fauteuil à assistance électrique - free

LICENCE VEGA

Fauteuil à assistance électrique

Projet Tutoré

Julien Beluche & Mathieu Vicentin


Beluche & Vicentin

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Remerciements

Nous remercions tout particulièrement Mr HIEBEL, qui nous a suivis tout au long de ce projet et, sans

qui, rien n’aurait été possible.

Nous tenons à remercier également toute l’équipe pédagogique pour l’aide qu’elle nous a apportée

tout au long de l’année à travers les cours et les travaux pratiques.


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Sommaire

Table des matières Remerciements ...................................................................................................................................... 1

Sommaire ............................................................................................................................................... 2

1. Introduction .................................................................................................................................... 3

2. Situation initiale .............................................................................................................................. 3

3. Diagramme de Gantt ...................................................................................................................... 4

4. Synoptique...................................................................................................................................... 5

5. Les différents organes. ................................................................................................................... 6

1) Le PIC .......................................................................................................................................... 6

2) Le joystick. .................................................................................................................................. 7

3) Capteur de vitesse ...................................................................................................................... 8

4) Motoréducteurs ......................................................................................................................... 9

5) Module MD03 .......................................................................................................................... 10

6) Carte de puissance ................................................................................................................... 12

7) Carte de commande ................................................................................................................. 13

6. Le protocole I²c (Inter Integrated Circuit) ..................................................................................... 15

7. Les essais ...................................................................................................................................... 16

8. Conclusion .................................................................................................................................... 17

9. Optimisation ................................................................................................................................. 17

10. Annexes ........................................................................................................................................ 18


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1. Introduction

Le projet tutoré a pour but de mettre en application nos connaissances acquises tout au long de

l’année, ainsi que notre esprit d’initiative pour répondre à un cahier des charges.

Le but de notre projet est de remettre en service un fauteuil électrique. En effet ce fauteuil, issu

des années précédentes, n’est plus fonctionnel.

Un fauteuil à assistance électrique permet aux personnes à mobilité réduite de se déplacer avec

facilité. Il répond au besoin des personnes qui, malgré leur mobilité limitée, désirent se déplacer

librement.

2. Situation initiale

Notre fauteuil est composé de différents constituants :

Fauteuil complet

2 batteries 12 V (24 V au total)

2 convertisseurs DC/DC (module MD03)

2 motoréducteurs 24V DC associés à chaque roue arrière

Capteur inductif (mesure de vitesse)

Joystick inductif

Bouton arrêt d’urgence et interrupteur alimentation

Carte de puissance

Carte de commande


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3. Diagramme de Gantt

Ci-dessous planning prévisionnel sous forme de diagramme de Gantt.

Nous avons tout d’abord découpé notre projet en différentes tâches. Cela nous permet de prendre

en compte leur durée et de connaître notre état d’avancement.


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4. Synoptique

Ce synoptique est composé de différents organes que nous allons développer par la suite.

Utilisateur

Joystick

PIC16F877A

I²c

4 entrées analogiques

MD03 D

Mot D

MD03 G

Mot G

Fauteuil

Mouvement


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5. Les différents organes.

1) Le PIC

Nous disposons d’un PIC 16F877A, dont voici le schéma. Ce modèle est amplement suffisant car nous

n’utilisons qu’une entrée d’interruption (en vert) pour le capteur inductif. Nous utilisons également

les entrées analogiques (en rouge) pour le joystick ainsi que la sortie correspondant à la PWM (en

bleu) pour moduler la tension d’alimentation des freins. La programmation du PIC se fait via une

liaison RS232 (en jaune). La communication à l’aide du bus I²C utilise les PINS C6 et C7 (en brun).

Joystick

Frein

I²C

Capteur de vitesse

RS232


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2) Le joystick.

Le joystick traduit la volonté de commande de l’utilisateur du fauteuil.

Il est composé de 5 bobines.

Lorsque l’on incline le joystick, la tension induite fournie

par chaque bobine change en fonction de cette

inclinaison. Ceci est dût à la présence d’une cinquième

bobine placée au centre.

Variation de la tension : 0,8 V à 4,2 V

Une fois la conversion Analogique – Numérique effectuée,

on obtient une valeur comprise entre 40 et 215.


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+12

V

1,8 kΩ

2 ,7 kΩ

3) Capteur de vitesse

Toute notre loi de commande dépend de la vitesse du fauteuil. En effet à l’arrêt, le fait de tourner

sous-entend que l’on peut tourner sur place. Ceci est inimaginable en mouvement.

Pour connaitre la vitesse à tout moment, il a été mis en place un capteur inductif qui réagit

lorsqu’une partie métallique se présente face à lui (voir photos ci-dessous).

Voici la courbe de réponse du capteur inductif lors du passage d’une pièce métallique. Le choix du capteur inductif est dû à la facilité de sa mise en œuvre. L’inconvénient est la perte de

précision à faible vitesse.

En sortie du capteur la tension maximale est de 12V, et l’entrée RB0/INT ne supporte que 5V. Il nous

a donc fallu mettre en place un pont diviseur de tension pour adapter celle-ci.

5

VRBO =

Rroue = 0.15 m P = 2πR = 0.942 m 5 rayons donc r = 0.188 m

Donc

Avec n le nombre de front montant par seconde

Pour la mesure de vitesse, nous avons placé 5 pièces

métalliques sur les 5 rayons de la roue. A chaque passage de la

pièce devant le capteur, le signal de sortie est envoyé sur

l’entrée d’interruption externe. On compte le nombre de front

montant pendant une seconde, on convertit et on obtient la

vitesse en km/h. Etant donné que le pont diviseur n’était pas

présent sur la carte de commande, nous avons placé le pont

diviseur de tension sur une carte différente.

Nous avons également visualisé la vitesse sur l’hyperterminal

Bootloader.

Capteur et pièce métallique.


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4) Motoréducteurs

Chaque roue est entrainée par un moteur à courant continue à excitation série par le biais d’un

réducteur. Chaque moteur est bloqué par un frein électromagnétique à manque de courant. Etant

des freins fonctionnant en tout ou rien, nous avons choisi de moduler à l’aide d’une PWM la tension

d’alimentation de ceux-ci, ceci a pour but d’économiser la charge des batteries.

Mise en service des moteurs :

Alimentation des moteurs en 24VDC

Tension nécessaire à desserrer les freins U > 17V

Tension nécessaire à serrer les freins U < 5 V

Vitesse nominale des moteurs de 310 tr.min-1

Vitesse maximale du fauteuil à vide de 8 km.h-1

MCC Réducteur MCC Réducteur

Roue gauche Roue droite

24 V

Frein électromagnétique démonté de l’arbre moteur

Schéma de l’ensemble batteries, motoréducteurs, roues.

Frein

MCC


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5) Module MD03

Nous disposons de deux modules identiques qui permettent une variation de vitesse des moteurs à

courant continu.

Caractéristiques des modules :

Tensions d’entrée 50VDC max.

Tensions de sortie 24VDC max.

Courants de sortie 20A max.

Différents modes de commande :

o I2C jusqu’à 8 modules avec changement d’adresse grâce aux interrupteurs.

o 0v-2.5-5v entrée analogique. 0v marche arrière, 2.5v stop, 5v marche avant.

o 0v-5v entrée analogique. 0v stop, 5v vitesse max. (Logique positive pour marche

avant et logique négative pour marche arrière).

o Mode Radio Contrôle.

o PWM.

Pour commander nos 2 modules, nous utiliserons le mode I²c, qui est détaillé plus loin.

Pour commencer il faut affecter deux adresses différentes pour chaque module. Pour ce faire nous

utiliseront les interrupteurs présents sur ces derniers.

Nos deux modules auront donc les adresses 0xB0 et 0xB2.


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Pour modifier le sens, la vitesse ou l’accélération, il nous faut les écrire dans des registres. Chaque

registre correspond à une variable qui va commander un paramètre. Dans le tableau suivant sont

détaillés chaque registre.

Nous utiliserons seulement les registres 0, correspondant au sens de rotation, 2 pour la vitesse et 3

pour l’accélération.

Ci-dessous les fonctions permettant de commander les modules MD03 via le protocole I²C. Ses

fonctions ont étés réalisées afin de permettre par la suite de définir plus facilement les différents

paramètres. Deux fonctions sont nécessaires, une pour le sens et la vitesse et une autre pour

l’accélération. Cette dernière ne sera utilisée qu’une seule fois car il s’agit d’un paramètre général.

Pour utiliser le protocole I²C , qui est expliqué plus en détail par la suite, il faut tout d’abord définir

l’adresse correspondant au module voulut, choisir le registre que l’on veut configurer et enfin donner

la valeur souhaitée.

Notez bien que la vitesse est proportionnelle à la valeur tandis que l’accélération augmente lorsque

la valeur diminue.

void Ecriture_speed(int registre, int sens, int vitesse)

i2c_start(); i2c_write(0xB0+resitre); // Adresse pour l’écriture (0xB0) ou pour la lecture (0xB0+1) i2c_write(0); // Registre pour le sens i2c_write(sens); // 01 pour marche avant, 02 pour marche arrière, 00 pour arrêt i2c_write(2); // Registre pour la vitesse i2c_write(vitesse); // Valeur de la vitesse du moteur (entre 0 et255) i2c_stop();

void Ecriture_acceleration(int registre, int acceleration)

i2c_start(); i2c_write(0xB0+registre); // Adresse pour l’écriture (0xB0) ou pour la lecture (0xB0+1) i2c_write(3); // Registre pour l’accélération i2c_write(acceleration); // Valeur de l’accélération du moteur (entre 0 et 255) i2c_stop();


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6) Carte de puissance

Ci-dessous la carte de puissance que nous avons retranscrite avec tous les éléments associés.

A la mise sous tension, la bobine du relais est excitée et les contacts auxiliaires changent d’état. Ainsi

les modules sont alimentés en 24VDC.

Les freins sont commandés via la sortie PWM. En effet celle-ci permet une variation de tension aux

bornes des freins de 0 et 24 VDC.

L’arrêt d’urgence coupe l’alimentation du relais et donc des modules et freins. Ceux-ci étant à

manque de courant, cela a pour effet de bloquer les moteurs.

Le contact marche/arrêt permet d’alimenter la carte de commande (PIC) en 12VDC.


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7) Carte de commande

Ci-dessous le schéma simplifié de la carte de commande.

La carte de commande est alimentée en 12V depuis la carte de puissance, y sont présent différents

élément que nous allons détailler.

L7805 : Régulateur de tension. Il fournit +5V à partir du 12V de la batterie pour l’alimentation

à la fois du PIC et du Joystick.

PIC 16F877A : Microcontrôleur. C’est grâce à lui que nous allons pourvoir communiquer avec

les modules MD03, moduler l’alimentation des freins grâce à la sortie PWM2 et c’est avec les

entrées analogiques que nous pouvons acquérir les données du joystick.


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Liaison RS232 : Liaison permettant de programmer le microcontrôleur (PIN C6-C7). Elle se fait

grâce à un adaptateur composer d’un MAX232 et d’une prise DB9.

Liaison MD03 : Liaison permettant de communiquer avec les modules en bus I²C (PIN C3-C4).

Résistances de pull-up : obligatoire pour le bon fonctionnement de la communication I²C, ici

elles valent chacune 2,2kΩ.

Capteur inductif : Il arrive sur l’entrée d’interruption RB0/INT.

TC4426 et IRF540N : Driver MOSFET et Power MOSFET. Grâce à eux que la modulation en

tension entre 0 et 24V se fait pour l’alimentation des freins.

- Fonctionnement de la PWM et de la modulation des freins :

Rappelons que les freins électromagnétiques sont desserrer pour une tension supérieur à 17 V et

serrer lorsqu’elle est inférieure à 5 V. Il a donc fallut définir une modulation de la tension

d’alimentation des freins grâce à la sortie PWM2 du PIC.

Une tension de 24 V est appliquée au bornier. A la sortie PWM2 du PIC (PIN CCP2) on a un signal

variant entre 0 et 5 V. Grâce aux Driver et Power MOSFET ce signal sera augmenté pour varier entre

0 et 24 V. Une tension étant une différence de potentiel, la tension aux bornes des freins sera donc la

différence entre 24 V et la valeur du signal.

Voici le calcul effectué pour définir nos 2 valeurs :

Cela nous permet donc de moduler en alimentation nos freins et ainsi d’économiser au maximum les

batteries. Ce sont les valeurs que nous utilisons dans notre code.

set_pwm2_duty(40);

Nous donne VPWM = 4 V

Donc Vfrein = 24 – 4 = 20 V

Les freins sont desserrés.

set_pwm2_duty(170);

Nous donne VPWM = 17 V

Donc Vfrein = 24 – 17 = 7 V

Les freins sont toujours

desserrés mais cette fois

avec une tension réduite.

Adaptateur port série/PIC

MAX232 et prise DB9


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6. Le protocole I²c (Inter Integrated Circuit)

Le but du bus I²c est de faire communiquer plusieurs composants grâce à seulement 3 fils.

Le signal de donnée SDA

Le signal d’horloge SCL

La masse pour le signal de référence

Les données sont transmises en série de manière synchrone, elles sont donc envoyer à la suite sur le

même fils, ici appelé SDA. La vitesse de transmission n’étant pas un élément important de notre

système, ce mode convient parfaitement.

Pour transmettre des données il faut surveiller :

La condition de départ : SCL=1 et SDA passe à 0.

La condition d’arrêt : SCL=1 et SDA passe à 1.

Une fois la condition de départ remplie, l’adresse est transmise sur 8 bits, avec le bit de read/write. Il

y a ensuite un bit d’acquittement ACK (acknowledge) que l’on retrouve avant et après l’octet de

données, et enfin la condition d’arrêt.

Le bus I²c ne peut comporter qu’un seul maître et plusieurs esclaves. N’importe quel esclave peut

devenir maître.


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7. Les essais

Voici un récapitulatif des essais et travaux effectués :

Test de fonctionnement des moteurs

Identification des différents éléments et notamment des cartes de commande et de

puissance.

Mise en place de l’acquisition du signal fourni par le capteur pour obtenir une vitesse

exploitable.

Conversion de cette valeur et visualisation sur l’hyperterminal de la vitesse calculée.

Mise en place de la conversion analogique numérique pour les valeurs du joystick.

Essai de communication entre la carte de commande et les modules MD03 via le protocole

I²C sur un petit moteur, essai des différentes variables, sens, vitesse et accélération et de les

commander avec le joystick.

Définition des tensions d’alimentations nécessaires aux serrage/desserrage des freins et mise

en place de la modulation de celle-ci grâce à une PWM.

Câblage.


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8. Conclusion

Ce projet très complet nous a permis d’appréhender différentes problématiques, dans plusieurs

domaines tels que la programmation ou le câblage électrique.

Nous avons eu quelque problème avec la mise en place du protocole I²C et la prise en main des

modules MD03. De plus l’identification des cartes déjà existantes a nécessitée de longues

investigations du fait de l’absence de document. Enfin certain composant n’ont pas supportés les

essais, ce qui nous a obligé à les remplacer.

Comme vous pouvez le voir chaque élément du fauteuil fonctionne indépendamment. Par manque

de temps nous n’avons pas encore pu tester le programme complet mais nous espérons le faire

valider très prochainement.

9. Optimisation

Toutefois le fauteuil pourrait être encore amélioré:

En ajoutant une gestion de charge des batteries. En effet une mesure du courant absorbé en

fonction de temps permettrait de mesurer avec précision le niveau de charge des batteries.

En ajoutant un capteur de vitesse sur la deuxième roue. On obtiendrait une meilleure mesure

de vitesse en moyennant les valeurs

En optimisant la loi de commande. Celle que nous avons créée ne permet qu’une seule

valeur de sensibilité de la direction à vitesse non nulle. Une loi dont la sensibilité serait

inversement proportionnelle à la vitesse serait plus adaptée.

En améliorant l’ergonomie du câblage entre les différents composants.

En mettant en place une méthode simple de recharge des batteries, car dans notre cas il faut

les démonter du fauteuil pour les recharger.

Voilà différents aspect qui pourraient être plus approfondies à l’avenir.


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10. Annexes

1) Programme

#include <C:\Logiciels\PICC\Devices\16F877A.h>

#fuses HS,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP

#use i2c(MASTER, sda=PIN_C4, scl=PIN_C3) // Utilisation bus I2c

#use delay (clock=20000000)

#use rs232 (baud=19200, xmit=PIN_C6, rcv=PIN_C7) // Utilisation RS232

#include <Z:\Projet Tut\Programme\MD03_2013.c> // Include des fonctions prédéfinies

int h,b,g,d,i,n; // 4 positions du joystick et autres variables

float v;

#int_ext

ext() // Comptage des fronts montants correspondant au capteur de vitesse

i++;

#int_timer0

tmr0() // Création de la base de temps de une seconde pour le comptage

// des fronts montants

n=i;

i=0;

set_timer0(46004);

void main()

setup_ccp2 (CCP_PWM); // Utilisation de la PWM2

setup_timer_2(T2_DIV_BY_4,255,1); // Réglage du timer 2

enable_interrupts (INT_EXT); // Réglage des intérruptions

ext_int_edge (0,L_TO_H);

enable_interrupts (INT_TIMER0);

enable_interrupts (GLOBAL);

setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_256); // Réglage du timer0

set_timer0 (46004);

while (true)

v=n*0.188*3.6; // Formule de la vitesse avec v en km/h

setup_adc(adc_clock_internal);

setup_adc_ports(ALL_ANALOG); // Utilisation des entrées analogique pour

set_adc_channel(0); // la conversion analogique/numérique

b=read_adc();

delay_us(50);

set_adc_channel(1);

h=read_adc();

delay_us(50);

set_adc_channel(2);

g=read_adc();

delay_us(50);

set_adc_channel(3);


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d=read_adc();

delay_us(50);

Ecriture_acc_MD03(0, 250); //Accélération faible

Ecriture_speed_MD03(0, 1, (h-127));


if ((h<117) || (h>137))

set_pwm2_duty(42); //Freins désserrés

delay_ms(500);

set_pwm2_duty(170); //Freins désserrés Mode éco

if ((h<=137) && (h>=117) && (g>120 && g<135) && (d>120 && d<135))

Ecriture_speed_MD03(0, 1, 0); //Stop MotD

Ecriture_speed_MD03(2, 1, 0); //Stop MotG

delay_ms(1000);

set_pwm2_duty(255); //Freins serrés

delay_ms(500);

if ((h<=137) && (h>=117) && (g>135) && (d<120))

set_pwm2_duty(42);

delay_ms(50);

Ecriture_speed_MD03(0, 1, 50); // Tourne à gauche à l'arrêt

Ecriture_speed_MD03(2, 2, 50);

delay_ms(50);

if ((h<=137) && (h>=117) && (d>135) && (g<120))

set_pwm2_duty(42);

delay_ms(50) ;

Ecriture_speed_MD03(0, 2, 50); // Tourne à droite à l'arrêt

Ecriture_speed_MD03(2, 1, 50);

delay_ms(50);

if (v!=0)

if ((d>135) && (g<120)) // Tourne à droite en roulant



if ((g>135) && (d<120)) // Tourne à gauche en roulant




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2) Typon de la carte de commande

Inductive sensors

Made in Germany

IG5285IGB3008-BPKGInductive sensor

Metal thread M18 x 1Cable

Sensing range 8 mm [nf]non-flush mountable

DC PNPElectrical designnormally openOutput

18...36 DCOperating voltage [V]150 (...50 °C) / 125 (...80 °C)Current rating [mA]

pulsedShort-circuit protectionyesReverse polarity protectionyesOverload protection< 2.5Voltage drop [V]

< 15 (24 V)Current consumption [mA]

8 ± 10 %Real sensing range [mm]0...6.5Operating distance [mm]-10...10Switch-point drift [% of Sr]1...15Hysteresis [% of Sr]200Switching frequency [Hz]

mild steel = 1 / stainless steel approx. 0.7 / brass approx. 0.4 / Al approx. 0.3 / Cuapprox. 0.2

Correction factors

-25...80Ambient temperature [°C]IP 67, IIProtection

EN 60947-5-2class BEN 55011:

EMC

brass white bronze coated; active face: PC (polycarbonate)Housing materialsFunction display

yellowSwitching status LED

PVC cable / 2 m; 3 x 0.5 mm²Connection

0.127Weight [kg]2 lock nutsAccessories (included)

WiringCore colours

brownBNblueBUblackBK

ifm electronic gmbh • Friedrichstraße 1 • 45128 Essen — We reserve the right to make technical alterations without prior notice. — GB — IG5285 — 06.03.2003

IRF540NHEXFET® Power MOSFET

03/13/01

Parameter Typ. Max. Units

RθJC Junction-to-Case ––– 1.15

RθCS Case-to-Sink, Flat, Greased Surface 0.50 ––– °C/W

RθJA Junction-to-Ambient ––– 62

Thermal Resistance

www.irf.com 1

VDSS = 100V

RDS(on) = 44mΩ

ID = 33AS

D

G

TO-220AB

Advanced HEXFET® Power MOSFETs from InternationalRectifier utilize advanced processing techniques to achieveextremely low on-resistance per silicon area. This benefit,combined with the fast switching speed and ruggedizeddevice design that HEXFET power MOSFETs are wellknown for, provides the designer with an extremely efficientand reliable device for use in a wide variety of applications.

The TO-220 package is universally preferred for all

commercial-industrial applications at power dissipation

levels to approximately 50 watts. The low thermal

resistance and low package cost of the TO-220 contribute

to its wide acceptance throughout the industry.

l Advanced Process Technology

l Ultra Low On-Resistance

l Dynamic dv/dt Rating

l 175°C Operating Temperature

l Fast Switching

l Fully Avalanche Rated

Description

Absolute Maximum Ratings

Parameter Max. Units

ID @ TC = 25°C Continuous Drain Current, VGS @ 10V 33

ID @ TC = 100°C Continuous Drain Current, VGS @ 10V 23 A

IDM Pulsed Drain Current 110

PD @TC = 25°C Power Dissipation 130 W

Linear Derating Factor 0.87 W/°C

VGS Gate-to-Source Voltage ± 20 V

IAR Avalanche Current 16 A

EAR Repetitive Avalanche Energy 13 mJ

dv/dt Peak Diode Recovery dv/dt 7.0 V/ns

TJ Operating Junction and -55 to + 175

TSTG Storage Temperature Range

Soldering Temperature, for 10 seconds 300 (1.6mm from case )

°C

Mounting torque, 6-32 or M3 srew 10 lbf•in (1.1N•m)

PD - 91341B

IRF540N

2 www.irf.com

S

D

G

Parameter Min. Typ. Max. Units Conditions

IS Continuous Source Current MOSFET symbol

(Body Diode)––– –––

showing the

ISM Pulsed Source Current integral reverse

(Body Diode)––– –––

p-n junction diode.

VSD Diode Forward Voltage ––– ––– 1.2 V TJ = 25°C, IS = 16A, VGS = 0V

trr Reverse Recovery Time ––– 115 170 ns TJ = 25°C, IF = 16A

Qrr Reverse Recovery Charge ––– 505 760 nC di/dt = 100A/µs

ton Forward Turn-On Time Intrinsic turn-on time is negligible (turn-on is dominated by LS+LD)

Source-Drain Ratings and Characteristics

33

110

A

Starting TJ = 25°C, L =1.5mH

RG = 25Ω, IAS = 16A. (See Figure 12)

Repetitive rating; pulse width limited by

max. junction temperature. (See fig. 11)

Notes:

ISD ≤ 16A, di/dt ≤ 340A/µs, VDD ≤ V(BR)DSS,

TJ ≤ 175°C

Pulse width ≤ 400µs; duty cycle ≤ 2%.

This is a typical value at device destruction and represents

operation outside rated limits.

This is a calculated value limited to TJ = 175°C .

Parameter Min. Typ. Max. Units Conditions

V(BR)DSS Drain-to-Source Breakdown Voltage 100 ––– ––– V VGS = 0V, ID = 250µA

∆V(BR)DSS/∆TJ Breakdown Voltage Temp. Coefficient ––– 0.12 ––– V/°C Reference to 25°C, ID = 1mA

RDS(on) Static Drain-to-Source On-Resistance ––– ––– 44 mΩ VGS = 10V, ID = 16A

VGS(th) Gate Threshold Voltage 2.0 ––– 4.0 V VDS = VGS, ID = 250µA

gfs Forward Transconductance 21 ––– ––– S VDS = 50V, ID = 16A

––– ––– 25µA

VDS = 100V, VGS = 0V

––– ––– 250 VDS = 80V, VGS = 0V, TJ = 150°C

Gate-to-Source Forward Leakage ––– ––– 100 VGS = 20V

Gate-to-Source Reverse Leakage ––– ––– -100nA

VGS = -20V

Qg Total Gate Charge ––– ––– 71 ID = 16A

Qgs Gate-to-Source Charge ––– ––– 14 nC VDS = 80V

Qgd Gate-to-Drain ("Miller") Charge ––– ––– 21 VGS = 10V, See Fig. 6 and 13

td(on) Turn-On Delay Time ––– 11 ––– VDD = 50V

tr Rise Time ––– 35 ––– ID = 16A

td(off) Turn-Off Delay Time ––– 39 ––– RG = 5.1Ω

tf Fall Time ––– 35 ––– VGS = 10V, See Fig. 10

Between lead,––– –––

6mm (0.25in.)

from package

and center of die contact

Ciss Input Capacitance ––– 1960 ––– VGS = 0V

Coss Output Capacitance ––– 250 ––– VDS = 25V

Crss Reverse Transfer Capacitance ––– 40 ––– pF ƒ = 1.0MHz, See Fig. 5

EAS Single Pulse Avalanche Energy ––– 700 185 mJ IAS = 16A, L = 1.5mH

nH

Electrical Characteristics @ TJ = 25°C (unless otherwise specified)

LD Internal Drain Inductance

LS Internal Source Inductance ––– –––S

D

G

IGSS

ns

4.5

7.5

IDSS Drain-to-Source Leakage Current

August 2006 Rev. 13 1/47

47

L7800 series

Positive voltage regulators

Feature summary

Output current to 1.5A

Output voltages of 5; 5.2; 6; 8; 8.5; 9; 10; 12;

15; 18; 24V

Thermal overload protection

Short circuit protection

Output transition SOA protection

Description

The L7800 series of three-terminal positive

regulators is available in TO-220, TO-220FP, TO-3

and D2PAK packages and several fixed output

voltages, making it useful in a wide range of

applications. These regulators can provide local

on-card regulation, eliminating the distribution

problems associated with single point regulation.

Each type employs internal current limiting,

thermal shut-down and safe area protection,

making it essentially indestructible. If adequate

heat sinking is provided, they can deliver over 1A

output current. Although designed

primarily as fixed voltage regulators, these

devices can be used with external components to

obtain adjustable voltage and currents.

TO-220FP

D2PAK

TO-220

TO-3

www.st.com

Schematic diagram

L7800 series Pin configuration

3/47

1 Pin configuration

Figure 1. Pin connections (top view)

TO220FP

TO-3

TO-220

D2PAK (Any Type)

Figure 2. Schematic diagram

Maximum ratings L7800 series

4/47

2 Maximum ratings

Note: Absolute Maximum Ratings are those values beyond which damage to the device may occur. Functional operation under these condition is not implied

Table 1. Absolute maximum ratings

Symbol Parameter Value Unit

VI DC Input voltagefor VO= 5 to 18V 35

Vfor VO= 20, 24V 40

IO Output current Internally Limited

PD Power dissipation Internally Limited

TSTG Storage temperature range -65 to 150 °C

TOP Operating junction temperature rangefor L7800 -55 to 150

°Cfor L7800C 0 to 150

Table 2. Thermal Data

Symbol Parameter D2PAK TO-220 TO-220FP TO-3 Unit

RthJC Thermal resistance junction-case 3 5 5 4 °C/W

RthJA Thermal resistance junction-ambient 62.5 50 60 35 °C/W

Figure 3. Application circuits

2003 Microchip Technology Inc. DS39582B-page 1

PIC16F87XA

Devices Included in this Data Sheet:

High-Performance RISC CPU:

• Only 35 single-word instructions to learn

• All single-cycle instructions except for program

branches, which are two-cycle

• Operating speed: DC – 20 MHz clock input

DC – 200 ns instruction cycle

• Up to 8K x 14 words of Flash Program Memory,

Up to 368 x 8 bytes of Data Memory (RAM),

Up to 256 x 8 bytes of EEPROM Data Memory

• Pinout compatible to other 28-pin or 40/44-pin

PIC16CXXX and PIC16FXXX microcontrollers

Peripheral Features:

• Timer0: 8-bit timer/counter with 8-bit prescaler

• Timer1: 16-bit timer/counter with prescaler,

can be incremented during Sleep via external

crystal/clock

• Timer2: 8-bit timer/counter with 8-bit period

register, prescaler and postscaler

• Two Capture, Compare, PWM modules

- Capture is 16-bit, max. resolution is 12.5 ns

- Compare is 16-bit, max. resolution is 200 ns

- PWM max. resolution is 10-bit

• Synchronous Serial Port (SSP) with SPI™

(Master mode) and I2C™ (Master/Slave)

• Universal Synchronous Asynchronous Receiver

Transmitter (USART/SCI) with 9-bit address

detection

• Parallel Slave Port (PSP) – 8 bits wide with

external RD, WR and CS controls (40/44-pin only)

• Brown-out detection circuitry for

Brown-out Reset (BOR)

Analog Features:

• 10-bit, up to 8-channel Analog-to-Digital

Converter (A/D)

• Brown-out Reset (BOR)

• Analog Comparator module with:

- Two analog comparators

- Programmable on-chip voltage reference

(VREF) module

- Programmable input multiplexing from device

inputs and internal voltage reference

- Comparator outputs are externally accessible

Special Microcontroller Features:

• 100,000 erase/write cycle Enhanced Flash

program memory typical

• 1,000,000 erase/write cycle Data EEPROM

memory typical

• Data EEPROM Retention > 40 years

• Self-reprogrammable under software control

• In-Circuit Serial Programming™ (ICSP™)

via two pins

• Single-supply 5V In-Circuit Serial Programming

• Watchdog Timer (WDT) with its own on-chip RC

oscillator for reliable operation

• Programmable code protection

• Power saving Sleep mode

• Selectable oscillator options

• In-Circuit Debug (ICD) via two pins

CMOS Technology:

• Low-power, high-speed Flash/EEPROM

technology

• Fully static design

• Wide operating voltage range (2.0V to 5.5V)

• Commercial and Industrial temperature ranges

• Low-power consumption

• PIC16F873A

• PIC16F874A

• PIC16F876A

• PIC16F877A

Device

Program Memory Data

SRAM

(Bytes)

EEPROM

(Bytes)I/O

10-bit

A/D (ch)

CCP

(PWM)

MSSP

USARTTimers

8/16-bitComparators

Bytes# Single Word

InstructionsSPI

Master

I2C

PIC16F873A 7.2K 4096 192 128 22 5 2 Yes Yes Yes 2/1 2




28/40/44-Pin Enhanced Flash Microcontrollers


PIC16F87XA

Pin Diagrams (Continued)

RB7/PGD

RB6/PGC

RB5

RB4

RB3/PGM

RB2

RB1

RB0/INT

VDD

VSS

RD7/PSP7

RD6/PSP6RD5/PSP5

RD4/PSP4

RC7/RX/DT

RC6/TX/CK

RC5/SDO

RC4/SDI/SDA

RD3/PSP3

RD2/PSP2

MCLR/VPP

RA0/AN0

RA1/AN1RA2/AN2/VREF-/CVREF

RA3/AN3/VREF+

RA4/T0CKI/C1OUT

RA5/AN4/SS/C2OUT

RE0/RD/AN5

RE1/WR/AN6

RE2/CS/AN7

VDD

VSS

OSC1/CLKI

OSC2/CLKO

RC0/T1OSO/T1CKI

RC1/T1OSI/CCP2

RC2/CCP1

RC3/SCK/SCL

RD0/PSP0

RD1/PSP1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

40

39

38

37

36

35

34

33

32

31

30

29

28

27

26

25

24

23

22

21

PIC

16

F87

4A

/87

7A

40-Pin PDIP

1011121314151617

18

19

20

21

22

23

24

25

26

44

87

6 5 4 3 2 1

27

28

2930313233343536373839

40

41

42

43

9

PIC16F874A

RA4/T0CKI/C1OUTRA5/AN4/SS/C2OUT

RE0/RD/AN5

OSC1/CLKIOSC2/CLKO

RC0/T1OSO/T1CK1NC

RE1/WR/AN6RE2/CS/AN7

VDD

VSS

RB3/PGMRB2RB1RB0/INTVDD

VSS

RD7/PSP7RD6/PSP6RD5/PSP5RD4/PSP4

RA

3/A

N3/V

RE

F+

RA

2/A

N2/V

RE

F-/

CV

RE

F

RA

1/A

N1

RA

0/A

N0

MC

LR

/VP

P

NC

RB

7/P

GD

RB

6/P

GC

RB

5R

B4

NC

NC

RC

6/T

X/C

KR

C5

/SD

OR

C4

/SD

I/S

DA

RD

3/P

SP

3R

D2

/PS

P2

RD

1/P

SP

1R

D0

/PS

P0

RC

3/S

CK

/SC

LR

C2/C

CP

1R

C1/T

1O

SI/

CC

P2

1011

2

345

6

1

18

19

20

21

22

12

13

14

15

38

87

44

43

42

41

40

39

16

17

29

30313233

232425

26

27

28

36

34

35

9

PIC16F874A

37

RA

3/A

N3/V

RE

F+

RA

2/A

N2/V

RE

F-/

CV

RE

F

RA

1/A

N1

RA

0/A

N0

MC

LR

/VP

P

NC

RB

7/P

GD

RB

6/P

GC

RB

5R

B4

NC

RC

6/T

X/C

KR

C5/S

DO

RC

4/S

DI/

SD

AR

D3/P

SP

3R

D2/P

SP

2R

D1/P

SP

1R

D0/P

SP

0R

C3/S

CK

/SC

LR

C2/C

CP

1R

C1/T

1O

SI/

CC

P2

NC

NCRC0/T1OSO/T1CKIOSC2/CLKOOSC1/CLKIVSS

VDD

RE2/CS/AN7RE1/WR/AN6RE0/RD/AN5RA5/AN4/SS/C2OUTRA4/T0CKI/C1OUT

RC7/RX/DTRD4/PSP4RD5/PSP5RD6/PSP6RD7/PSP7

VSS

VDD

RB0/INTRB1RB2

RB3/PGM

44-Pin PLCC

44-Pin TQFP

PIC16F877A

PIC16F877A

RC7/RX/DT


PIC16F87XA

1.0 DEVICE OVERVIEW

This document contains device specific information

about the following devices:

• PIC16F873A

• PIC16F874A

• PIC16F876A

• PIC16F877A

PIC16F873A/876A devices are available only in 28-pin

packages, while PIC16F874A/877A devices are avail-

able in 40-pin and 44-pin packages. All devices in the

PIC16F87XA family share common architecture with

the following differences:

• The PIC16F873A and PIC16F874A have one-half

of the total on-chip memory of the PIC16F876A

and PIC16F877A

• The 28-pin devices have three I/O ports, while the

40/44-pin devices have five

• The 28-pin devices have fourteen interrupts, while

the 40/44-pin devices have fifteen

• The 28-pin devices have five A/D input channels,

while the 40/44-pin devices have eight

• The Parallel Slave Port is implemented only on

the 40/44-pin devices

The available features are summarized in Table 1-1.

Block diagrams of the PIC16F873A/876A and

PIC16F874A/877A devices are provided in Figure 1-1

and Figure 1-2, respectively. The pinouts for these

device families are listed in Table 1-2 and Table 1-3.

Additional information may be found in the PICmicro®

Mid-Range Reference Manual (DS33023), which may

be obtained from your local Microchip Sales Represen-

tative or downloaded from the Microchip web site. The

Reference Manual should be considered a complemen-

tary document to this data sheet and is highly recom-

mended reading for a better understanding of the device

architecture and operation of the peripheral modules.

TABLE 1-1: PIC16F87XA DEVICE FEATURES

Key Features PIC16F873A PIC16F874A PIC16F876A PIC16F877A

Operating Frequency DC – 20 MHz DC – 20 MHz DC – 20 MHz DC – 20 MHz

Resets (and Delays) POR, BOR

(PWRT, OST)

POR, BOR

(PWRT, OST)

POR, BOR

(PWRT, OST)

POR, BOR

(PWRT, OST)

Flash Program Memory

(14-bit words)

4K 4K 8K 8K

Data Memory (bytes) 192 192 368 368

EEPROM Data Memory (bytes) 128 128 256 256

Interrupts 14 15 14 15

I/O Ports Ports A, B, C Ports A, B, C, D, E Ports A, B, C Ports A, B, C, D, E

Timers 3 3 3 3

Capture/Compare/PWM modules 2 2 2 2

Serial Communications MSSP, USART MSSP, USART MSSP, USART MSSP, USART

Parallel Communications — PSP — PSP

10-bit Analog-to-Digital Module 5 input channels 8 input channels 5 input channels 8 input channels

Analog Comparators 2 2 2 2

Instruction Set 35 Instructions 35 Instructions 35 Instructions 35 Instructions

Packages 28-pin PDIP

28-pin SOIC

28-pin SSOP

28-pin QFN

40-pin PDIP

44-pin PLCC

44-pin TQFP

44-pin QFN

28-pin PDIP

28-pin SOIC

28-pin SSOP

28-pin QFN

40-pin PDIP

44-pin PLCC

44-pin TQFP

44-pin QFN

© 2006 Microchip Technology Inc. DS21422D-page 1

TC4426/TC4427/TC4428

Features:

• High Peak Output Current – 1.5A

• Wide Input Supply Voltage Operating Range:

- 4.5V to 18V

• High Capacitive Load Drive Capability – 1000 pF

in 25 ns (typ.)

• Short Delay Times – 40 ns (typ.)

• Matched Rise and Fall Times

• Low Supply Current:

- With Logic ‘1’ Input – 4 mA

- With Logic ‘0’ Input – 400 µA

• Low Output Impedance – 7Ω

• Latch-Up Protected: Will Withstand 0.5A Reverse

Current

• Input Will Withstand Negative Inputs Up to 5V

• ESD Protected – 4 kV

• Pin-compatible with the TC426/TC427/TC428

• Space-saving 8-Pin MSOP and 8-Pin 6x5 DFN

Packages

Applications:

• Switch Mode Power Supplies

• Line Drivers

• Pulse Transformer Drive

General Description:

The TC4426/TC4427/TC4428 are improved versions

of the earlier TC426/TC427/TC428 family of MOSFET

drivers. The TC4426/TC4427/TC4428 devices have

matched rise and fall times when charging and

discharging the gate of a MOSFET.

These devices are highly latch-up resistant under any

conditions within their power and voltage ratings. They

are not subject to damage when up to 5V of noise spik-

ing (of either polarity) occurs on the ground pin. They

can accept, without damage or logic upset, up to

500 mA of reverse current (of either polarity) being

forced back into their outputs. All terminals are fully

protected against Electrostatic Discharge (ESD) up to

4 kV.

The TC4426/TC4427/TC4428 MOSFET drivers can

easily charge/discharge 1000 pF gate capacitances in

under 30 ns. These devices provide low enough

impedances in both the on and off states to ensure the

MOSFET’s intended state will not be affected, even by

large transients.

Other compatible drivers are the TC4426A/TC4427A/

TC4428A family of devices. The TC4426A/TC4427A/

TC4428A devices have matched leading and falling

edge input-to-output delay times, in addition to the

matched rise and fall times of the TC4426/TC4427/

TC4428 devices.

Package Types

Note 1: Exposed pad of the DFN package is electrically isolated.

8-Pin DFN(1)

NC

IN A

GND

IN B

2

3

4 5

6

7

811

2

3

4

NC

5

6

7

8

OUT A

OUT B

NC

IN A

GND

IN B

VDD

TC4426

TC4427

TC4426 TC4427

NC

OUT A

OUT B

VDD

TC4426

TC4427

TC4428

NC

OUT A

OUT B

VDDTC4428

TC4428

NC

OUT A

OUT B

VDD

TC4426 TC4427

NC

OUT A

OUT B

VDD

TC4428

NC

OUT A

OUT B

VDD

8-Pin MSOP/PDIP/SOIC

1.5A Dual High-Speed Power MOSFET Drivers

TC4426/TC4427/TC4428

DS21422D-page 2 © 2006 Microchip Technology Inc.

Functional Block Diagram

Effective Input C = 12 pF (Each Input)

TC4426/TC4427/TC4428

Output

Input

GND

VDD

300 mV

4.7V

Inverting

Non-Inverting

Note 1: TC4426 has two inverting drivers, while the TC4427 has two non-inverting

drivers. The TC4428 has one inverting and one non-inverting driver.

2: Ground any unused driver input.

1.5 mA

© 2006 Microchip Technology Inc. DS21422D-page 3

TC4426/TC4427/TC4428

1.0 ELECTRICAL CHARACTERISTICS

Absolute Maximum Ratings †

Supply Voltage .....................................................+22V

Input Voltage, IN A or IN B

..................................... (VDD + 0.3V) to (GND – 5V)

Package Power Dissipation (TA ≤ 70°C)

DFN .............................................................. Note 3

MSOP..........................................................340 mW

PDIP ............................................................ 730 mW

SOIC............................................................ 470 mW

Storage Temperature Range.............. -65°C to +150°C

Maximum Junction Temperature...................... +150°C

† Stresses above those listed under “Absolute Maximum

Ratings” may cause permanent damage to the device. These

are stress ratings only and functional operation of the device

at these or any other conditions above those indicated in the

operation sections of the specifications is not implied.

Exposure to Absolute Maximum Rating conditions for

extended periods may affect device reliability.

PIN FUNCTION TABLE

DC CHARACTERISTICS

Name Function

NC No Connection

IN A Input A

GND Ground

IN B Input B

OUT B Output B

VDD Supply Input

OUT A Output A

NC No Connection

Electrical Specifications: Unless otherwise noted, TA = +25ºC with 4.5V ≤ VDD ≤ 18V.

Parameters Sym Min Typ Max Units Conditions

Input

Logic ‘1’, High Input Voltage VIH 2.4 — — V Note 2

Logic ‘0’, Low Input Voltage VIL — — 0.8 V

Input Current IIN -1.0 — +1.0 µA 0V ≤ VIN ≤ VDD

Output

High Output Voltage VOH VDD – 0.025 — — V DC Test

Low Output Voltage VOL — — 0.025 V DC Test

Output Resistance RO — 7 10 Ω IOUT = 10 mA, VDD = 18V

Peak Output Current IPK — 1.5 — A VDD = 18V

Latch-Up Protection

Withstand Reverse Current

IREV — > 0.5 — A Duty cycle ≤ 2%, t ≤ 300 µs

VDD = 18V

Switching Time (Note 1)

Rise Time tR — 19 30 ns Figure 4-1

Fall Time tF — 19 30 ns Figure 4-1

Delay Time tD1 — 20 30 ns Figure 4-1

Delay Time tD2 — 40 50 ns Figure 4-1

Power Supply

Power Supply Current IS —

—

—

—

4.5

0.4

mA VIN = 3V (Both inputs)

VIN = 0V (Both inputs)

Note 1: Switching times ensured by design.

2: For V temperature range devices, the VIH (Min) limit is 2.0V.

3: Package power dissipation is dependent on the copper pad area on the PCB.

TC4426/TC4427/TC4428

DS21422D-page 4 © 2006 Microchip Technology Inc.

DC CHARACTERISTICS (OVER OPERATING TEMPERATURE RANGE)

TEMPERATURE CHARACTERISTICS

Electrical Specifications: Unless otherwise noted, over operating temperature range with 4.5V ≤ VDD ≤ 18V.


Input

Logic ‘1’, High Input Voltage VIH 2.4 — — V Note 2

Logic ‘0’, Low Input Voltage VIL — — 0.8 V

Input Current IIN -10 — +10 µA 0V ≤ VIN ≤ VDD

Output

High Output Voltage VOH VDD – 0.025 — — V DC Test

Low Output Voltage VOL — — 0.025 V DC Test

Output Resistance RO — 9 12 Ω IOUT = 10 mA, VDD = 18V

Peak Output Current IPK — 1.5 — A VDD = 18V

Latch-Up Protection

Withstand Reverse Current

IREV — >0.5 — A Duty cycle ≤ 2%, t ≤ 300 µs

VDD = 18V

Switching Time (Note 1)

Rise Time tR — — 40 ns Figure 4-1

Fall Time tF — — 40 ns Figure 4-1

Delay Time tD1 — — 40 ns Figure 4-1

Delay Time tD2 — — 60 ns Figure 4-1

Power Supply

Power Supply Current IS —

—

—

—

8.0

0.6

mA VIN = 3V (Both inputs)

VIN = 0V (Both inputs)

Note 1: Switching times ensured by design.

2: For V temperature range devices, the VIH (Min) limit is 2.0V.

Electrical Specifications: Unless otherwise noted, all parameters apply with 4.5V ≤ VDD ≤ 18V.


Temperature Ranges

Specified Temperature Range (C) TA 0 — +70 °C

Specified Temperature Range (E) TA -40 — +85 °C

Specified Temperature Range (V) TA -40 — +125 °C

Maximum Junction Temperature TJ — — +150 °C

Storage Temperature Range TA -65 — +150 °C

Package Thermal Resistances

Thermal Resistance, 8L-6x5 DFN θJA — 33.2 — °C/W

Thermal Resistance, 8L-MSOP θJA — 206 — °C/W

Thermal Resistance, 8L-PDIP θJA — 125 — °C/W

Thermal Resistance, 8L-SOIC θJA — 155 — °C/W

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