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

PWM, silniczek i "smażone" tranzystory czyli pytanie (bardzo?) banalne

01 Wrz 2012 00:35 4764 8
  • Poziom 8  
    Witam.

    Próbuję sterować silniczkiem (DC, szczotkowy, nominalnie 0,12 A /9V) poprzez podawanie sygnału PWM
    z mikrokontrolera na bazę tranzystora (BC337-40). Trywialne, nieprawdaż? Też mi się tak wydawało
    początkowo, lecz dwa przebite tranzystory później już mam na ten temat inne zdanie.

    PWM, silniczek i "smażone" tranzystory czyli pytanie (bardzo?) banalne

    Silniczek jest sprawny, przy zasilaniu prądem stałym obraca się ok już przy niskim napięciu (jest zainstalowany
    w modelu lokomotywy). Oporność uzwojenia circa 10 Ohm, komutator i szczotki nie zużyte.

    Sygnał PWM z uC ma 5V, f=4 kHz, wypełnienie zmienne - od 19% (48/255) w górę. Za pierwszym razem
    podłączyłem układ (zapominając jeszcze wtedy o diodzie zabezpieczającej tranzystor!) i sprawdzałem
    przy jakiej minimalnej wartości wypełnienia silniczek ruszy i będzie stabilnie pracował (sprawdzałem też inne
    egzemplarze - mam kilka pod ręką o podobnych parametrach - w innych modelach). Jeśli silniczek
    nie ruszał, był szybko przełączany na kolejne, wyższe wypełnienie pwm (ze skokiem 6,3% na raz, więc
    długo nie trwało, nim doszedł do stanu, gdy zaczął się obracać). Tranzystor wytrzymał paredziesiąt prób,
    potem dostał przebicia (cały czas przewodzi).

    Wziąłem kolejny egzemplarz tranzystora, dodałem diodę zabezpieczającą (tak jak na schemacie powyżej).
    Niestety, tym razem silniczek tylko raz przez chwilę zapiszczał (częstotliwość PWM daje się we znaki :-)),
    po czym zamilkł. Tranzystor został uszkodzony identycznie jak pierwszy.


    Co robię źle? Maksymalne dozwolone napięcia tranzystora (Ube i Uce) nie zostają przekroczone, prąd pracy
    również (Ice=500mA - silnik w praktyce ciągnie maks. 0,11A). Tranzystor nie zrobił się jakoś specjalnie ciepły.
    Po eksperymentach stwiedziłem, że rezystor na bazie jest nieco za mały (dla Ice=150 mA wystarczyłby 3,3k),
    ale nawet przy bieżącym 330R prąd bazy powinien wynosić nie więcej niż 15 mA (przy 5V), więc krzywdy jej
    nie zrobi. Baza zasilana przez uC napięciem stabilizowanym (7805), 9,7V do tranzystora również stabilizowane.

    Tranzystor NPN jest podłączony low side względem silnika (tak powinno być, sądząc po schematach mostków H,
    które widziałem). Częstotliwość PWM leży dobrze poniżej katalogowych możliwości tranzystora. Więc ki diabeł?
    Kondensator na silniczku (zaistalowany tam fabrycznie), służący do likwidowania wyindukowanych szpilek, nie
    ma przecież aż takiej pojemności żeby prąd chwilowy, występujący po zmianie stanu na wyjściu PWM, ubił
    tranzystor?

    Występujący w zasilanym pwm o małym wypełnieniu i jeszcze nie obracającym się silniczku prąd zwarcia
    ograniczają (poza opornością uzwojenia) także szeregowe dławiki filtrujące, więc nie sądzę, żeby w tym leżał
    problem. W firmowych dekoderach DCC (sterowanie cyfrowe modelami kolejowymi) silniczakmi sterują mikruśne
    (np. w obudowach SOT23) MOSFETy o dość małym prądzie i nie padają jak muchy, a nieraz zdarza się że
    np. model nie chce ruszyć i piszczy bądź buczy.
  • Specjalista - urządzenia lampowe
    LM2574 napisał:
    Oporność uzwojenia circa 10 Ohm


    No to prąd w impolsie prawie 1A. ten tranzystorek maławy...

    LM2574 napisał:
    Za pierwszym razem
    podłączyłem układ (zapominając jeszcze wtedy o diodzie zabezpieczającej tranzystor!)


    Lepiej właczyć diodę zwrotną równolegle do silnika.
  • Poziom 19  
    Ja bym mostkował diodą indukcyjność, a nie tranzystor. Tak mnie uczyli. Niech kolega spojrzy na schemat sterowania przekaźnikiem. Dioda wpięta równolegle do cewki przekaźnika zaporowo. Tak jak kolega narysował nie będzie działać, wszystkie tranzystory uszkodzi.
  • Poziom 43  
    Kur-Czak napisał:
    Ja bym mostkował diodą indukcyjność, a nie tranzystor.
    Jaką indukcyjność? Zaś dioda odwrotnie równoległa do tranzystora jest tam niezbędnie potrzebna ! ! !

    Kur-Czak napisał:
    Tak mnie uczyli.
    Widać, musi, że kiepsko uczyli ...

    Kur-Czak napisał:
    Niech kolega spojrzy na schemat sterowania przekaźnikiem. Dioda wpięta równolegle do cewki przekaźnika zaporowo.
    Przekaźnik to nie to samo co silnik komutatorowy prądu stałego.

    Kur-Czak napisał:
    Tak jak kolega narysował nie będzie działać, wszystkie tranzystory uszkodzi.
    Jak będzie to taki "maluch" jak BC337 to na pewno, to po pierwsze.
    Po drugie, należy zastosować tzw. szybką diodę, a więc nie 1N4007 (i po co na tak wielką wartość napięcia blokowania? jak wystarczy tu wartość 20V) a jej 'szybki' odpowiednik, np. diodę Schottky'ego typu 1N5817.
    Po trzecie, drugą taką samą diodę należy dołączyć odwrotnie równolegle do całego zespołu silnika wraz z filtrami, czyli pomiędzy plus zasilania a kolektor tranzystora.
    Po czwarte, to w/w przeze mnie sposób zabezpieczenia klucza z tranzystorem bipolarnym - dwiema diodami - przy stosowaniu modulacji PWM jest powszechnie znany.
  • Użytkownik usunął konto  
  • Poziom 43  
    Motronic napisał:
    Kur-Czak napisał:
    Ja bym mostkował diodą indukcyjność, a nie tranzystor.

    I wszystko w temacie. Musi być dioda równolegle do obciążenia.
    Ale dioda odwrotnie równoległa do tranzystora bipolarnego również.
    Tylko po co ta "klaka", pytam retorycznie?
    Skoro ja tu w poprzednim moim poście to wyjaśniłem ...
  • Poziom 8  
    Quarz napisał:

    Kur-Czak napisał:
    Tak jak kolega narysował nie będzie działać, wszystkie tranzystory uszkodzi.
    Jak będzie to taki "maluch" jak BC337 to na pewno, to po pierwsze.
    Po drugie, należy zastosować tzw. szybką diodę, a więc nie 1N4007 (i po co na tak wielką wartość napięcia blokowania? jak wystarczy tu wartość 20V) a jej 'szybki' odpowiednik, np. diodę Schottky'ego typu 1N5817.

    1N4007 została zastosowana ponieważ (standardowe usprawiedliwienie :->) taką akurat miałem po ręką
    (jakbym miał w zapasie 1N4001, to bym jej użył). Mam świadomość, że przy niskich napięciach lepiej
    używać diod przeznaczonych na takowe, a diody na wyższe napięcia mają wyższe Uf (czy coś innego jeszcze
    im dolega?).

    Swoją drogą, katalogowy Typical reverse recovery time dla 1N4007 to 30µs, czyli przy 4 kHz przełączanie
    diody trwa 12% cyklu pwm. Czyli nie jest koszmarnie - coś tam ta dioda daje. ;) (Mniej na wesoło: nie
    liczyłem tego wcześniej, ale oops, aż 12%? Chyba czas wygrzebać z pudełka MBRS130 i nie marudzić, że
    elementy smd niewygodnie lutuje się na pająka.)

    Quarz napisał:
    Po trzecie, drugą taką samą diodę należy dołączyć odwrotnie równolegle do całego zespołu silnika wraz z filtrami, czyli pomiędzy plus zasilania a kolektor tranzystora.
    Po czwarte, to w/w przeze mnie sposób zabezpieczenia klucza tranzystorowego - dwiema diodami - przy stosowaniu modulacji PWM jest powszechnie znany.

    Sposób zabezpieczenia tranzystora wziąłem ze schematów z mostkami H (do których zastosowania
    się przymierzam) i tam nie ma innych diod zabezpieczających niż zrównoleglające tranzystor (bo i jak
    miałyby być, skoro silnik zmienia kierunek obrotów?).


    Teraz jeszcze pytanie odnośnie dławików przy silniku (elektrotechnikę w szkole miałem trochę dawno
    i nieco mi się to miesza): dla prądu przemiennego o przebiegu sinusoidalnym induktancja jest obliczana
    jako 2*pi*f*L (czyli dla cewki 10 uH i f=4kHz wyniosłaby 0,25Ω ?). Ale tu mamy prąd pulsujący
    o przebiegu (+/-) prostokątnym i do tego szpilki. Jak dobierane (i obliczane) są dławiki filtrujące?
    Trochę szukałem ale na jakieś konkretne materiały na ten temat nie trafiłem. W jednej lokomotywce
    jest 10 uH, w innych 100 uH (przy prawie identycznym silniku i kondensatorach 22-33nF).
  • Użytkownik usunął konto  
  • Poziom 43  
    LM2574 napisał:
    [ ... ]
    Quarz napisał:
    Po trzecie, drugą taką samą diodę należy dołączyć odwrotnie równolegle do całego zespołu silnika wraz z filtrami, czyli pomiędzy plus zasilania a kolektor tranzystora.
    Po czwarte, to w/w przeze mnie sposób zabezpieczenia klucza tranzystorowego - dwiema diodami - przy stosowaniu modulacji PWM jest powszechnie znany.

    Sposób zabezpieczenia tranzystora wziąłem ze schematów z mostkami H (do których zastosowania
    się przymierzam) i tam nie ma innych diod zabezpieczających niż zrównoleglające tranzystor (bo i jak
    miałyby być, skoro silnik zmienia kierunek obrotów?).
    Ale w mostku typu H - w jednej gałęzi - są dwa tranzystory połączone szeregowo i każdy ma swą diodę odwrotnie równoległą - proponuję przeanalizować tam drogę przepływu prądu podtrzymywanego przez istniejące w obwodzie indukcyjności i dla przypadku kiedy wszystkie tranzystory zostają wyłączone (stan przejściowy).

    Nie, kierunku obrotów silnik nie zmienia, ale w przypadku zaniku - obniżenia się - napięcia zasilania i kręcącym się silniku, a na dodatek napędzanym poprzez wirujące z nim masy na wale, komutatorowy silnik prądu stałego (obcowzbudny, bocznikowy, itp.) zacznie pracować jako prądnica i oddawać energię do źródła.
    Nie muszę dodawać, iż wtedy kierunek prądu w tworniku tego silnika zmieni się, a wtedy by zapobiec przepływowi owego prądu przez złącze kolektorowe tranzystora bipolarnego do bazy (i dalej gdzie?) potrzebna jest przedmiotowa dioda aby zamknąć obwód dla przepływu prądu dla takiego przypadku.
    W tranzystorach mocy unipolarnych MOSFET z kanałem dyfundowanym owa dioda odwrotnie równoległa jest tam załączona wewnątrz struktury takiego tranzystora.
    Natomiast dioda odwrotnie równoległa dołączona do zespołu silnika z filtrem jest potrzebna dla zamknięcia drogi prądu od indukcyjności filtrów jak i indukcyjności samego twornika w przypadku zatykania klucza.

    LM2574 napisał:
    Teraz jeszcze pytanie odnośnie dławików przy silniku (elektrotechnikę w szkole miałem trochę dawno
    i nieco mi się to miesza): dla prądu przemiennego o przebiegu sinusoidalnym induktancja jest obliczana
    jako 2*pi*f*L (czyli dla cewki 10 uH i f=4kHz wyniosłaby 0,25Ω ?).
    To dla pierwszej harmonicznej tego prądu.

    LM2574 napisał:
    Ale tu mamy prąd pulsujący
    o przebiegu (+/-) prostokątnym i do tego szpilki. Jak dobierane (i obliczane) są dławiki filtrujące?
    Trochę szukałem ale na jakieś konkretne materiały na ten temat nie trafiłem. W jednej lokomotywce
    jest 10 uH, w innych 100 uH (przy prawie identycznym silniku i kondensatorach 22-33nF).
    Dobieranie przedmiotowych dławików nie jest tu krytyczne.
    Wszak stanowią one wraz z kondensatorami dolnoprzepustowe bierne filtry L-C.

    Dodano po 22 [minuty]:

    Motronic napisał:
    Quarz napisał:
    Ale dioda odwrotnie równoległa do tranzystora bipolarnego również.

    Nie jest potrzebna.
    Czytaj wyżej co na ten temat napisałem - byle ze zrozumieniem ... :!: :!: :!: