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Dummy Load con Control Digital
#1
Buenos dias a todos, hace tiempo que el compañero Weso y yo estabamos detras de construir una carga regulable, para poder comprobar circuitos, fuentes..... Asique nos pusimos manos a la obra, la idea era hacer una carga regulable analogica, pero porque no hacerla Digital? Pues a ello fuimos, tras ver algunos videos por youtube, de cargas variables, hicimos un pre-diseño, analogico para probar que todo iba en orden, comenzamos con un limite de 1A, pero decidimos aumentar a 3A maximo (4A momentaneos, mas adelante lo veremos). El diseño se basa en un LM324, del que usaremos dos operacionales, una primera etapa de adaptacion de la señal y filtrado (Trabajaremos con PWM), y una segunda etapa de filtrado y control del MOSFET.

[Imagen: Dummy1_zpsbw4rgdmb.png]

Procuramos emplear un mosfet TTL, ya que la curva Vgs-Ids nos permite lograr mayores corrientes a traves del mismo, trabajando con una VCC de 5V.

En principio pensamos usar un PWM a 10Khz, pero el rizado disminuye considerablemente usando 20Khz, como podemos ver en las siguientes graficas, aparte que no estamos trabajando tampoco en frecuencias elevadas como para tener problemas.

[Imagen: Dummy2_zpslajklz9t.png]

La primera etapa adapta el PWM, para tener una tension maxima de 1.5V, lo que nos da una corriente de 3A maxima por el mosfet. Debemos de tener en cuenta, que la disipacion del mosfet, sera proporcional a V*I que querramos testear, no tenemos todabia pensado en cuanto fijar el maximo de potencia disipada, haciendo unos calculos para 30W, tenemos disipadores de una Rth de 2C/W aproximadamente, para tampoco forzar el mosfet. Aun asi en el diseño final, se pueden poner dos mosfet, opcionalmente. Y recomendamos un ventilador para el disipador, ande o no ande caballo grande.

Todo estará controlado por un PIC 16F690, por lo que la versatilidad en cuanto a especificaciones es bastante elevada, sin estar estas aun definidas, hasta que nos pongamos a programar.

La alimentación puede ser por Jack DC, o por USB, haciéndola mucho mas versátil.

En principio la placa constara de:

-Regulacion mediante potenciometro
-Display 3 digitos 7 segmentos
-Led RGB para indicacion de estados
-LM35 para control de temperatura
-Boton para cambiar entre diferentes pantallas en el display

A continuacion el esquematico:

[Imagen: Dummy3_zpshzrfufnq.png]

Todabia estamos abiertos a cambios, sugerencias, mejoras....., siempre que por ahora no sean muy drasticas, ya que tenemos idea de que esto sea una V1, para realizar toda la programacion, medidas y demas....., todo el que quiera puede participar en este pequeño proyecto, mil ojos ven mas que dos esta claro jajajaj

Tenemos ya un PRE-Diseño de la PCB:

La idea es usar una placa de 10x5, ya que en 5x5 no es posible meter todo.....

[Imagen: Dummy4_zps6rjhvvb1.png]

Plano BOT a GND y plano TOP a VCC.

Los componentes han sido seleccionados de forma que tenemos samples de lo siguiente:

-16F690
-LM324
-74LS247
-LM35

Componentes necesarios:

AMS1117
http://www.ebay.com/itm/170989117727?_tr...EBIDX%3AIT

POTENCIOMETRO
http://www.ebay.com/itm/201044448265

TRANSISTORES PNP
http://www.ebay.com/itm/400309828516?_tr...EBIDX%3AIT

DISPLAY
http://www.ebay.com/itm/400850136513?_tr...EBIDX%3AIT

USB
http://www.ebay.com/itm/331445812452?_tr...EBIDX%3AIT

RESISTENCIAS
http://www.ebay.com/itm/261583787315

LED RGB
RGB Catodo Comun
http://www.ebay.com/itm/10-1000Pcs-Lots-...1563947961

PASIVOS
Cualquier kit o similares es valido en 0805


Tenemos pensado lanzar una tirada de 10 placas para el posterior desarrollo del SOFT, la idea es que las placas que sobren vaya a gente de la comunidad interesada en este proyecto, asique cualquiera que lo solicite tendrá su placa sin problema.

GITHUB DEL PROYECTO:

https://github.com/CarlosRodriguezF/Dummy-Load
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#2
Hola, de qué tamaño son las pistas de potencia? Para 3A deberían ser de casi 1.5mm de ancho para un augmento moderado de la teperatura, y me parecen que estas son más pequeñas (a no ser que vayáis a fabricar en 70um).

S2

Ranganok Schahzaman
  Responder
#3
Ranganok escribió:Hola, de qué tamaño son las pistas de potencia? Para 3A deberían ser de casi 1.5mm de ancho para un augmento moderado de la teperatura, y me parecen que estas son más pequeñas (a no ser que vayáis a fabricar en 70um).

S2

Ranganok Schahzaman

Son de 86 mil o 2.18mm, las dimensiones en el dibujo engañan jejejeje

Un saludo¡
  Responder
#4
Que Currada y que bien explicado, seguiré ser cerca esto.
  Responder
#5
Estamos a falta de pulir detalles, revisar conexiones, verificar que las salidas del PIC corresponden y son validas. Hay que tener en cuenta que tenemos todo el PIC lleno, usamos el reloj Interno, por eso buscamos este PIC que se adapta a nuestras necesidades. Esperamos para la semana que viene poder pedir las placas y empezar a testear Gran sonrisa

Un render de lo que va siendo la placa, el ruteo esta echo a mano, si veis cualquier fallo se agradece el toque Gran sonrisa

[Imagen: Dummy5_zpsrun2csbp.png]

[Imagen: Dummy6_zpskhgyjemi.png]
  Responder
#6
Muy interesante, lo seguiré
  Responder
#7
Trigger estas echo un pruso crack!! Gran sonrisa tienes que pasarte mas por el irc de CW que te demos la lata jejejeje

Ya le dije a WeSo que me apuntaba con una plaquita de esas!! Guiño
  Responder
#8
Yo si sobran tambien os robo una
  Responder
#9
Muy buena iniciativa, yo también me apunto a una placa de estas. La verdad que tiene muy buena pinta y habéis tenido bastantes cosas en consideración Sonrisa
-> Mi CNC de escritorio CNCDesktop 500 -> https://www.spainlabs.com/foros/tema-Fresadora-Desktop-CNC-500
-> Laboratorio de Fabricación Digital Maker www.lowpower.io 
--> Twitter: https://twitter.com/Grafisoft_ES  | IG: https://www.instagram.com/lowpowerio/
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#10
Me alegro que guste la idea, en breves subire un esquematico del proteus, por si alguien lo quiere simular, aunque no va muy fino la verdad, en temas de multiplexacion y demas...., pero para hacerse una idea es valido. Y la placa con algunos detalles mejorados, que me comento tambien Electromecanico.

Todo esto esta en GITHUB
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#11
En el dibujo parecían más pequeñas... Guiño

Una apreciación más, supongo que has controlado que la corriente de carga del condensador de la puerta del MOSFET sea menor que la corriente máxima que puede dar el operacional...

De todas formas yo pondría ahí un filtro RC (aunque luego no lo montes), para evitar oscilaciones en caso de cambios bruscos en la entrada.

Otra cosa... No suele ser muy buena idea utilizar los planos exteriores como VCC (en tu caso el TOP), ya que las fijaciones (tornillos) tienen la extraña manía de cargarse la máscara y provocar cortos (además no se puede decir que las máscaras actuales sean muy resistentes). También he visto que no has dejado una zona de seguridad alrededor de los tornillos (para evitar esto que te acabo de comentar con pistas y componentes), yo suelo dejar el diámetro de la herramienta que se use para atornillar (sobretodo si es una llave de tubo), o el tamaño de una arandela, lo que sea mayor...

S2

Ranganok Schahzaman
  Responder
#12
Estupendo proyecto Triggerr, me lo comentó WeSo el otro día.
Yo en principio si sobra alguna placa me apunto y sigo de cerca el hilo :zpalomitas:
  Responder
#13
Ranganok escribió:En el dibujo parecían más pequeñas... Guiño

Una apreciación más, supongo que has controlado que la corriente de carga del condensador de la puerta del MOSFET sea menor que la corriente máxima que puede dar el operacional...

De todas formas yo pondría ahí un filtro RC (aunque luego no lo montes), para evitar oscilaciones en caso de cambios bruscos en la entrada.

Otra cosa... No suele ser muy buena idea utilizar los planos exteriores como VCC (en tu caso el TOP), ya que las fijaciones (tornillos) tienen la extraña manía de cargarse la máscara y provocar cortos (además no se puede decir que las máscaras actuales sean muy resistentes). También he visto que no has dejado una zona de seguridad alrededor de los tornillos (para evitar esto que te acabo de comentar con pistas y componentes), yo suelo dejar el diámetro de la herramienta que se use para atornillar (sobretodo si es una llave de tubo), o el tamaño de una arandela, lo que sea mayor...

S2

Ranganok Schahzaman

Buenos dias Ranganok,

Todas apreciaciones son bienvenidas Gran sonrisa

La corriente de carga por puerta maxima del MOSFET es de 100nA, y el OPAMP da 20mA maximo como minimo 10mA. Ademas los condensadores parasitos del mismo son muy pequeñajos.

Con un filtro te refieres a la salida del ultimo OPAMP no?

Tienes razon en el tema de los tornillos, voy a medir la cabeza de los mismos y procurar no tener pistas en esa zona asi evitar cualquier tipo de problema Mola

Un saludo¡
  Responder
#14
Muy buen proyecto, llevo tiempo queriendo hacer algo parecido, y he estudiado bastante el diseño... cosas que ya había mirado:

Cambia el LM324 por otro rail to rail. Con el Lm324 a 5 V solo puedes tener V de salida de V+ -1.5V o sea 3,5V y es muy poco para el gate del mosfet y que de baja resistencia. Puedes usar un LMC662 (solo 2 amplificadores en el chip, 8 patas) que es rail to rail y barato.

El valor RDs ON del mosfet de 0,4mOhmios (mas o menos) es muy bueno, pero la resistencia de sense de 0,5Ohmios es alta.
Para una corriente de 3A tendrán que disipar 4,5W, que no es dificil de conseguir, pero te provocarán una caída de 1,5V, que es bastante si quieres usar la carga para probar fuentes de 1,8V 2,5V o 3,3V. (alimentaciones para cores de micros, placas base y tarjetas graficas).

Si introduces algo de ganancia en el operacional U1A podrías trabajar con resistencias mas bajas y ademas tener mas precisión.
Yo usaría Rsense (R3) de 0,1 Ohmios (o sea 0,1V por A) y una ganacia de 15 y así con 4,5V en PWM tendrás una salida de 3A y con 5V 3,3A. De esta forma en las resistencias solo tendrían una caída de tensión de 0,3V y una disipación de 0,9W.
La ganancia la consigues usando alguno de estos esquemas para U1A: http://electronics.stackexchange.com/que...ial-op-amp

También deberías incluir unas resistencias de gate en los mosfet, para evitar oscilaciones en los cambios bruscos de tensión de gate.
  Responder
#15
rubendito escribió:Muy buen proyecto, llevo tiempo queriendo hacer algo parecido, y he estudiado bastante el diseño... cosas que ya había mirado:

Cambia el LM324 por otro rail to rail. Con el Lm324 a 5 V solo puedes tener V de salida de V+ -1.5V o sea 3,5V y es muy poco para el gate del mosfet y que de baja resistencia. Puedes usar un LMC662 (solo 2 amplificadores en el chip, 8 patas) que es rail to rail y barato.

El valor RDs ON del mosfet de 0,4mOhmios (mas o menos) es muy bueno, pero la resistencia de sense de 0,5Ohmios es alta.
Para una corriente de 3A tendrán que disipar 4,5W, que no es dificil de conseguir, pero te provocarán una caída de 1,5V, que es bastante si quieres usar la carga para probar fuentes de 1,8V 2,5V o 3,3V. (alimentaciones para cores de micros, placas base y tarjetas graficas).

Si introduces algo de ganancia en el operacional U1A podrías trabajar con resistencias mas bajas y ademas tener mas precisión.
Yo usaría Rsense (R3) de 0,1 Ohmios (o sea 0,1V por A) y una ganacia de 15 y así con 4,5V en PWM tendrás una salida de 3A y con 5V 3,3A. De esta forma en las resistencias solo tendrían una caída de tensión de 0,3V y una disipación de 0,9W.
La ganancia la consigues usando alguno de estos esquemas para U1A: http://electronics.stackexchange.com/que...ial-op-amp

También deberías incluir unas resistencias de gate en los mosfet, para evitar oscilaciones en los cambios bruscos de tensión de gate.

Buenas noches, llevo un rato aqui probando, tienes razon, el LM324 tiene un Swing de 1.5V, estaba simulando con un modelo "mas ideal" y todo era muy bonito, no me di ni cuenta. He cambiado el OPAMP y ahora ya va mas fino:

Os dejo por aqui unas capturas para varios valores de DutyCycle

100%

[Imagen: 100_zpskvcpi6ug.png]

80%

[Imagen: 80_zps10ztjk9o.png]

50%

[Imagen: 50_zpsmley902v.png]

20%

[Imagen: 20_zpsjl2fcxj5.png]

1% Rizado

[Imagen: noise1_zpssoixwqnl.png]

[Imagen: 1_zpsjw2qotxf.png]

Hasta aqui el primer punto, ahora vamos con la resistencia de gate, buena idea añadir una, sin resistencia en puerta, ante un cambio repentino de la corriente variando el PWM de 0% a 90%, tenemos la siguiente corriente:

[Imagen: Corriente0-9_zpsge0zsalb.png]

No es para nada estable, ante un cambio brusco de corriente, si añadimos una Rgate de 10K, tenemos el siguiente resultado:

[Imagen: 0-9conr_zpsih7d7aiw.png]

El tema de la resistencia, esta pensado para poner dos R de 1Ohm en paralelo, por lo que disiparian a maxima corriente 2.25W, bastante aceptable.

Al igual, que para tension de entrada bajas, tenemos disponible la totalidad de la corriente, aqui se puede ver las diferentes corrientes ante entradas de PWM de 0% a 100% (La tension de prueba son 1.8V):

[Imagen: corrientes_zpskg8rnom7.png]

Y por debajo de 1.8, raro sera probar fuentes Gran sonrisa Gran sonrisa

Mas temas, sobre lo de reducir la R3, hay un circuito en el datasheet del AD8276 interesante, pero requiere de otra resistencia de 1.5ohm aproximadamente por la que circularia la totalidad de la corriente, lo que lleva a a una disipacion bastante considerable. Luego he estado estudiando este circuito:

[Imagen: H4aZi.jpg]

No me acaba de convencer, tal y como esta, la ganancia de corriente viene dada por: I=-(Vref*R2)/(R1*R), si tenemos un control correcto con una configuracion en seguidor, nos ahorramos resistencias extra.

Un pequeño problema, si se puede llamar asi que he encontrado, es que la minima corriente no es 0A, con el DC a 0%, tienes una corriente de 80mA, no es muy elevada, pero es. Esto es debido si no me fallan los calculos, a que el primer OAMP seguidor que actua como filtro, solo puede tener una salida minima de 30mV, pese a ser RailtoRail, existen unos limites.
  Responder
#16
Bueno compañeros, version V1.2, gracias a los consejos, he implementado el OPAMP Dual LMC662, asi como una resistencia en Gate del MOSFET. Aparte he redistribuido la PCB para situar el OPAMP lo mas cerca de los masfet y del Microcontrolador.

[Imagen: V1.1_zpsvslr84dh.png]

[Imagen: V2_2_zpsqpalp5yd.png]

[Imagen: V2_1_zpsssow48am.png]

Cualquier cosilla por aqui andamos, no quiero dilatar mucho mas el pedido de PCBs, esta version saldra con idea de ser un prototipo, veremos de donde cojea, y en futuras versiones, se implementar las mejoras que puedan considerarse.

Un saludo¡¡
  Responder
#17
Buenas a tod@s:

Qué pinta tiene esta plaquita :aplauso: :aplauso: :aplauso:

Muy buen trabajo! Felicidades! Mola
  Responder
#18
Mis diez!!!
  Responder
#19
Te lo digo por aquí también... menudo crack, vaya curro te has pegado!
  Responder
#20
Hola, he estado mirando el esquema y no veo la reducción de la tensión... Me explico: si tienes una resistencia de sense de 1ohm, la corriente es lineal con la tensión aplicada. Es decir, pasará 1A por cada V que pongamos a la entrada (lo cual quiere decir que tendríamos hasta 5A en 1024 pasos).

Si quieres limitar esto o usar una Rsense más pequeña tendrás que:
1. Usar menos pasos en el PWM (implica menos resolución).
2. O dividir la tensión de salida del primer operacional (el que hace de filtro para el PWM) entre lo que toque.

Como vas a usar una resistencia de 0.5ohms como mínimo deberías dividir entre 2 para seguir teniendo 0-5V con 1024 pasos.

S2

Ranganok Schahzaman

PD: a lo mejor ya lo has solucionado por otro lado y no lo he visto.
  Responder


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