Как Правильно Работать С Mosfet-драйвером?

[themaster]

Есть установка по управлению мощным электродвигателем, который должен крутиться и туда, и обратно. Управляет всем микроконтроллер с двумя модулями ШИМ "на борту". К этим модулям подключены два MOSFET-драйвера IR2113, каждый из них управляет двумя полевиками, а они уже непосредственно "рулят" электродвигателем. На рисунке приведена схема из datasheet'а на MOSFET-драйвер IR2110 (IR2113 - всего лишь разновидность этой микросхемы).

На схеме показан один драйвер и два транзистора; второй драйвер подключен точно так же, обе схемы подключены к общей земле и общему входу, на котором написано up to 500 V or 600 V. Цифровая земля - общая с высоковольтной, цифровое питание +5 В - общее на обе микросхемы. Выходы модулей ШИМ контроллера подключены к нижним плечам (выход LIN) на схеме. Верхние плечи (выходы HIN) подключены к двум разным цифровым ногам контроллера.

Теперь - самое интересное: человек, который собирал всё это удовольствие, предупредил меня, что к верхним плечам следует относиться осторожно. Я так понял, что когда на нижнее плечо (LIN) идёт ШИМ-сигнал от контроллера, на верхнем плече (HIN) должен быть ноль. Если там появится единичка, то этот режим будет называться "проверка предохранителя" :-) . Оччень неохота проверять предохранитель - микросхемы выписывали из Москвы задорого и ждали долго, будет грустно, если придётся повторять это "удовольствие" :-( . Вопрос: правильно ли я понял человека? Может быть, всё наоборот, и там как раз должен быть один, а если ноль появится, то всё и сгорит? Или - дело вообще в подключении двигателя? Подскажите, пожалуйста, где можно об этом поподробнее и попопулярнее почитать?

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[Spam0]

Если почитать то:

Издание : Бибдиотека инженера

Автор :СеменовБЮ

"Силовая электроника: от простого к сложному"

Про единички и нолики вам првильно сказали, но, поверьте, все НАМНОГО сложнее.

И гарантирую, с такими познаниями, вы точно запалите схему. Читайте, в книге все это есть.

Например, для правильной работы мостфета, вам необходимо знать про его затвор такие вещи как ёмкость, порог переключения, допустимый ток... Иначе транзюк будет не в режиме. После расчетов управления можно перейти к выбору элементов. И только после всего, начать думать как правильно управлять контроллером. А там уже, изходя из параметров схемы, устанавливаются частоты таймеров ШИМа, минимальное и максимальное время включения, "мертвое" время...

Вобще же, тема далеко выходит за рамки "для начинающих". Рекамендую, одайте разработку профи в этом деле...

Еще раз посмотрел на схему.

Верхнее плечо, требует не на много больше внимания чем нижнее. Но верхнее сделано по всей вероятности с применением бустера. Он отже требует подстройки под выходные мостфеты. Иначе верхний транзюк будет жить своей жизнью, независимой от контроллера.

Изменено 15 декабря, 2009 пользователем Spam0

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[themaster]

Всё-таки всё не так плохо. Схема уже собрана, пусть не профи, но ... скажем так... вдумчивым и знающим любителем :-) Кроме того - минимум несколько раз её включали, и она работала так, как надо. Проблема в том, что её включали в прошлом году, и с тех пор осталось несколько версий текста прошивок контроллера. В некоторых на верхнем плече нолик, в некоторых -единичка, понять, какая версия использовалась в пробном включении - тяжело. Насколько я понял ответ, без учёта определённых тонкостей в некоторых режимах, независимо от положения верхнего плеча, режим работы будет неверным. Ну, тогда придётся читать, вникать и показать ответ специалисту, который всё это собирал. В любом случае, спасибо за внимание.

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Spam0]

там не должно быть ни нолика, ни еденички. А должен быть правильно сформированый импульс, находящийся в противофазе относительно второго канала ШИМ. Исходя из выходного тока драйвера, и ёмкости затвора выбирается частота ШИМ и расчитывается "мертвое время" (время для переключения каналов). Как минимум эти параметры нужно учесть в прошивке МК, если аппаратная часть 100% правильная.

Но если быть до конца честным, я до сих пор не понимаю как оно будет работать. Т.е. схема примерно правильная, но не понятно как вы собираетесь ее подключить к двгателю и управлять реверсом. Имея всего два ШИМа работающих п противофазе. Если схема балансная, то явно чего то не хватает

[themaster]

Почитал книгу Семёнова. Сначала скачал, а потом понял, что она у меня уже есть. В разделе про драйверы в качестве примера показана как раз та микросхема, которую я использую (стр. 332 - 341). Почитал также datasheet'ы на сайте Микрочипа - там написано про тепловой режим драйверов и как их рассчитывать, чтобы они не перегрелись. Однако зачем нужна частота ШИМ и "мёртвое время" - пока что непонятно.

В установке нагрузка на двигатель очень маленькая, период ШИМ я выставил максимальный (частота минимальная), может быть, это сведёт к нулю опасность перегрузки схемы? Ну и - остаётся очень болезненный вопрос: как получить сигнал ШИМ в противофазе? Добавлять инвертор в существующую схему очень неохота. А в пробных включениях схема работала с постоянным уровнем на верхнем плече! Выходит, такая работа в принципе возможна? Или - мне просто повезло? В обчем, простор для фантазии в уже вроде как готовом устройстве :-)

[Spam0]

1-Опишите, каким образом подключен двиготель.

2-"мертвое время", это необходимость подачи нуля на оба канала, которое равно или привышает время разрядки затвора. Иначе переключив канал, один транзистор не успеет закрыться а второй уже откроется, появляется огромный сквозной ток пробивающий сразу оба мостфета.

3-Частота ШИМ нужна максимальная, но этот максимум расчитывается из того с какой скоростью можно переключать мостфеты. Если частота будет завышина, то мостфеты "зависнут" в приоткрытом состоянии, что вызовит не управляемый сквозной ток. А если частота занижена, обычно это плохо влияет на нагрузку.

[themaster]

Спасибо за ответ!

Начну с конца. Во-первых, насчёт частоты: посчитаю поподробнее. В аппнотке на сайте микрочипа как раз про частоту и было написано, кроме того, что такое "ёмкость затвора" и на что она влияет, я немножко понимаю. Попробую разобраться собственными силами и с привлечением специалистов, которые есть на местах.

Дальше: насчёт мёртвого времени. Это получается, что на нижнее плечо должен подаваться исходный ШИМ-сигнал, а на верхнее - такой же, только перевёрнутый, да ещё и с задержкой? Я понимаю, что перевернуть ШИМ-сигнал можно инвертором на одном транзисторе, а задержку как ставить? Те два модуля ШИМ, которые есть "на борту" используемого контроллера, применить не получится - они работают от одного таймера. Можно подобрать скважность так, чтобы один ШИМ закрылся чуть попозже другого - но откроются они одновременно! Может быть, RC-цепочкой? Уже минимум четыре детали получаются, а поскольку каналов у меня два, то все восемь наберутся. Посему - вопрос: контроллер у меня стандартный, драйвер стандартный, мотор тоже вроде никакой не экзотический - неужели нет некоей "стандартной" схемы подключения всего этого удовольствия, которая учла бы эту задержку? Чтобы можно было выставить нужную частоту ШИМ в контроллере, подобрать параметр одной детальки (того же конденсатора), ну, транзисторы, конечно, рассчитать... но не мудрствовать лукаво, а нужен ли тут инвертор? А как извернуться, чтобы из одного модуля ШИМ полтора сваять? У Семёнова про это - ни слова, да и в аппнотках, которые я читал, про это не говорится. Или это - как раз то, чем должен заниматься профи?

Ну и по поводу мотора - надо добраться до документации, которая сей факт описывает. На днях проверю, но вроде как всё было подключено как надо.

В обчем, спасибо за внимание!

[Spam0]

Вы крайне не внимательно читали книгу, там этому уделено очень много внимания. Книги читать надо от корки до корки. Там и про работу мостфетов написано, и про затвор, и про схемы включения (в т.ч. драйверы), про ШИМ и тайменги, расчет теплового режима... (буду тыкать носом 124с. - переключение мостфета, 205с. - сквозной ток). Нормальный МК, может на базе одного ШИМ делать до трех выходов, може есть и больше но я не встречал. Каждый выход настроить на свою фазу можно. Если делать вашу схему, то можно это организовать например:

1 Програмный ШИМ

2 Один аппаратный шим с двумя противофазными выходами.

3 Два противофазными ШИМа

Но все это играет не большую роль, т.к. до сих пор не понятно, как вы собираетесь все это подключать.

Пока только рассуждения про работу драйверов, и работу ШИМа, а как вы делать все это будете, совсем не понятно. В схеме, я вижу явную ошибку, потому просил вас предоставить схему подключения нагрузки.

[themaster]

Прошу прощения за "испорченный телефон"!

Сознаюсь, всю книгу не читал. Нашёл кусок про MOSFET-драйвер, прочитал его, и решил, что больше ничего интересного нет. Спасибо за страницы, буду изучать внимательнее.

Насчёт схемы подключения. Более-менее активная работа с установкой последний раз велась год назад, поэтому исходная схема подключения благополучно про... к сожалению, недоступна :-(. Я связался с товарищем, который делал всё это, он обещал посмотреть, вспомнить и посоветовать. Однако и раньше вся работа велась на голом энтузазизьме, а сейчас он вообще в Москве - чем сможет, конечно, поможет. Из документации на имеющееся устройство остался чертёж печатной платы, который использовался для "лазерно-утюжной технологии" - в чистом виде принципиальной схемы нет. Я его внимательно изучил и по результатам изучения написал первое сообщение. Теперь я его изучил ещё более внимательно и прилагаю полную схему узла:

ШИМ1, ШИМ2 - выводы контроллера, с которых шёл сигнал ШИМ. Цифр. 1 и цифр. 2 - цифровые выводы контроллера, на которых был постоянный уровень. Если на ШИМ1 идёт сигнал - на Цифр. 1 должен быть ноль, а на цифр. 2 - единичка. Если на цифр. 2 появится ноль или на цифр. 1 единичка - это и называется "проверка предохранителя" - насколько я помню.

К двигателю идёт четыре провода: +110 вольт, земля, лево, право. В таком виде он один раз успешно включился - но работал рывками: чуть-чуть поедет - встанет, поедет - встанет... Товарищ сказал, что во всём виноваты четыре конденсатора С1... С4: двигатель работает, пока в них есть заряд. Поставь здоровые банки на 1000 мкФ - на минуту хватит, а больше не надо.

Собственно, теперь я понимаю, как это должно работать. Пусть, к примеру, работает ШИМ1, а ШИМ2 отдыхает. Тогда на верхнем плече первого драйвера ноль, верхний транзистор всегда закрыт, выход "Право" переключается между "Ноль" и "болтается в воздухе между двумя закрытими транзисторами".

На ШИМ2 - ноль, нижний транзистор всегда закрыт; при этом на верхнем плече второго драйвера нужна единица. Тогда открыт верхний транзистор, выход "Лево" прижат к +110.

Теперь - едем назад: работает ШИМ2, отдыхает ШИМ1. Уже контакт "Лево" постоянно переключается, а контакт "Право" - прижат к питанию. Таким образом, один контакт всегда прижимается к питанию, а другой - переключается между "ноль" и "болтается в воздухе" с регулируемой с помощью ШИМ частотой. Чтобы сменить направление вращения двигателя, нужно поменять контакты местами, что и делает данная схема. Только малость непонятно: что плохого в ситуации, когда оба контакта "болтаются в воздухе"? Плохо, что непонятно, какой используется двигатель...

Осталось понять совсем немного: насколько грамотно всё изложенное? Вдруг для знающего человека это - "ужОс, летящий на крыльях ночи", и сгорит при первом же чихе?

[Spam0]

вот теперь стало понятнее, действительно, почти рабочая схема.

Вы правильно поняли на счет работы схемы. Но есть ньюансы.

Конденсаторы тут не причем, вся загвоздка в неправельном управлении драйвером.

Он имеет бустерный каскад, для этого там стоит конденсатор и диод. См. 332с.

Вы, как я и сказал, правельно поняли схему, но схема не совсем правильна. В ней есть ошибка в выборе драйвера. Что усложняет управление МК.

Работа каналов:

Вперед:

1 канал - 1(t1), 0(toff), 0(t2), 0(toff)

2 канал - 0(t1), 0(toff), 1(t2), 0(toff)

3 канал - постоянно 0

4 канал - постоянно 0

Назад:

1 канал - постоянно 0

2 канал - постоянно 0

3 канал - 1(t1), 0(toff), 0(t2), 0(toff)

4 канал - 0(t1), 0(toff), 1(t2), 0(toff)

t1, tr время работы транзисторов. toff пауза для разрядки затворов.

Время полного цикла постоянно, время разрядки затворов тоже. Соотношением t1 и t2 можно менять скорость двигателя. Увеличивая t1, нужно на столько же уменьшать t2. т2 не может быть меньше времени зарядки конденсатора.

Изменено 18 декабря, 2009 пользователем Spam0

[themaster]

Спасибо за ответ!

Буду пробовать то, что вы написали. И всё-таки парочкой моментов хочется поинтересоваться.

Насколько я понял, приняты такие обозначения:

1 канал - Цифр. 1,

2 канал - ШИМ1,

3 канал - Цифр. 2,

4 канал - ШИМ2.

Так? Или имелось в виду что-то другое?

При реализации вашей схемы нужный выход (право или лево) дёргается между землёй и питанием с частотой, которую задаёт ШИМ. А вот ненужный выход зажат между двумя закрытыми транзисторами. Меня вроде как предупреждали, что это может быть опасно. Я, может, что-то не так понял?

Следующий вопрос: на ШИМ1, допустим, идёт сигнал с аппаратного ШИМ контроллера, а на Цифр. 1 - тот же сигнал, только перевёрнутый и с задержкой. В вашем сообщении было указано, что:

Нормальный МК, может на базе одного ШИМ делать до трех выходов, може есть и больше но я не встречал. Каждый выход настроить на свою фазу можно. Если делать вашу схему, то можно это организовать например:

1 Програмный ШИМ

2 Один аппаратный шим с двумя противофазными выходами.

3 Два противофазными ШИМа

Я представляю, как реализовать управление с помощью п. 1 - программный ШИМ. А вот как сделать п. 2 - один аппаратный шим с двумя противофазными выводами? Может быть, PIC18F452, который я использую, не считается тем "нормальным МК", о котором написано сообщение? Может быть, имеются в виду такие устройства, как ATMega48 или MCS51? С ними я знаком меньше.

Далее, вопрос насчёт частоты. То, что я делаю - это модернизация существующего устройства, которое не так уж и плохо управляет двигателем при помощи ШИМ с частотой 100 Гц (она задаётся частотой сети 50 Гц). Может ли это значить, что двигатель будет работать не хуже с использованием ШИМ любой большей частоты? Хотя, возможно, этот вопрос потребует более тщательного изучения...

Ну и последний вопрос: что за ошибка в выборе драйвера, и почему схема не считается полностью рабочей? Значит ли это, что при использовании другой микросхемы драйвера подключение будет выглядеть проще? Может быть, подскажете, что имелось в виду - если не на этот, то хотя бы на следующий раз?

Изменено 20 декабря, 2009 пользователем themaster

[my504]

В качестве управляющего контроллера можно использовать любой имеющий модуль ECCP. Этот модуль в отличие от стандартного CaptureComparePWM имеет продвинутый ШИМ с возможностью 1-х, 2-х, 4-х фазной работы.

Сие сводится к возможности обслуживания однофазного ШИМ-драйвера, полумостового и мостового.

В Вашем случае речь идет о полумостовом включении.

Микросхема драйвера вертикальной стойки МОСФЕТов IR2110/2112 зело старая и неудобная при однофазном выходе МК при его использовании в режиме полумоста. Есть для этого гораздо более удобный драйвер IR2109. Он содержит один вход ШИМ и один вход Enable. Противофазность и защитный дедтайм формируются в нем аппаратно.

При формировании многофазных ШИМов в МК можно использовать и имеющуюся у Вас микросхему.

При этом нужно правильно расчитать токи затворов (нагрузку драйверов), скоростные возможности МОСФЕТов(или ИГБТ), ну и правильно выполнить топологию схемы (печатной платы).

У Микрочипа микросхем с ЕССР много. Достаточно зайти на их сайт и посмотреть каталог. Лучше применять не устаревший 452-ой, а более современный 4520-ый, ну а лучше всего PIC18F45K20. Последний правда имеет 3,3 вольта питание, но практически все драйверы на входе имеют триггеры Шмитта и 3-х вольтовый выходной сигнал МК корректно принимают. Очень неплохо также то, что эта микросхема имеет высокую максимальную скорость (16 MIPS, кварц 16 МГц и включенная учетверяющая PLL), а также весьма дешева - около 70 руб за корпус SOIC28.

Изменено 20 декабря, 2009 пользователем my504

[themaster]

Спасибо за ответ!

В обчем, диагноз - старый контроллер плюс старый драйвер. Лечится в данном конкретном случае исключительно программным ШИМом. Любые другие телодвижения - переделка схемотехники. Прошиву переписать всё же проще будет, благо места под неё - навалом. Завтра же и займусь.

[Spam0]

1- Не правельный выбор драйвера повлек за собой усложнение прошивки, потерян КПД... А в целом схема работать будет. Этот драйвер даже оч хороший, но расчитан не на двигатель, а на раскачку фазы например трансформатора.

2- Схема мостовая но управлять придется фазовым сигналом. Т.к. у этого драйвера бустерный конденсатор, заряжается только в противоположной фазе. Т.е. подав сигнал на верхний каскад конденсатор разрядится и транзистор через время потеряет управляющий сигнал и состояние его будет неопределенным. Дя того что бы это не происходило, необходимо его переодически подзаряжать, переключив сигнал на драйвере.

3- На втором драйвере, зажать к нулю оба канала можно.

4- На счет "нормальных" МК, говорил опираясь на опыт работы с МК Атмел. (вы правы). Но уверен что и у Микрочипа тоже есть подходящие контроллеры.

5- Частота ШИМ обычно в пределах килокецев. Драйвер и мостфеты должны легко работать на частоте (на вскидку) 10-50кГц. Меньше не желательно из за бустера драйвера и ухудшения выходного сигнала, а выше, будет падать КПД и повышаться тепловыделение.

PS

Схему можно не переделывать, просто сделать номальный, програмный ШИМ. ДЕРЗАЙТЕ!!!