. Se fai una ricerca nells sezione arduiono-raspberry trovi una vecchia discussione iniziata da Luigi Marchi dove questo argomento è dibattuto abbondantemente (l'autore voleva pilotare dei mosfet in modo obbrobrioso). Io ed il dott.Cicala abbiamo pubblicato anche circuiti e simulazioni in proposito.
2. 15 uscite PWM indipendenti sempbran tante anche per un Arduino Mega.

[GiovanniG1]

Grazie mille per le gentilissime risposte!!

Avete perfettamente ragione, non ha senso rischiare.. tanto più che l'arduino mi serve anche per comunicare in ethernet, scrivere sulla SD, leggere da un real time.. e fare un pò di cose, molto meglio far gestire la parte pura hardware a un controller dedicato.

Potreste dirmi se esistono già librerie per pilotare un TLC5940? O magari altri controller, anche a 8 uscite vanno bene. Ale ho provato a leggere l'appendice, ma si trocvano solo configurazioni in gate comune.. io invece andrei a pilotare proprio il gate.
Livio non ho trovato l'argomento, ti ricordi come si chiama? Forse qui?

Ad ogni modo credo che al TLC5940 basti solo una bassa resistenza tra lui e il gate del mosfet, dallo stadio di uscita sembra progettato proprio per questo interfacciamento.

Secondo voi posso ritenermi sicuro a non usare fotoaccoppiatori? SPiego meglio:
Se non uso fotoaccoppiatori devo mettere la massa dei +5v arduino assieme alla massa dei 12v di potenza, poi il TLC5940 alimentato con 5volt estratti dai 12v di potenza, mosfet N e carico. Supponiamo che un giorno qualche sventurato mi tocchi il filo che va alla lampada (o uno dei due) alla 220v.. e supponiamo che abbia la massa messa a terra, al mosfet o ai +12v gli arriva la botta, questa si ripercuote su tutto il circuito di potenza, alimentatore, probabilmente anche il TLC5940 viene interessato, secondo voi anche l'arduino? Vorrei che almeno questo si preservasse, cambio la scheda di potenza e sono a posto.
Però inserire fotoaccoppiatori non è semplice, che ne pensate?

Posterò il mio sistema di domotica sul forum e condividerò volentieri quello che riuscirò a produrre

PS: altra domanda, ho qualche altro canale da pilotare in dimming a 220v, semplicemente con un triac. Per quello problemi di fotoaccoppiatore non ce ne sono, ma al contrario, se non trovo niente di dedicato, ne avrei un pò per il driver zero crossing. Pensavo di usare un Arduino1 dedicato per quello, che comunichi in seriale con il principale Arduino mega, ma adesso vedendo il TLC5940 magari c'è qualcosa di pronto anche per la gestione dello zero crossing. Gli scrivi in seriale il valore di intensità e lui si arrangia a pilotare proporzionalmente il triac.
Grazie

[ilguargua]

20 minuti fa, GiovanniG1 scrisse:

Ale ho provato a leggere l'appendice, ma si trocvano solo configurazioni in gate comune.. io invece andrei a pilotare proprio il gate.

Temo che con il tlc5940 non si possa fare, le uscite usano un drive a corrente costante e il mosfet o transistor che si vede nell'application note serve solo ad usare una tensione più alta (es. usare 24 V con 2 strisce in serie). Comunque da solo è già capace di pilotare le strisce LED a 12V fino a 120 mA. Esistono anche integrati simili più moderni e più performanti, ne hanno citato uno qualche giorno fa sul forum di Arduino ma non riesco più a trovare il post, magari qualcuno può consigliarti qualcosa di meglio. Per quanto riguarda la questione dell'isolamento usando un IC simile puoi usare un isolatore per linee dati, ne esistono sia monodirezionali che bidirezionali, ed è certamente una soluzione migliore che usare fotoaccoppiatori sul segnale PWM. Se ne fai una questione di sicurezza (più che di costi, l'Arduino, perlomeno un clone, con pochi euro lo ricompri) puoi anche limitarti ad isolare la sola parte dei comandi, quella per intenderci con cui puoi venire a contatto (pulsanti, interruttori, etc).

 

Ciao, Ale.

[Livio Orsini]

Non èquella la discussione, dovrei fare anch'io delle ricerche perchè non me la ricordo.

Però basta che ti cerchi su questo forum, o nella rete, una discussione su mosfet e trovi uno schema con pilotaggio a coppia complementare (o con apposito drive).

[tesla88]

Potresti usare dei foto-accoppiatori tipo i TLP251 che hanno lo stadio di uscita stile "totem-pole" . Altrimenti realizzi tu con un paio di bjt il "totem".

 

 

Comunque per un PWM di 500 Hz non vedo molti problemi nel pilotaggio, però l'opto per farlo lavorare correttamente dovrebbe essere messo a emettitore comune col risultato che devi invertire il duty del PWM...

[Livio Orsini]

2 ore fa, tesla88 scrisse:

però l'opto per farlo lavorare correttamente dovrebbe essere messo amettitore comune col risultato che devi invertire il duty del PWM...

 

Perchè?

L'uscita, pin 6, è il classico uscita totem pole.

Per il diodo emettitore colleghi l'anodo al +5 e "tiri" a 0 il resitore di limitazione, così lo stato di uscita sgue quello d'ingresso.

 

Io però, se non ho avere problemi di separazione galvanica, mi limito ad una coppia di BJT complementare tipo BC5xx

[ilguargua]

Ho ritrovato la sigla dell'altro driver : PCA9685 , con questo puoi pilotare il gate dei mosfet, vedi da pag. 35 ci sono alcuni esempi. Altro vantaggio sul TLC5940 è che questo memorizza e mantiene i livelli impostati (finchè non li cambi, naturalmente), mentre con l'altro devi costantemente fornire i valori. Funziona con il bus I2C, quindi con Arduino non hai problemi a collegarti. L'unico forse vero nsvantaggio è che si trova solo con il case in SMD, per cui forse ti conviene cercare una breakout board, Adafruit ne ha una disponibile, forse anche altri.

 

Ciao, Ale.

[tesla88]

Quote

Perchè?

L'uscita, pin 6, è il classico uscita totem pole.

Per il diodo emettitore colleghi l'anodo al +5 e "tiri" a 0 il resitore di limitazione, così lo stato di uscita sgue quello d'ingresso.

 

Mi son spiegato male Livio, pardon... Non mi riferivo al TLP251, quello ovviamente va bene così come da datasheet e potrebbe essere una soluzione a mio parere.

 

Intendevo con un opto classico, uscita a transistor singolo, è buona norma mettere Emettitore a massa e l'uscita è quindi di Collettore.

Potrebbe funzionare comunque bene dato che parliamo di 500Hz, ma deve invertire il duty cycle, perchè il Mos condurrebbe quando l'opto è interdetto.

Ho paura che l'amico utilizzerebbe il fotoaccoppiatore con Collettore a Vcc e uscita di Emettitore per pilotare il Gate del mosfet, in modo da non invertire lo stato del segnale e di conseguenza il duty cycle del PWM. 

Non ho esperienze dirette su opto usate come "follower", ma credo sia meno prestante.

[Livio Orsini]

10 minuti fa, tesla88 scrisse:

Non ho esperienze dirette su opto usate come "follower", ma credo sia meno prestante.

 

Non è questione di prestazioni dell'opto, che in modalità collettore comune è forse più veloce che in quella emettitore comune.

La questione è sempre quella legata al gate del mosfet.

Per funzionare bene bisogna fornire energia nei 2 sensi, da qui configurazioni single ended o tote  pole.

[GiovanniG1]

Ciao a tutti!!! Grazie mille per le vostre generosissime risposte!! E scusatemi tanto se sono stato assente, questo progetto è per me ancora da iniziare quindi avrò bisogno di consultarmi con voi! SOno stato molto impegnato in questi tempi, mi scuso ancora, a tutti voi un abbraccio!

Riprenderò a scrivere qui non appena risolverò l'altra problematica, cio+ quella dell'acquisizione dei comandi. A presto!

[GiovanniG1]

Ciao a tutti! Ancora grazie per e risposte, sempre molto interessante confrontarmi con voi!
ALla fine per scelta del cliente ho optato per dei dimmer Sunricher (sia a 12 che a 220V) che supportano sia il pulsante a muro che il pilotaggio via RF (e con apposito convertitore via Wi-Fi).
Nel thread di domotica spiegherò meglio come ho fatto.
Ad ogni modo il pilotaggio PWM tramite chip dedicato I2C era la soluzione migliore, visto che esistono già delle shield arduino cinesi super economiche e già pronte. Il solo problema resta quello di isolare il processore dai driver di potenza, vuoi per i disturbi di massa sempre in agguato, vuoi per sconsiderate possibili operazini elettriche.. come andare a toccare una fase, ecc.
Secondo me la cosa sarebbe possibile con fotoaccoppiatori I2C, dovrebbero esserci.. Però se arriva il guasto probabilmente serve cambiare tutta la parte PWM con disservizio delle altre luci.