Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Computer Controls
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Zabezpieczenia w mostku H, dobór elementów, praca w trybie Four Quadrant

11 Maj 2011 11:59 3234 2
  • Poziom 2  
    Witam
    Projektuję prototyp sterownika silnika prądu stałego.

    Założenia projektowe:
    Napięcie zasilające: 24V
    Prąd ciągły: do 25A, przeciążenia przy hamowaniu
    Zastosowanie: głównie do sterowania silnikami DC powszechnie stosowanymi w elektrycznych hulajnogach i wózkach elektrycznych o mocy do 500W, sterowanie silnikami w amatorskich segway’ach.
    Możliwa zmiana kierunku obrotów i regulacja prędkości.
    Część mocy sterownika to klasyczny mostek H, gdzie każdy klucz to 2 mosfety z kanałem N pracujące równolegle.
    Częstotliwość kluczowania PWM do 20kHz
    Drivery górnych mofetów będą zasilane z izolowanej przetwornicy DC/DC.
    W układzie będzie zastosowany mikrokontroler którego zadaniem będzie odpowiednie sterowanie kluczami, pomiary napięć, pomiar prądu silnika, pomiar temperatury radiatora, odczyt komend sterujących... Prawdopodobnie będzie to AVR lub LPC11xx.

    Zależy mi na niezawodności układu. Proszę o rady odnośnie zabezpieczeń jakie powinny zostać zastosowane w układzie oraz porady dotyczące rozwiązań układowych i doboru elementów.

    1. Ponieważ zasilanie mikrokontrolera i silnika ma być wspólne (akumulator 24V) to zastanawiam się jak odfiltrować napięcie zasilające mikrokontroler, czy zwykły filtr LC przed stabilizatorem typu 7805/LF33 jest wystarczający, czy lepiej zasilać poprzez przetwornicę Step-down 24V->5V ( w przypadku AVR) czy 24V-3,3V (w przypadku LPC11xx), czy może poprzez filtr LC, przetwornicę obniżającą do np. 7V a następnie stabilizator liniowy ? Czy ekranowanie części logicznej jest konieczne ?

    2. Jakie parametry powinny posiadać diody schottky’ego zabezpieczająca mosfety w mostku H ? Wiadomo że musi to być dioda ultra szybka, lecz na jakie napięcie, jaki maksymalny prąd przewodzenia ? Czy np SR550 (50V, 5A, 150A peak, pojemność złącza 200pF) będzie wystarczająca ? Czy raczej powinna to być dioda typu MBR1060 ( 60V, 10A, 150A peak )

    3. Jak dodatkowo zabezpieczyć układ przed uszkodzeniem od szpilek napięciowych generowanych przez silnik ? Czy zwykły transil 28-33V na duży prąd to dobry pomysł ?

    4. Zastanawiam się nad sterowaniem typu „Four Quadrant” z oddawaniem energii do akumulatora podczas hamowania silnika, czy w ogóle warto jeśli sterownik miałby zostać zastosowany w segway’u ? Chciałbym aby układowo było dostępne oddawanie energii do akumulatora, co do przydatności tej funkcjonalności okaże się podczas testowania prototypu. Czy ktoś tworzył sterownik silnika z oddawaniem energii do źródła zasilania ?
  • Computer Controls
  • Poziom 15  
    Witaj!

    Właśnie jestem w trakcie projektowania takiego mostka H opiszę Ci moja konstrukcję i podam Ci kilka kilka problemów z jakimi spotkałem się do tej pory.
    Jako driver mosfetów postanowiłem wykorzystać HIP4081 ze względu na to, że dzięki koledze spotkałem go w aplikacji przemysłowej pracującej w dość ciężkich warunkach jeżeli chodzi o sterowanie silnikiem DC stosunkowo dużej mocy.
    Zrezygnowałem z diod zabezpieczających mosfety ponieważ jeden z profesorów z mojej uczelni powiedział, że te w tranzystorach typu IRFB3306 czy IRF1405 są wystarczające, ale powiedział, że stosując tak rozbudowany driver jak HIP4081 wypadałoby zastosować lepsze tranzystory ( np. z mniejsza pojemnością bramki i mniejszym prądem ale z większym radiatorem).
    Do eliminacji wszelkich zakłóceń z silnika wykorzystałem wspomniane przez Ciebie transile 33V, kondensator 470n low esr i dodatkowo przewód do silnika nawinięty na rdzeniu toroidalnym ( 5 zwojów ) w celu wygładzenia prądu. Do tego jeszcze przed mostkiem H elektrolit 6300uF.
    Odnośnie sterowania przez mikrokontroler chciałbym Ci zwrócić uwagę na rozdzielczość PWM. Jeżeli zastosujesz ATmage z kwarcem 16MHz w której bardzo powiązana jest częstotliwość PWM z rozdzielczością to dla pożądanej przez Ciebie częstotliwości 20kHz uzyskasz rozdzielczość tylko ok 400 pozycji co bynajmniej dla mnie jest stanowczo za mało. Nie wiem jak w przypadku LPC wygląda zależność między częstotliwością PWM a jego rozdzielczością.
    Jeżeli chodzi o odzyskiwanie energii z hamowania to również myślałem nad tym ale z wykorzystaniem superkondensatorów. Jednak zrezygnowałem z tego ponieważ w moim projekcie hamowanie silnikiem byłoby wykorzystywane dość rzadko dlatego postanowiłem zastosować akumulatory o większej pojemności co jest rozwiązaniem bardziej efektywnym i mniej skomplikowanym w moim przypadku. Jeżeli jednak chciałbyś zastosować takie rozwiązanie u siebie to właśnie chyba wszystko zależy od konkretnego zastosowania i sposobu odzyskiwania tej energii. Moim zdaniem większość akumulatorów nie lubi dużych zastrzyków prądu więc bez np. wspomnianych superkondensatorów lub innych elementów które były by w stanie odebrać ta energię byłoby dość ciężko efektywnie odzyskiwać energię.

    Całość na razie jako prototyp działa bardzo sprawnie. Aktualnie pracuje nad pomiarem prądu twornika i prędkości kątowej.
    Od chwili napisania Twojego postu minęło trochę czasu więc może już coś zbudowałeś więc opisz jak to wygląda u Ciebie.

    Pozdrawiam,
    Patryk
  • Computer Controls
  • Poziom 19  
    Witam,
    również aktualnie wraz z kolegami projektuję przekształtnik
    czterokwadrantowy do silnika DC, w naszym projekcie ma on napędzać
    segwaya.
    Chcemy sprawdzić sterowanie przekształtnikiem w przeciwfazie i z blokadą, oraz jeśli chodzi o regulacje prądu to delta modulacje, PWM, dlatego nie będziemy stosowali układów HIP4081, ani podobnych mu układów IR z kondensatorami bootstrap, które pozwalają jedynie na sterowanie w przeciwfazie. Po prostu każdy z tranzystorów będzie sterowany przez oddzielny optodriver HCPL-3120, bramki górnych tranzystorów będą zasilane z osobnych przetwornic DC/DC (zapewniając izolację galwaniczną). Rozwiązanie jest droższe ale więcej się będzie można nauczyć.
    Silniki Uz = 36V P = 500W Iz= 17,3A
    Tranzystory IRF 3207 - maks 170A RDson = 4,1mOhm
    Bramki tranzystorów mają być sterowane napięciem 12V-GND.
    Przy mostku będą 4 równolegle połączone elektrolity low ESR 470uF plus być może jakiś snubber ale przy low ESR chyba nie będzie już konieczny.
    Jakieś unipolarne LEMy do pomiaru prądu np: HXS-50-NP/SP2;
    Całością ma sterować STM32F103RBT6

    Tak naprawdę nie wiem jakich prądów można się spodziewać przy napędzaniu tymi silnikami segwaya, na pewno będziemy kontrolować jego wartość i ewentualnie dopuszczać do kontrolowanych przeciążeń. Problem w zasadzie jest jakiej pojemności akumulatorów użyć by pozwoliły one na pobranie znacznej wartości prądu przy ewentualnych kontrolowanych przeciążeniach.
    Jeśli chodzi o odzyskiwanie energii to nie wiem czy np. akumulatory żelowe są wstanie tak szybko ją odebrać.
    Dławik też być może wstawimy by zwiększyć ciągłość prądu oraz zmniejszyć jego tętnienia.

    Jeśli chodzi o ekranizowanie części logicznej to będzie ona porostu na oddzielnej płytce PCB połączonej z częścią silnoprądową tasiemką na złącze IDC.


    Czekam na jakieś sugestie, pozdrawiam.