Sterownik silnika krokowego 70VDC 8A na mosfetach - mostek H

Witam.

Od jakiegoś czasu buduję frezarkę CNC.

Po długim oczekiwaniu i zmontowaniu elementów do kupy nadszedł czas na sterowanie. W maszynie zastosowałem silniki krokowe 12,5Nm 7,8A.
Zasada działania i sterowania tego typu silnika jest mi znana.

Postanowiłem zbudować układ sterowania takiego silnika na własną rękę. Najpierw zbudowałem sterownik który wytrzymywał ponad 8A i pracował przy napięciu około 38V. Po uruchomieniu i przetestowaniu, doszedłem do wniosku, ze silnik będzie miał zbyt małe osiągi (pod względem prędkości) i aby przyśpieszyć jego pracę należy doprowadzić do niego między innymi wyższe napięcie.

Kupiłem transformator (25A), zbudowałem prostownik i na jego wyjściu otrzymałem 67V.

W końcu zabrałem się za budowę sterownika. Był on oparty na zespole dwóch mostków H zbudowanych na tranzystorach mosfet na każdy mostek przypadało po 2 tranzystory z kanałem N i z kanałem P. Wszystko zmontowałem wg poniższego schematu:



Oto wykaz nieoznaczonych elementów:

R1, R2 = 5k6
R3, R4 = 1k2
R5, R6 = 270k
R7, R8 = 10k

Całość była sterowana z mikrokontrolera (5V) ale w ramach testu i jego bezpieczeństwa nie było go w podstawce.

I tu pojawiają się schody.
Po uruchomieniu całego obwodu był pokaz efektów świetlnych
Spalił się jeden BC639 i 5 z 8 mosfetów.

I związku z powyższym proszę Was o pomoc w doborze elementów i ewentualne
sprawdzenie schematu czy nie trzeba w nim czegoś zmodyfikować.

Nie interesują mnie odpowiedzi typu "kup gotowy" i nic nie wnoszące do tematu oraz linki do podobnych tematów ponieważ mój problem dotyczy konkretnej kwestii.

Kupno sterownika nie wchodzi w grę bo chcę poznać jak to wszystko działa i jaka jest zależność między danymi elementami.

Cytat:

Kupno sterownika nie wchodzi w grę bo chcę poznać jak to wszystko działa i jaka jest zależność między danymi elementami.

Dużo tego ale spróbuję.
Najpierw trzeba ustalić założenia do projektu, jak chcesz tym sterować, jakie częstotliwości, jak będziesz stabilizował prąd?

Wiesz że nie możesz dowolnie zwiększać napięcia, a tzw forsowanie czyli podnoszenie napiecia powyżej nominalnego tylko w układzie który nie dopuści do nadmiernego wzrostu prądu - chopper jest konieczny.

Cytat:

Całość była sterowana z mikrokontrolera (5V) ale w ramach testu i jego bezpieczeństwa nie było go w podstawce.
I tu pojawiają się schody.
Po uruchomieniu całego obwodu był pokaz efektów świetlnych Smile
Spalił się jeden BC639 i 5 z 8 mosfetów.

Jeśli bez poszły z dymem bez mikrokontrolera to musiał być błąd w montażu układ ma błędy ale sam nie nie wybuchnie.

Ja bym takiego układu do silnika nie zastosował, nadmiernie uproszczony, zysk niewielki, a sterowanie tranzystorów niepewne, zależne od napięć na silniku i przełączanie tranzystorów powolne.

Więc tak:

Sterowanie układem ma być przez PWM mikrokontrolera ponieważ właśnie tym mechanizmem będę miał możliwość wyregulowania prądu. Ma być on redukowany w czasie postoju silnika po to aby obniżyć ilość ciepła wygenerowanego przez niego jak i przez tranzystory.
Chcę uzyskać możliwie jak najwyższe obroty silnika przy tym napięciu.
Przy założeniu, że prąd ma być regulowany przez PWM częstotliwość musi być na tyle wysoka aby wygenerować odpowiedni przebieg.

Efekty świetlne - podejrzewam czym były spowodowane. Przez zły dobór elementów wszystkie tranzystory były załączone i zwyczajnie było zwarcie. A przy tym natężeniu wszystko stało się bardzo szybko;)

Czyli tak:

Najpierw muszę wiedzieć co zrobić aby stabilnie wysterować tranzystory przy tym napięciu.
Są w pełni otwarte przy 12V między bramką a źródłem i własnie tyle chciałbym podawać aby uzyskać ich pełne odetkanie.

Stabilne wysterowanie ma kluczowe znaczenie ponieważ to ono będzie później decydowało o ilości przepuszczonego prądu przez tranzystory.

Na co muszę zwrócić uwagę przy tego typu problemie?

trymer01 - może banalne pytanie ale czym jest czas martwy?

Kolejne banalne pytanie rezystory R3, R4, R5, R6 służą do rozładowywania bramek?

Co do sterowania to chodzi Ci aby nie było włączane na "skos"?

Wspomniałem o 5 mosfetach bo w tym sterowniku siedział zespół złożony z dwóch takich mostków

Jeśli załączysz jednocześnie górny i dolny tranzystor jednego półmostka robi się zwarcie i bum, po tranzystorach, w praktyce żeby tego uniknąć przy przełączaniu musisz najpierw dać sygnał wyłączenia jednego tranzystora poczekać aż się wyłączy (czas martwy) i dopiero wtedy załączyć drugi.

W twoim układzie nie ma bezpośredniej kontroli nad dolnymi tranzystorami i to może skończyć się źle, przykładowo załączamy Q5 a więc Q3 i Q2, wyłączamy Q5 wyłączy się Q3 i Q2 ale napięcie samoindukcji cewki załączy Q1 kolejna próba załączenia Q3 spowoduje przepływ prądu skrośnego i bum.

Dodano po 19 [minuty]:

Cytat:

Sterowanie układem ma być przez PWM mikrokontrolera ponieważ właśnie tym mechanizmem będę miał możliwość wyregulowania prądu. Ma być on redukowany w czasie postoju silnika po to aby obniżyć ilość ciepła wygenerowanego przez niego jak i przez tranzystory.

Nie zgodzę się regulując PWM będzie to działało jak regulacja napięcia a regulacja napięcia to amatorszczyzna w sterowaniu silnikami krokowymi, jak ustawisz PWM przy przyśpieszaniu i hamowaniu? na max. czy "na czuja"?
Ponieważ maszyna CNC co chwila przyśpiesza i hamuje nie możesz tego zrobić byle jak bo albo stracisz moment albo przegrzejesz silnik. Każdy profesjonalny sterownik ma chopper, działa to jak układ który automatycznie dobiera wypełnienie PWM'a, tak żeby jak najszybciej osiągnąć zadany prąd, kiedy silnik wykonuje krok, ta szybkość stabilizacji prądu daje większy moment przy dużych obrotach, działa to przy kilkukrotnie podwyższonym napięciu zasilania, ale bez przeciążenia silnika, to się nazywa forsowaniem.

Jak sterować bramkami MOSFET'ów, kup gotowy driver MOSFET'ów, albo przeczytaj notę aplikacyjną na ten temat, niezła jest od TI szukaj slup169.pdf

trymer01, jarek_lnx zmodyfikowałem nieco schemat.



Nie jestem pewny czy to zadziała...

Teraz mosfety powinny być załączane napięciami niezależnymi od napięcia wyjścia oraz każdy z nich ma swój dzielnik rezystorowy. Jednak pozostaje pewna wątpliwość - napięcia Vgs na górnych mosfetach.

A może sterować indywidualnie - każdy mosfet poprzez każdy oddzielny tranzystor z dzielnikiem napięcia?

Tak jak np na tym schemacie?



Co do czasów martwych to wiedziałem, że każdy tranzystor potrzebuje czasu na włączenie ale nie potrafiłem powiązać pojęć

Jeszcze jedno banalne pytanie:
Jak się oblicza czas rozładowania kondensatora?

Potrzebuję napięcia 12V względem masy - dla tranzystora z kanałem N którego źródło łączy się z masą napięcie te uzyskam bez większego problemu dzielnikiem napięcia. A co z napięciem bramek w tranzystorach z kanałem P przecież ich źródło łączy się z +70VDC a w koncu otwiera je potencjał między bramką a źródłem.

Dodatkowo napięcie Vgs mosfeta P musi być ujemne.