Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Sterowanie PWM - włączanie i wyłączanie klucza.

zgierzman 08 Mar 2019 12:45 3045 6
e-mierniki
  • Sterowanie PWM - włączanie i wyłączanie klucza.

    Mam nadzieję, że ten krótki tekst pomoże adeptom sztuki elektroniki w projektowaniu sterowania PWM, zarówno od strony programowej jak i sprzętowej.
    Może choć w części odpowie na nurtujące niektórych początkujących pytanie: dlaczego mój mosfet się grzeje, chociaż nic nie robi?

    Mój kolega miał kiedyś pewien problem z softem to sterowania PWM. Zaczynał wtedy swoją przygodę z elektroniką.
    Wyposażony był w oscyloskop DS0138 i udało mu się zarejestrować następujące przebiegi:
    Sterowanie PWM - włączanie i wyłączanie klucza. Sterowanie PWM - włączanie i wyłączanie klucza.

    Widać pojawiające się impulsy, pomimo teoretycznego wypełnienia 0%. Oczywiście jest to kwestia programowa którą łatwo dało się naprawić, ale pozostało pytanie: co się wtedy dzieje w układzie?

    Zrobiłem kilka prób na biurku i poniższy tekst jest w większości kopią maila którego mu wtedy wysłałem.

    Zasilanie: 32VDC
    Obciążenie: rezystor drutowy 30Ω, 30W, indukcyjność 250 µH
    Rezystor pomiarowy: 1Ω, 1W

    Włączanie przez rezystor bramkowy Rg=620Ω, wyłączanie przez tranzystor NPN. Czyli układ podobny do stosowanego przez wielu...

    Sterowanie PWM - włączanie i wyłączanie klucza.

    Na początek włączanie traznzystora:
    Sterowanie PWM - włączanie i wyłączanie klucza.

    Kanał 1 - żółty - to napięcie na tranzystorze
    Kanał 2 - niebieski (zielony?) - to prąd tranzystora
    Kanał 3 - różowy - to napięcie na bramce
    Na fioletowo moc wydzielana na tranzystorze(po prostu prąd pomnożony przez napięcie)

    Widać od razu, że czas narastania napięcia na bramce jest dość duży, wynosi ok. 2 mikrosekundy, ale i tak moc się wydziela niewielka, jeśli się przyjrzeć, to można zobaczyć pik jakieś 2,5 W i tyle. Poza momentem przełączania moc wydzielana na tranzystorze to praktycznie 0. Prąd oscyluje przez jakiś czas. Napięcie na tranzystorze jest bardzo małe, więc moc wydzielana też jest znikoma.

    Teraz wyłączanie:
    Sterowanie PWM - włączanie i wyłączanie klucza.

    Bramka rozładowuje się przez tranzystor bez żadnej dodatkowej rezystancji, więc szybko.
    Pojawiają się oscylacje, które trwają jakieś 15 - 20 mikrosekund, a pierwszy pik mocy (ten w momencie wyłączania) ma ponad 8 W, drugi jeszcze ponad 4 W... W stanach ustalonych prawie 0.

    Na koniec odpowiedź na impuls:
    Sterowanie PWM - włączanie i wyłączanie klucza.

    To jest odpowiedź na impuls o szerokości poniżej 1 mikrosekundy.
    Tu sterowałem bramką bezpośrednio, nie przez NPN i rezystor, więc czas narastania napięcia na bramce jest mały.
    Napięcie widać, że spada kiedy się tranzystor włącza, potem rośnie z pikiem i tylko troszkę oscyluje. Prąd ma pik ok 800 mA, potem oscyluje. A moc jak widać ma pik ok 5W a potem oscyluje przez jakieś 15 mikrosekund.

    Ciekawe jest to, że moc tracona przy wyłączaniu jest mniejsza niż w poprzednim przypadku.

    I przy włączaniu, i przy wyłączaniu straty są tylko w momencie przełączania.

    Wnioski jakie się nasuwają po tych pomiarach są takie, że:
    Straty w tranzystorze nie zależą wyłącznie od specyfikacji samego tranzystora, np jego Rdson.
    PWM powinien mieć tak małą częstotliwość jak to tylko możliwe aby układ działał prawidłowo. Wyższe f powoduje tylko wyższe straty i niepotrzebne grzanie się mosfeta.
    Dodatkowo nie należy niepotrzebnie zmniejszać wypełnienia - jeśli, na przykład, elektryczna hulajnoga z pasażerem nie rusza przy wypełnieniu, powiedzmy, poniżej 5%, to warto programowo uwzględnić ten fakt i startować od wartości progowej, poniżej której po prostu wyłączać sterowanie całkowicie.

    Jako bonus włączanie tyrystora.
    Układ badany:
    Sterowanie PWM - włączanie i wyłączanie klucza.

    i przebieg:
    Sterowanie PWM - włączanie i wyłączanie klucza.

    Przez pierwsze 2 mikrosekundy prąd rośnie a napięcie spada, moc w szczycie to jakieś 5,5 wata, a moc ustalona to ok 1,3 wata

    Cool? Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    zgierzman
    Level 30  
    Offline 
    zgierzman wrote 1563 posts with rating 1149, helped 83 times. Live in city Zgierz. Been with us since 2005 year.
  • e-mierniki
  • #2
    User removed account
    Level 1  
  • e-mierniki
  • #3
    User removed account
    Level 1  
  • #4
    djfarad02
    Level 19  
    acctr wrote:
    Rozwiązaniem są specjalizowane drivery, które zapewniają wystarczającą stromość zboczy


    Stromość zboczy jest potrzebna przy układach szybkich, a do takich sterowanie PWM żarówką czy silnikiem nie należy. Tutaj duża stromość zboczy nie jest potrzebna a wręcz może być szkodliwa - patrz powstające przy przełączaniu oscylacje. Najprostszą metodą walki z takimi oscylacjami jest przedłużenie czasów narastania i opadania napięcia na bramce. Dodatkowe straty z tego tytułu są praktycznie bez znaczenia, a zyskujemy bardzo wiele - mniejsze przepięcia (zwłaszcza przy przełączaniu obciążeń indukcyjnych) oraz niższą emisję zakłóceń elektromagnetycznych.
  • #5
    User removed account
    Level 1  
  • #6
    radiosimon
    Level 28  
    Tamat rzeka, też nie do końca rozumiem, co autor tak krótkim artykułem chciał osiągnąć.
    Jeśli chodzi o oscylacje to polecam zgłębić tę frazę:
    "snubber design in switching circuits"
    ewentualnie od strony wejścia: https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3468858.html
  • #7
    chudybyk
    Level 31  
    Nie chcę dobijać autora, ale ten układ po podaniu napięcia ma trwale otwarty klucz. Zanim procesor zdąży uruchomić PWM-a, albo zdarzy się zatrzymać debug na początku main(), to z mosfeta może już polecieć dym.
    Ale pochwalam za chęć podzielenia się spostrzeżeniami z uruchamiania.