Ponte H e PWM - The return

particolare del ponte HUn robusto ponte H con integrato un controllo di velocità PWM. Era da quando avevo cominciato a studiare analisi 1, che non realizzavo più un PCB, ne mi avventuravo in qualche progetto che portasse via più di 2 orette. Ma in questi 4 giorni di vacanze tra la fine di una sessione, e l'inizio del nuovo semestre ho voluto cimentarmi nella realizzazione di questo ponte, che servirà a gestire un motore DC da circa 100W (recuperato da uno scooter); il motore farà poi parte di qualcosa di più grande che per ora non voglio svelare. La scheda deve essere alimentata a 12 V, ed essere controllabile grazie a soli due pin: uno che controlli la direzione ed uno che controlli la velocità del motore. Ho volutamente evitato di ricorrere a microcontrollori, non avendo voglia di mettermi a programmare, e volendo qualcosa di semplice (anche se un leggermente più ingombrante). Per regolare la velocità ho deciso di impementare un controllo del ponte H in PWM.

Schema del ponte H

A grandi linee il circuito si può dividere in 3 sezioni: una che genera il segnale PWM, una che gestisce la logica e la terza che consiste nel controllo di potenza. Lo schema finale, dopo varie modifiche, è il seguente:

ponte h

La prima parte, che termina al PIN OUT dell'IC2, è un generatore di PWM. Comprende 2 NE555 perchè, a differenza della maggior parte dei ponti H che troverete in internet, ho voluto avere un VC-PWM, ossia un pwm controllato in tensione (esterna) e non un PWM controllato dal solito potenziometro. oscillatore PWMQuesto consentirà di controllare continuamente  la velocità del motore tramite una tensione esterna da 0 a 5V (nel caso ad esempio fosse necessario variare la velocità di rotazione di un motore durante una lavorazione si potrebbe collegare il ponte ad una scheda a microprocessore). Nel caso non si volesse controllare la velocità ho previsto comunque un trimmer per impostare un valore fisso (selezionabile tramite JP1). Il primo NE555 è in configurazione astabile e genera una frequenza variabile (da qualche kHz fino ad una quindicina) che raggiunge il secondo NE555. Qui vi è il vero controllo in PWM, grazie al segnale che giunge sul pin CONT (che come già detto può essere variato esternamente o tramite trimmer). Il segnale finale giunge assieme al segnale esterno di direzione, nella sezione che gestisce la logica tavola logicadel ponte H, controllando di conseguenza i transistor di potenza. EN e DIR sono impiegati come input per i due integrati 7404 (6 porte NOR) e 7408 (4 porte AND). Da ricordare, leggendo la tavola logica nella figura, che i transistor PNP hanno polarizzazione inversa rispetto agli NPN: un livello 1 sui PNP (T1 e T2) implica che questi siano interdetti). Quindi l'ultima sezione, che fa uso di 4 transistor darlington (NPN: BDX53 e PNP: BDX54) per gestire il flusso di potenza diretto al motore.

Dimensionamento, sbroglio e realizzazione

Per il dimensionamento degli oscillatori il necessario si trova sul datasheet del 555 (ho comunque riportato i valori sullo schema), mentre per la parte logica non vi è solo da dire che la massima corrente erogabile dagli integrati e di 25mA, valore da tenere conto per dimensionare la resistenza di base dei darlington. Un valore di 220 ohm è il miglior compromesso tra una decisa polarizzazione (fondamentale quando si sale con l'assorbimento) e un corretto assorbimPCB ponte hento (siamo sui 20mA). Per quanto riguardo lo sbroglio del PCB non vi sono state particolari difficoltà, ma la presenza di molti integrati ha determinato la necessità di numerosi ponticelli: altro punto a favore di una futura soluzione a microcontrollore. Il numero di piste è stato tale da costrigermi a non tracciare due piste (ancora in giallo, nella figura) che collegherò a fine lavoro con un sottile filo, quasi a costituire un terzo layer. Le dimensioni finali sono di 100x90mm, dettate in primis dal dissipatore con ventola annessa che ho voluto a tutti i costi installare (lo trovavo alquanto carino, per quanto poco tecnica possa essere questa affermazione). Con un comunissimo dissipatore si sarebbero sensibilmente ridotte le dimensioni. Per quanto riguarda la realizzazione, ho utilizzato la tecnica del trasferimento a caldo, semplice ed economica, anche se laboriosa. ponte h terminatoHo avuto alcuni problemi in fase di collaudo, dovuti a due piste erroneamente saldate assieme: due transistor andati in vacca. Ancora qualche problema quando mi sono accorto di aver sbagliato la posizione della prima NOT nello schema: PCB completamente da rifare (motivo per il quale le foto sono della prima versione)... Ma ora ponte H a posto!

Schema e PCB ponte H

  • antonio

    non riesco a visualizzare lo schema nel file zip.

    • Ciao, ho appena riprovato ed a me lo visualizza; lo apri con eagle?