Un pont en H, c'est quoi ?
Un pont en H c'est un circuit destiné au pilotage d'un moteur qui a deux rôles principaux :- fournir le courant nécessaire au fonctionnement du moteur
- donner la possibilité d'inverser le sens du courant (donc le sens de rotation du moteur)
Si on inverse la courant suffisamment vite, on peut même contrôler la vitesse du moteur (c'est ce qu'on appelle une modulation en PWM).Pour plus de détails, on pourra se rapporter aux liens suivants :
- le pont en H sur Wikipedia
- une explication assez complète (en anglais), de 4QD TEC
Les différents CI utilisables
Il existe beaucoup de circuits intégrés utilisables. En voici une sélection des plus classiques et répandus, ainsi que de celui que nous allons utiliser (VNH2SP30)| Référence | L298N | L6203 | LM18200 | MC33886 | A3950 | VNH2SP30E |
| Format | 2 moteurs | 1 moteur | 1 moteur | 1 moteur | 1 moteur | 1 moteur |
| Datasheet | page chez ST datasheet | page chez ST datasheet | page chez NS datasheet | page chez Freescale datasheet |
page chez Allegro datasheet | page chez ST datasheet |
| Tension Min | 5V | 12V | 9-11V | 5V | 6.5V | 5.5V |
| Tension Max | 46V | 48V | 55V | 40V | 36V | 16V |
| Courant Max | 4A (en tout) 2,5A si t<10mS 3A en parallèle | 4A 5A crête | 3A 6A crête | 5A continu 8A crête | 2.8A continu 3A crête | 30A |
| FréquencePWM max | 40kHz | 30-100kHz | 500kHz | 10kHz | 50kHz | 20kHz |
| Résistance interne | chute de tension fixe 4.9V | 300mOhms | 300mOhms | 120mOhms | 350mOhms | 19mOhms |
| Protections | protection surchauffe | protection surchauffe | protection court-circuits protection surchauffe protection sous-alimentation | protection court-circuits protection surchauffe protection sous-alimentation | protection court-circuits protection surchauffe protection sous-alimentation | protection court-circuits protection surchauffe protection sous-alimentation protection sur-alimentation |
| Divers | current sense | current sense | current sense | limitation courant progressive | limitation courant progressive current sense | |
| Type Boîtier | Multiwatt15 / MPowerSO20 | Multiwatt11 | Multiwatt11 / SO20 | HSOP20 (exposed pad) | TSSOP16 (exposed pad)/ QFN16(exposed pad) | MPowerSO30 |
| Prix indicatif (juil 2007) | ||||||
| Remarques | La protection de sous-alimentation se déclenche très tôt (11V). Ca peut être dangereux dans un robot... | Pas facile à souder correctement |
Caractéristiques
Nous vous proposons de construire une carte pont en H avec les caractéristiques suivantes :- pilotage de deux moteurs : donc adaptée au contrôle d'un robot de type char
- puissante : 30A par moteur
- interface standard CMOS, pour se brancher facilement sur tout type de microprocesseur, avec des connecteurs standards et détrompés (disque dur)
- protégée : contre la surchauffe, les surtensions, les sous-tensions, les court-circuits, avec diodes de roue libre
- autonome : pas besoin de régulateurs de tension externe, tout est inclus
- sûre et fiable : complètement optocouplée, testée et éprouvée
- petite : 6cm x 8cm seulement
- pas chère : 50-100 euros tout compris
- tout compris : les explications, les schémas, les fichiers de fabrication (PDF ou GERBER, toutes les couches pour pouvoir éventuellement le faire graver par une entreprise spécialisée), ...
- parce qu'elle partie de la formation que nous dispensons à nos membres : ponts en H, schémas / routage CMS, ...
- parce que nous en avions marre des circuits tout faits mais incomplets, des ponts en H artisanaux mal fagottés, et que nous voulions une carte suffisamment générique pour pouvoir la ré-utiliser à volonté, avec le moins de contraintes possibles...
Architecture
Pour mieux comprendre, on se rapportera au schéma de la carte...Le pont en H
Le coeur de cette carte est le pont-en-H VNH2SP30-E de ST, décrit dans la table ci-dessus et disponible en Allemagne, ici, ou chez Digikey UK. Il présente plein de bonnes caractéristiques (puissant, compact, pas cher, ...) et inclut tout un tas de protection bien utiles dans ce type de carte et de compétition. Ce circuits dispose des entrées-sorties suivantes :- les trois entrées de commande habituelles : 2 pour le sens, une pour le PWM
- deux sorties pour le moteur
- deux entrées-sorties pour la signalisation des erreurs
- une sortie analogique de mesure de courant
- VCC, par un pull-up, pour les IO d'erreur
- GND, avec une résistance de charge, pour la sortie de mesure de courant.
Les optocoupleurs
Un moteur génère beaucoup de bruit et de surtensions dans l'alimentation. On pourra consulter le site de 4QD Tec pour plus de détails là-dessus. Dans certains cas pathologiques, ces surtensions peuvent même être destructrices pour le reste de composants (microprocesseur...). Pour éviter tout problème, l'une des solutions possibles consiste à séparer totalement le circuit de puissance du circuit logique de commande. Comme ça, les interférences restent confinées dans les moteurs et leur batterie, et tout va bien. Conséquence :- on prévoit une batterie à part pour les moteurs. Elle alimentera les moteurs et rien d'autre. Et on fera en sorte que les fils qui véhiculent de la puissance soient les plus courts possibles.
- on intercale entre la logique et la puissance des opto-coupleurs, qui permettent de transmettre de l'information (0 ou 1) sans aucun lien électrique.
Alimentation
L'alimentation de opto-coupleurs (côté puissance) est produite à patir d'un régulateur. L'alimentation logique sera produite par le micro-processeur. De plus, pour un contrôle visuel rapide, on a placé deux LED sur les deux alimentations (puissance et logique)...Connecteurs
Les connecteurs de notre robot ont été choisi avec attention, pour qu'il soit impossible de faire une fausse manip (et pourtant, malgré ça, ... mais bon c'est une autre histoire
). - les alimentations sont apportés par des connecteurs MSTBV2.
- les moteurs sont branchés par des connecteurs MSTBV3
- la partie logique est apportée par un micromatch 6 points (plus un câble en nappe)