Extension 16 PWM MOSFET pour KL25Z v 1.1 + FUSE BOX

Extension 16 PWM MOSFET pour KL25Z v 1.1 + FUSE BOX

Kara 11 février 2020
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Ce projet est basé sur le travail open source de MJR pour PINSCAPE
Toutes les sources sont disponibles ici:

http://mjrnet.org/pinscape/expansion-board.html

Ces cartes sont sous licence GPL 3.0
SOMMAIRE :
• 1 – Présentation des cartes
a – Carte d’extension
b – Fuse Box
• 2 – Installation des cartes
a – Câblage des cartes
b – Partie logiciel
• 3 – Fabrication des cartes
a – Explication
b – Hardware
• 4 – Schémas et exemples de câblage
1 – PRESENTATION DES CARTES :
a – La carte d’extension 16 PWM Mosfet

Cette carte se câble sur une KL25Z sous Pinscape. Elle utilise 4 sorties digitales et 1 sortie PWM, ainsi qu’un 5V et qu’une masse commune à la KL25Z. Elle permet d’ajouter 16 sorties PWM à la KL25Z, et les cartes peuvent se connecter les unes à la suite des autres pour ainsi ajouter autant de sorties PWM que l’on veut, en utilisant seulement les 5 câbles sur la KL25Z . Chaque sortie passe par un optocoupleur pour bien séparer les signaux électriques, et dans un MOSFET.
Chaque piste est calculé pour laisser passer 8 ampères, et il est déconseillé de dépasser les 40 ampères en même temps toutes sorties cumulées.
On peut commander des TOYS en sortie de 0 à 48V . Les commandes s’effectuent par la borne négative du toys, le coté positif de ce dernier sera relié à la borne positive de l’alimentation dédiée aux toys.
La commande de la carte s’effectuant à l’aide de 7 fils de signaux, il est intéressante de noter que l’on peux éloigner la carte d’extension de la KL25Z jusqu’à l’autre bout du pincab avec son alimentation dédiée grâce à seulement 7 petits câbles, et ainsi réduire les longueurs de câble puissance et regrouper tout cela ou bon vous semble, et même à plusieurs endroits
stratégiques dans votre pincab, car il est de même pour la liaison entre 2 cartes d’extension.

b – La FUSE BOX

La Fuse Box est une carte qui viens se mettre par dessus la carte d’extension à l’aide de 4 colonnettes.
Elle supporte 16 portes fusible format 5*20, et ses entrées se situent au niveaux des sorties de la carte d’extension, les deux étant relié avec du câble 18AWG avec un système de prise pour pouvoir les séparer en cas de maintenance. Elle dispose de 16 sorties en ligne sur bornier à vis numérotés de 1 à 16. Il y a un petit espace à coté de chaque fusible pour noter des infos (nom du toy sur la ligne, valeur du fusible…..)

1 – INSTALLATION DES CARTES :
a – Câblage des cartes

Avant tout, cette carte ne gère QUE LE COURANT CONTINU, ne branchez aucunetension alternative dessus, jamais, même sous la menace !)
Cablez toujours hors tension, une fois le câblage effectué, vérifiez le
scrupuleusement une première fois, faites une pause de quelques minutes, et revérifiez votre cablâge. La première cause d’erreur reste l’humain !

Toutes les tensions données dans ce document sont en courant continu DC
Commençons par la carte d’extension.
Celle ci possède plusieurs connecteurs.

Le Data in (7 pins) c’est ici que nous faisons la connexion sur la KL25Z
Le Data out (7 pins) qui permet de relier la carte d’extension suivante si on désire en rajouter. L’Alim TOYS (2 pins) que nous devons raccorder au +12V et au GND de l’alimentation des toys les sorties PWM Out (16 pins) ou nous raccorderons la borne négative de nos toys, ou à notre carte porte fusible si nous en utilisons une.

DATA IN
Pour la partie Data in, j’ai choisi 5 sorties sur la KL25Z, mais une fois ce mode d’emploi terminé, vous pourrez modifier la configuration pour câbler la carte sur d’autres sorties.
Pour ce qui est du +5V et du GND, vous pouvez au choix les prendre sur l’alimentation du PC où est branché votre KL25Z, soit directement sur la KL25Z (le deuxième choix est préférable à mon sens)
Sin  PTC6 (SPI MOSI PTC6 ou PTD2)
SCLK  PTC5 (SPI SCLK PTC5 ou PTD1)
XLAT  PTC10 (une sortie digitale)
BLANK  PTC11 (une sortie digitale)
GSCLK  PTC4 (une sortie PWM)
+5V KL  P5V_USB (5V KL)
GND KL  GND (GND KL)
DATA OUT
Si vous avez une carte d’extension à la suite de celle ci, vous reliez les 2 cartes entre elles
simplement comme cela :
Sout  Sin
SCLK  SCLK
XLAT  XLAT
BLANK  BLANK
GSCLK  GSCLK
+5V KL  +5V KL
GND KL  GND KL
ALIM TOYS
Veuillez simplement relier le +12V et le GND à votre alimentation 12V Toys
PWM OUT
Si vous utilisez une carte porte fusible, veuillez connecter chaque sortie de la carte d’extension à l’entrée correspondante sur la carte porte fusible (le 1 dans le 1, le 2 dans le 2,…..)
Veuillez ensuite reliez chacune des 16 sorties à la borne négative de votre toy, la borne
positive du toy sera quand à elle reliée à la borne positive de son alimentation.
Vous équiperez chaque porte fusible d’un fusible correspondant à la consommation du toy qui est branchée dessus. Attention, un fusible non adapté ne sert à rien !
La carte étant donnée pour 8 ampères par sortie, ne jamais mette de fusible supérieur à 8 ampères !
Reliez les bornes GND de vos alimentations Toys (seulement celles des toys, ne pas relier avec le GND de la KL25Z ou du PC)
Si vous n’utilisez pas de carte porte fusible, reliez chacune des 16 sorties à la borne négative de votre toy, la borne positive du toy sera quand à elle reliée à la borne positive de son alimentation.

Pensez bien à mettre un fusible adapté sur chaque porte fusible.
Un fusible non adapté, c’est comme si on ne mettait aucune protection, trop petit il claquera tout de suite, trop gros il ne claquera jamais et donc ne sert à rien.
Pour choisir le fusible approprié, il faut connaître la consommation du toy en ampère, soit en se documentant, soit en la mesurant, puis mettre un fusible un poil au dessus de la conso du toy. Si mon toys consome 1,2 ampères, je mets un fusible 1,5 ampères MAX

DANS TOUT LES CAS, aucun fusible ne devra être supérieur à 8 ampères !

À la fin de ce document vous trouverez plusieurs schémas de câblage correspondant à la majorité des situations, cablage de LED diverses,de LED RVB 12V et bandeau RVB 12V, de LED RVB classiques, de contacteurs (avec toujours leur diode anti retour!!!!) ou solénoïde,de knocker et autre shaker et moteurs ou cloches diverses.

b – Partie logiciel

Regardons maintenant du coté de la programmation de la carte

Premièrement, votre KL25Z doit être flashée avec le dernier Firmware (0605 version du 05/03/2019 minimum) et vous devez avoir installés au minimum DirectOutput V3.1.7011.27968 built 2019.03.13 .

Plus d’infos sur ce lien :

http://mjrnet.org/pinscape/BuildGuideV2/BuildGuide.php?custom=EU&expver=R3.201602xx&sid=DOF

Pour que votre KL25Z puisse utiliser ces sorties, vous devez déjà la déclarer et la configurer dans le Pinscape Config Tool, cela vous permettra aussi de savoir ou brancher les fils sur la KL.
Lancez le Pinscape config tool allez dans SETUP comme pour configurer votre KL, en descendant un peu vous allez tomber sur TLC5940 Setup, dans « Number of TCL » renseignez le nombre de carte d’extension que
vous branchez sur la KL (dans mon cas je branche 2 cartes d’extension), puis choisissez les pins à connecter sur les différentes entrées de la carte d’extension, Choisissez dans un premier temps les mêmes pins que moi, plus tard si vous le souhaitez vous pourrez changer la configuration comme bon vous semble.

Le « SI Output » sera relié au SIn sur la carte d’extension (Signal OUTPUT que l’on branche dans Signal INPUT) le reste c’est la même dénomination.
Si vous rajoutez une ou plusieurs carte d’extension, et bien vous changez juste le nombre de TLC, le reste de la config ne bouge pas.
Ensuite allez dans la partie où l’on configure les sortie, et la, Oh surprise, un nouvel élément est disponible dans le menu à droite (TLC5940 OUT), cliquez dessus, vous verrez apparaître vos nouvelles sorties. Si vous avez plusieurs cartes, vous aurez autant de « chip » de disponibles.

Assignez ces sorties sur vos toys, vous le faites pour les sorties de la KL25Z en temps habituel. Comme vous le voyez ci dessous, on peut avoir plus de 32 sorties, et nous pouvons câbler les sorties dans l’ordre qui nous arrange.

Notez bien à quel toy correspond chaque sortie, sauvegardez tout ça, faites un backup de la config, puis allez faire votre DOF et telechargez les fichier Directoutput config.
Pour utiliser plus de 32 sorties avec notre montage, nous n’allon plus déclarer une KL25Z dans la partie « account » du DOF CONFIG TOOL, mais une Pinscape Device (dans l’absolu, la KL25 tourne sous PINSCAPE, nous devrions toujours déclarer comme ceci)
Et la nous nous retrouvons avec 128 sorties disponibles dans la partie « Port Assignments ». Bien sur, si vous n’avez qu’une carte, vous pourrez utiliser les 16 sortie de cette dernière plus les sorties de la KL (digitales ou autres PWM). Renseignez les toys selon leurs sorties déclarées dans Pinscape config tool.

Avantage des sorties PWM pour gérer des contacteurs, shaker, et
autres LED…

Utiliser des sorties PWM sur nos toys à un avantage, on peut depuis le DOF faire varier les tensions maximales que l’on applique à nos toys, cela permet par exemple si les LEDs de votre backboard sont trop puissante de les limiter de façon logicielle (sans devoir aller bricoler l’alim pour baisser sa tension), de faire sonner différemment des contacteurs ou des solénoïdes en les alimentant un peu moins, de limiter la vitesse maximale d’un shaker

Tout ça se passe dans le DOF config tool, dans la fenêtre ou vous assignez vos toys, sur la droite il y a ça SHAKER MOTOR sert à gérer les vitesse minimum et maximum du shaker, rentrer une valeur dans min et max pour définir ces dernières.
FAN permet la même chose, mais pour le ventilateur.
Custom Brightness sert à gerer le niveau max des lumières, pareil on rentre ici la valeur max désiré pour le Strobe, le PF Strob MX (strob sur led adressable teensy/wemos), les flasher (les LED RGB du backboard) et Ledstrip Flasher (les bandeaux RGB undercab et derriere le backglass)

3 – FABRICATION DES CARTES :
a – Explication

Pour ajouter des sorties PWM à la KL25Z, nous allons utiliser un TLC5940NT qui est un multiplexeur PWM 16 sorties qui peut être chaîné en cascade.
En gros, c’est un truc électronique qui permet de gérer 16 sorties graduable (la plupart de nos toys, les leds et lampes avec la possibilité de graduer et donc d’avoir des milliers de couleurs sur nos LED RVB, de faire varier la vitesse des moteurs et autres shaker, et de faire claquer plus ou moins fort nos contacteurs et autres solénoïdes…), et qui de plus peut se brancher à la
suite pour chaque fois rajouter 16 sorties et ce indéfiniment.

Derrière ces TLC, il y aura des LTV817B, qui sont des optocoupleurs.
En gros, ça permet de séparer le coté commande, donc la KL25Z, et le coté puissance, donc tout le bordel qui sera derrière et qui aura une alimentation séparé, et différente en tension de la KL, genre 12 ou 24 Volts.

Puis nous rentrerons dans des FQP30N06L, les fameux MOSFET, ils acceptent jusqu’à 60V et 32 ampères en continu, et jusqu’à 120Ampères en crête, tout ça est bien plus que ce dont nous avons besoin.

Et enfin, nous alimenterons nos toys via le coté négatif, le coté positif du toys sera câble sur leV+ de la carte

Il y a également un étage pour sortir du 3,3V pour la TLC, ainsi que quelques condensateurs pour nettoyer les signaux.

ATTENTION !!!

Le circuit imprimé que je propose peut accepter 8 Ampères maximum par sorties, et ne peut pas alimenter plus de 40 Ampères en même temps. Les pistes du circuit imprimé ne supporteraient pas plus de puissance.
Pour la FUSE BOX, ce sont simplement des portes fusibles avec des borniers en entrée et sortie.
J’ai mis un système de prise du coté de la carte d’extension afin de pouvoir intervenir dessus sans avoir à dévisser les sorties, juste à les débrancher.

b – Hardware

Pour mener à bien ce projet, voici la liste des courses à effectuer.
Je rajoute à la liste des supports pour les circuits intégrés, indispensable à mon sens.
Vous aurez bien sur chez vous un fer à souder, de l’étain, du câble électrique de bon diamètre,
et tout le bon sens qui va avec, je n’en doute pas et je ne pense pas qu’il soit nécessaire de le rajouter à la liste
– 1 TLC5940NT + 1 support ci tulipe 28
– 16 LTV817 + 4 supports ci tulipe 16
– 16 MOSFET FQP30N06L
– 1 régulateur 3,3V LD1117V33
– 1 résistance 10K Ohms 1/4W
– 1 résistance 3,9K Ohms 1/4W
– 16 résistance 1K Ohms 1/4W
– 16 résistance 47 Ohms 1/4W
– 1 condensateur polarisé 4,7μF 16V
– 2 condensateur non polarisé 100nF 6v
– 1 condensateur polarisé 100μF 16V
– 2X7 pin connecteurs Dupont mâles (2×7 pour les connections KL et chaînage,)
– 17 Borniers doubles à vis 5,08
– 8 Prises doubles 5,08 10 amp
– 16 Portes fusibles 5*20
– 4 colonnettes 30mm + vis
– 4 support PCB
– 7 rallonge Dupont femelle/femelle 20cm
– le PCB de la carte d’exttension
– Le PCB de la carte porte fusible
– 1,6m de cable AWG18

La plan est dispo dans la partie 4 de ce document, ou sur EasyDEA
Récuperez les fichiers Gerber pour chacune des cartes sur le site EasyEDA
Carte d’extension :

https://easyeda.com/arnoz26/carte-16-pwm-mosfet-kl25z

FUSE BOX:

https://easyeda.com/arnoz26/new-project

Merci de ne pas faire de commerce de mon travail !

4 – SCHEMAS ET EXEMPLES DE CÂBLAGE

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