Макетная плата контроллера электродвигателя. Часть 1. Формирователь dead-time и защита от сквозных токов.

Сегодня хочу показать уважаемому сообществу мою версию логического блока защиты и формирователя мертвого времени для контроллера электродвигателя.
На самом деле в начале моей работы в этом направлении я сделал силовой модуль для управления коллекторным электродвигателем на мощных полевых транзисторах с применением микросхем драйверов IR2110.
Поскольку я хотел иметь возможность ширины импульса ШИМ до 100%, то решил использовать отдельный повышающий преобразователь для питания драйвера верхнего плеча. Результатом (если это можно так назвать) стало четыре микросхемы с выгоревшими верхними драйверами и еще пара полевиков.
Это сильно меня огорчило, и я надолго отложил этот проект. Однако сейчас, набравшись немного опыта, решил вновь к нему вернуться, при этом идя по пути максимального упрощения.
Итак, макетная плата будет использоваться для отладки на железе разных вариантов управления двигателем постоянного тока. Напряжение питания будет 24В.
Макетная плата будет иметь два входа для шим-сигналов верхнего и нижнего плеча, генератор ШИМ по этой схеме с возможностью переключения перемычкой, инвертор для нижнего плеча (тоже с отключением перемычкой), блок защит от одновременного открытия обоих плеч, генератор dead-time, драйверы нижнего и верхнего плеча и силовые полевики с диодами шоттки вместо встроенных диодов. (Уфф!)
В ходе отладки на входы могут попасть произвольные сигналы (например, при зависании программы). Чтобы избежать сквозного тока и связанных с этим спецэффектов, поставим на входе простейшую логическую схему, которая при появлении высоких уровней на обоих входах отключает их оба:

После того как мы гарантированно не откроем одновременно верхнее и нижнее плечо, нужно внести небольшую задержку между закрытием одного и открытием другого плеча, чтобы избежать сквозного тока в момент переключения.
Здесь я использую уже известный принцип на триггере шмитта с RC-цепочкой и диодом. Схема тоже элементарная:

При указанных на схеме номиналах dead-time получается примерно 1 мкс, что обычно достаточно даже для полевиков с очень большой емкостью затвора.

В следующей части рассмотрим драйверы верхнего и нижнего плеча, пригодные для работы с отдельным источником питания.

Комментарии (22)

RSS свернуть / развернуть
Для первого поста какого-либо цикла, хорошо бы выложить хотя-бы структурную схему того, о чем идет речь в сборе…
0
  • avatar
  • N1X
  • 28 апреля 2013, 10:39
Первая схема — это один элемент «Исключающее ИЛИ» (по другому «Сложение по модулю 2» или XOR), напрммер 74HC86 или 4030.
0
  • avatar
  • mzw
  • 28 апреля 2013, 11:10
XOR нельзя сделать инвертором, а я четвертый элемент NAND использовал как инвертор. Менять на XOR имеет смысл, только если есть микросхема с одним элементом в корпусе, но у меня точно такой нет.
0
Эт почему ж нельзя? Подаешь на один вход единичку и получается инвертор.
0
SN74LVC1G86DBVR в SOT23
0
Спасибо, на серийный вариант (если до этого дойдет) буду иметь ввиду.
0
Все равно у меня его нет, а в наличии в городе даже 74HC00 в дипе не найти )))
0
+1
Какие предполагаются параметры?
0
  • avatar
  • evsi
  • 28 апреля 2013, 13:33
Хотелось бы ампер 30 регулировать.
0
Вобщем, если не лезть высоко по частоте ШИМ (не выше, я думаю, килогерц 80-100), то самое рациональное решение — взять HIP4081A + по паре полевиков с низким Rdson в каждое плечо. Это будет оптимальный по сочетанию простота+параметры+рассеиваемая мощность вариант. HIP4081А держит до, если не ошибаюсь, 80 вольт (при этом входы — TTL). Генерация dead time там есть, равно как и защита от одновременного включения обоих плеч в полумосте.
0
Думаю, мне бы хватило 20 кГц и даже меньше, если бы не писк.
0
Тем более имеет смысл воспользоваться готовым решением.

P.S. я потратил немало времени ковыряя в этом направлении (дискретный драйвер для полевиков под довольно похожую задачу) и в итоге пришел к выводу, что овчинка не стоит выделки.
0
А нет ли у автора чего-нить по поводу того же самого в целом, но на IGBT? 30 А не обязательно можно начать и с нескольких. Ищу схему, которую мог бы взять за рыбу для ШИМ с использованием этого драйвера и IGBT небольшой мощности отдельных. Управление можно и не коллекторным, а, к примеру, асинхронником однофазным (под рукой есть для опытов). Сам пока нашёл полное описание на «DC/AC Pure Sine Wave Inverter» (MQP_D_1_2.pdf), где правда на логике с полевиками всё сделано, зато всё расписано как выбирается. Это типа автомобильный преобразователь из 12В и 220В.

Меня интересуют такие вещи как расчёт обвязки IGBT в целом для конкретного применения. Смотришь, к примеру, на IR2110, а там больше про полевики рассказывается. Может кто знает какую литературу практическую? Обычно всё трёхфазное, а мне бы хотелось прочувствовать IGBT на том, что есть в качестве нагрузки (АД, 250 Вт). Какой-нить макетик полуработающий накидать и на нём уже делать эксперименты, читать datasheet'ы, типа как с симистором — вставил и работает.
0
  • avatar
  • uni
  • 28 апреля 2013, 20:18
Как в украинском анекдоте )))
ЩО?
Я сам только учусь )))
0
В общем, мне нужно, чтобы в какой-нить статье расписали также подробно как тут про то, как применять в этих же целях IGBT-транзисторы.

Если для расчёта ЭТОЙ схемы нужно кучу AN прочитать с формулами, чтобы правильные номиналы деталек поставить, то для IGBT и подавно нужно что-то в таком духе порассчитывать. Эти расчётные соотношения гуляют посети в разбросанном виде — для драйвера одно, для транзистора — другое, а когда схемы самой в работе не сильно представляешь, то не ясно что важно, а что нет. Т.е. по первому разу это непонятно. Все рисуют мостовые схемы в эскизном виде — драйверы, ключи, нагрузка и всё, а как выбирать реальные компоненты в реальной схеме, чтобы не сгорело при включении, этого не могу найти.

Тем более в Proteus'е есть и этот драйвер и IGBT есть, я хоть бы макет там какой посмотрел примерно вот таким образом, чтобы грубых ошибок избежать в тему войти (это фазовое управление на симисторе при помощи МК, проверялось и в железе):

Проект устройства в Proteus
0
У меня один монитор лежал два года(!) со сгоревшим блоком питания, я чуть ли не все детали поменял, но так и не смог сделать его, зато когда сделал блок питания для ноутбука, смог этот монитор с первой попытки запустить даже с перематыванием трансформатора. Это я к тому, что пока сам не разберешься, что как работает, сам не спроектируешь и не соберешь рабочую железку, со статей тоже толку не будет. Так что скорее мы от вас дождемся статьи, чем наоборот (я так дюмаю (с))
0
Вот так всегда :)

У меня тоже мониторы лежат, аж 3 штуки. Побоялся сам лезть, отнёс к ремонтникам. Не смогли отремонтировать (точнее один товарищ транс перемотал, но он опять через пару дней сгорел). Кстати, два одинаковых монитора и оба сломались по одной причине — БП. У одного трансформатор сгорел, у второго что-то похожее. Тоже не хотел браться сам, дай, думаю, на форум monitor.ru, кажется, схожу, опытных людей поспрашиваю… лучше бы я этого не делал. Меня там за лоха какого-то приняли и давай высмеивать и прочее. Больше туда не ногой, какой-то странный там народ, очень редко встречал на форумах такое сообщество неадекватов.

Так что, видимо, не избежать самостоятельных разборов, а моники хорошие были, цифровые, 19 дюймов и 3мс задержка. Сдохли ИБП от круглосуточной работы, я выдержал, они нет ;)
0
ну, кстати, на том же monitor.net.ru можно транс бушный купить, я запрос параметров кинул, мне сразу предложили иненно тот, что надо, или даже блок питания целиком.
0
Почитайте здесь про IGBT!
0
0
Советую набросать содержание со ссылками к статьям. Цикл все же, подряд захочешь прочитать — листать блог придется.
0
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.