Sterownik silnika bezszczotkowego - tranzystory wybuchają

Witam, buduję sterownik do dużego silnika bezszczotkowego (ok 1kw) i mam z nim pewien problem. Silnik jest sterowany za pomocą czujników halla przez mikrokontroler atmega328p i trzy układy IR2101. Moc regulowana jest przez pwm. Przy zasilaniu ze zużytych dwóch akumulatorów kwasowych silnik ma mało mocy ale wszystko wydaje się działać dobrze . Po podłączeniu akumulatora litowo-jonowego 28.8V przy małym obciążeniu wszystko działa (przy poborze prądu do 10A) ale po zwiększeniu mocy tranzystory nagle wybuchają. Tranzystory to IRF3205. Patrząc na ich parametry wydaje się, że są dobre. Radiator ma maksymalnie 50°C. Ostatnim razem gdy wybuchły mierzyłem prąd i było to trochę ponad 10A. Tranzystory zabezpieczone są diodami transil 1.5kW 39V więc raczej nie dzieje się to przez szpilki.
Na schemacie ich niema.
Bardzo proszę o pomoc.

UA

В якій программі відкривати схему??
Orcad не відкриває.
Зробіть в PDF

Dodano po 4 [minuty]:

Ви працюєте в eagle
Зробіть PDF,будемо розбиратися де собака закопана )))

Schemat był robiony głównie do projektowania płytki więc nie wygląda zbyt czytelnie. Zamiast kondensatorów c17-c23 dałem trzy transile.

UA
1 IR2101 для даної схеми не підходять,краще IR2106
IR2101 має 270мА на закривання транзистора що є дуже мало
2 IRF3205 має 55V ))) а 28.8V х 2 =57.6V !!!!!!!!!!!
Транзистор розриває імпульс індукціі який = 28.8V + 28.8V живлення =57.6 )))))))))

Dodano po 2 [minuty]:

Зробіть токову схему по іншому.
ADC не встигне вирахувати ток ))

Marek_Skalski napisał:

Nie chcę zgadywać, czy problem jest kiedy wyłącza się dolny tranzystor i wtedy napięcie VS wzrasta na tyle, że dochodzi do przebicia dolnego tranzystora, ponieważ bramka jest trzymana blisko potencjału masy, czy może VB wzrasta na tyle wysoko, że uszkodzenie zachodzi w chwili włączenia górnego tranzystora.

Саме це я і мав вам сказати.Колега висловився правильно )))

Układy IR2101 są zasilane z przetwornicy która daje około 13.5V więc na bramce nie powinno pojawić się zbyt wysokie napięcie. W czasie testów zasilam z akumulatora 12v żeby w razie czego popłynął mniejszy prąd i obciążam innym, większym silnikiem pojedyncze wyjścia. Doszedłem do 30A i nic dziwnego się nie dzieje. Sprawdzałem oscyloskopem i napięcia na bramkach się zgadzają (na górnym przy zwiększaniu wypełnienia pwm napięcie rośnie ale tylko do 15V). Na wyjściu (czyli VS) nie widzę żadnych szpilek.

Bramka górnego tranzystora, 20us/div, 5V/div wypełnienie około 4%


VS ,5v/div

То таки ж все правильно.
Від 12V ви можете отримати і 100А, а від --akumulatora litowo-jonowego 28.8V-- отримаєте БАХ ))))

Проблема в транзисторах,
вам потрібні транзистори з V=Vpower x 2.2

Zapomniałem dodać, że na drugim zdjęciu jest inne wypełnienie a na pierwszym jest ustawione powiększenie 10x żeby lepiej było widać.

Dlaczego napięcie VB może rosnąć tak bardzo i dlaczego tranzystory muszą być na wyższe napięcie? Czy diody transil nie powinny zabezpieczyć ich? Przed chwilą uruchomiłem silnik z 28V przez rezystor i nie widziałem żeby napięcie rosło do niebezpiecznego poziomu. Silnik jest lekko obciążony bo jest zamontowany w skuterze i ciężko jest go wyjąć i jedyna rzecz którą zauważyłem podczas zwiększania napięcia to spadek napięcia przez rezystor i wygładzenie przebiegu. Czas martwy jest wystarczający (może być za duży?). Też myślałem o jednoczesnym włączeniu tranzystorów, ale myślałem, że może to być spowodowane np. pętlą masy albo innymi zakłóceniami. Poza tym gdy ostatnim razem wybuchły mi tranzystory to wcześniej trochę jeździłem na 28v i nic się nie działo.

Kiedyś zabezpieczyłem sterownik silnika ( PWM ) 12VDC o mocy 200W dwukierunkowymi transilami 28V 1.5kW i efekt był taki, że przebijały , pociągając za sobą MOSFETy a te z kolei czasami i drivery. Zdarzało się, że transile przeżyły a MOSFET i tak padał. Dopiero zabezpieczenie diodami Schottky'ego wyeliminowało jakiekolwiek problemy. Dodam, że MOSFET był tylko jeden ( nie w mostku H ) a objawy były podobne - czasami silnik działał i 3 dni zanim następowała awaria.

Dlaczego Ugs miałoby przekroczyć 20V? Przecież napięcie na górnej bramce rośnie ale względem masy a górny tranzystor jest sterowany względem VS. Napięcie bootstrap też nie powinno rosnąć bo kondensator jest ładowany przez diodę.

Napięcie Uds nie powinno znacząco przekraczać napięcia zasilania dzięki diodom wbudowanym w tranzystory. Zasymulowałem to w programie i napięcia nie są zbyt wysokie:


To samo widziałem na oscyloskopie. Szpilki przy przełączaniu były ograniczone do zasilania. Dlatego nie rozumiem dlaczego tranzystory powinny być na 2 razy wyższe napięcie.

Masz pewność że soft czy nawet sam uC nie powoduje tego problemu? Możesz też zwiększyć rezystory bramkowe do 100-150 ohm gdyż nie uzasadnione jest użycie 10 ohm rezystorów.

Pewności nie mam czy uC nie powoduje problemu ale soft powinien być dobry. Przy przełączaniu najpierw wyłączam wszystkie tranzystory, później wszystko obliczam i dopiero włączam odpowiednie. Obliczenia są w czystym C więc powinno to zająć mało czasu. Mogę wstawić kod ale jest bez komentarzy. Rezystory zwiększę jeżeli znajdę odpowiednie, bo są w obudowie smd 0603.

Cóż korzystanie z uC komplikuje układ i nie chodzi o to że układ jest trudny do zrozumienia, bo w tym wypadku jest odwrotnie z uC łatwiej zrozumieć układ.
Jednak trzeba pamiętać że uC jest upierdliwy jeśli chodzi o projektowanie HW, np jak prowadzisz masę uC i obwodu mocy? Czy separujesz ich pętle prądowe co by na siebie nie nachodziły?

Czy zapewniasz odpowiednio długi (ale nie za długi) dead time? gdyż widzę że sterownik nie zapewnia dead time, więc musi to opierdzielić soft...

użycie uC wydaje się piękne, ale trzeba mieć większą kontrolę nad tym co się robi, gdyż łatwo o błąd o którym prawdopodobnie nie masz pojęcia i go potem będziesz szukać miesiącami.

Masa i zasilanie pokazane są na obrazkach:



Białymi liniami zaznaczyłem miejsca, w których ostatnio przeciąłem dwie ścieżki od masy a na żółto zaznaczyłem miejsce gdzie chyba dam gruby kawałek miedzi. Jutro spróbuję zmierzyć czas martwy za pomocą timera.

Zasilania przetwornicy zrobiłem tak bo nie miałem już miejsca na płytce. Czy mały rezystor szeregowo i ten kondensator low esr zmniejszy zakłócenia na zasilaniu?

Na ścieżkach sterujących tranzystorami zaraz za mikrokontrolerem dałem rezystory kilka kΩ do masy. Na początku podczas resetów zdarzało się, że włączały się dwa na raz. Teraz reset nie powinien nic takiego zrobić. Planuję jeszcze zrobić takie coś, że jeżeli silnik nie przekręci się w ciągu np 2s to zostanie wyłączony.

Czekaj, a gdzie są radiatory? czy mosfety są położone płasko a potem przez wielką dziurę łączysz go z radiatorem? Zbadaj temperaturę samych mosfetów, może one tam po prostu płoną za wysokiej temperatury.

piotr16c napisał:

Napięcie Uds nie powinno znacząco przekraczać napięcia zasilania dzięki diodom wbudowanym w tranzystory. Zasymulowałem to w programie i napięcia nie są zbyt wysokie:

Nie widzę w twojej symulacji indukcyjności.
Teraz symuluj to samo, ale z obciążeniem indukcyjnym

Właśnie tak pisze dokumentacja.
Typ. Max.
Reverse Recovery Time ––– 69 104ns T = 25°C,

Podczas gdy dioda otwiera się, a tym razem od 69 do 104nS, tym razem wystarczy, aby tranzystor był niekompletny )))

Trochę poczytałem o diodach schottky i nie wiedziałem, że są aż tak szybkie, myślałem że są tylko trochę szybsze od tych w tranzystorach i dlatego nie dałem dodatkowych. Czy wystarczy tylko podłączyć je równolegle do tranzystorów, czy muszę jeszcze coś dodać?

Tranzystory są przykręcone do dużego kawałka aluminium i są od niego odizolowane podkładkami mikowymi, więc chłodzenie jest dobre.

Czas martwy to kilkanaście µs

Dzisiaj zauważyłem, że jak ustawię małe wypełnienie, zatrzymam silnik ręką i powoli nim kręcę to przy zmianie fazy (dokładnie na granicy dwóch) silnik nie ma siły i piszczy (im bliżej jest kolejnej fazy, tym wyższa jest częstotliwość). Czy to normalne?

piotr16c napisał:

Trochę poczytałem o diodach schottky i nie wiedziałem, że są aż tak szybkie, myślałem że są tylko trochę szybsze od tych w tranzystorach i dlatego nie dałem dodatkowych. Czy wystarczy tylko podłączyć je równolegle do tranzystorów, czy muszę jeszcze coś dodać?

Nie torturuj siebie i innych, umieść tranzystory na tych, których potrzebujesz ))))

Nie potrzeba żadnych dodatkowych diod równolegle z tranzystorami. Czy kondensatory C17-C25 nie powinny być one włączone pomiędzy VCC a masę? Obecnie na schemacie podłączone są do wyjść i niepotrzebnie je obciążają.
Nie wiemy też co robi program sterujący, czy czasami nie załącza górnych i dolnych tranzystorów jednocześnie? To mogłaby być przyczyna palenia tranzystorów.
Nie podoba mi się też poprowadzenie ścieżek prądowych w bezpośrednim sąsiedztwie driverów, oznacza to proszenie się o kłopoty.

Kondensatory C17-C25 nie są wlutowane a na schemacie są dlatego, że na poprzedniej płytce, gdy dokładałem je do wyjść silnik jakby lepiej działał (zwiększały się obroty i spadał prąd).

Drivery dałem tak blisko bo czytałem, że niektórzy mieli problemy z ujemnymi szpilkami na Vs przez co układy były uszkadzane.

Program sterujący raczej nie ma możliwości włączenia tranzystorów górnych i dolnych jednocześnie bo działa według tablicy.

piotr16c napisał:

Drivery dałem tak blisko bo czytałem, że niektórzy mieli problemy z ujemnymi szpilkami na Vs przez co układy były uszkadzane.

I dobrze, drivery daje się tak blisko kluczy, one z założenia mają być odporne na wszelakie zakłócenia i myślę że prąd to tutaj najmniejszy problem przy porównaniu do pływającym napięciu.

Możliwe, że to wszystko działo się przez silnik. Gdy podłączyłem inny, trochę większy, to nic nie piszczy i ładnie przełącza nawet przy prądzie 20A (więcej jeszcze nie sprawdzałem) Spróbuję naprawić tamten i zobaczę czy będzie lepiej.