- Desafio de Robs -

Escola Politcnica Universidade de So Paulo

So Paulo, agosto de 2008

Categorias Hobbyweight Sum Hockey

Informaes gerais: Para o projeto dos robs das categorias Hobbyweight Sum Hockey foram projetadas placas de eletrnica de potncia diferentes daquelas usadas nos robs da categoria Middleweight, com limite mximo de peso em 120lb (54,4kg). Como esses prottipos so menores e portanto mais leves, com limite de peso para as categorias Hobbyweight e Hockey de 12lb (5,44kg) e para a categoria Sum 3kg, as placas de circuito impresso projetadas apresentam limites de corrente e tenso eltricas menores em relao s primeiras.

Especificao do projeto: O principal componente das placas de potncia o driver responsvel pelo chaveamento adequado, de forma que, dependendo da seqncia de chaves ativadas/desativadas; os motores associados s rodas permitam os movimentos bsicos do rob: para frente (duas rodas para frente), para trs (duas rodas para trs), para direita e esquerda (uma das rodas para frente e outra para trs e vice-e-versa). Nesse caso, o HIP4082 foi escolhido para testes e implementao do circuito final. Esse driver apresenta limite mximo de tenso em 80V (as baterias de alimentao fornecem 12V no total) e de corrente de 1.2 A de pico. Ele trabalha em freqncias mdias, sendo funcionalmente uma ponte H implementada atravs de MOSFETs do tipo N.

F igura 01 Vista superior com pinagem do HIP4082

Abaixo segue uma explicao genrica para o funcionamento da ponte H para que, posteriormente, possa ser especificado o funcionamento do driver representado acima.

Ponte H um circuito eletrnico que permite que um motor DC rode tanto para um sentido quanto para outro. Esse sistema freqentemente usado para controles de robtica, sendo representados em abordagens mais comuns do cotidiano tais como no controle das rodas de um carrinho de brinquedo.

F igura 02 Esquema genrico da ponte H

A nomeao desse circuito se deve a forma que assume aps montado. Ele constitudo de quatro chaves (S1-S4), implementadas atravs de transistores, rels ou MOSFETs, acionadas de maneira alternada: S1 e S4 ou S2 e S3. Assim sendo, as chaves S1 e S2 ou S3 e S4 no podem ser acionadas ao mesmo momento, pois gerariam um curto-circuito com a fonte de alimentao. Dependendo da configurao acionada, quando feita adequadamente, o motor gira em um sentido. Se a configurao for invertida, o motor gira no sentido oposto. Os modos de funcionamento de uma ponte H genrica esto representados abaixo.

F igura 03 Modo de funcionamento da ponte H parte I

F igura 04 Modos de funcionamento da ponte H parte II

Assim sendo, o HIP4082 utiliza-se desses modos de funcionamento, fazendo o chaveamento entre as chaves. Abaixo, est representada a ligao simplificada feita entre este componente e os MOSFETs (ou chaves).

F igura 05 Diagrama de blocos - A plicao do HIP4082

Uma peculiaridade do driver o fato das entradas BHI e AHI estarem sempre em nvel alto. Nomeando de lado A o lado direito da figura acima e o lado B, o esquerdo; neste momento, possvel afirmar que os dois FETS de um mesmo lado no podem estar conduzindo ao mesmo tempo. A explicao desse fenmeno foi ditada durante a descrio do funcionamento da ponte H. Assim sendo, dependendo da configurao nas entradas BLI e ALI, o motor (ou carga/load) ter uma rotao em certo sentido.

Os MOSFETs empregados na montagem foram o IRFZ34N, que suportam at 55V de tenso e 26 A de pico. Alm disso, a resistncia entre dreno e fonte de, aproximadamente, 0.04, o que garante alta velocidade de chaveamento e baixas perdas por efeito joule. Esse componente largamente usado comercial e industrialmente para aplicaes com dissipao de potncia em torno de 50W.

F igura 06 Representao do FET IRFZ34N dada pelo fabricante

(International Rectifier)

O layout final da placa pode ser verificado abaixo.

Placa de potncia Vista Superior Placa de Potncia Vista Inferior