Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Sterownik wózka elektrycznego (silnika DC 2kW 24VDC) PWM lewo prawo

lukasixthm 06 Feb 2020 21:16 1311 14
  • #1
    lukasixthm
    Level 23  
    Witam.
    W skrócie: sąsiad poprosił mnie o naprawę wózka elektrycznego (inwalidzkiego) którym porusza się wokół posesji.
    Po rozebraniu sterownika moim oczom ukazało się to:
    Sterownik wózka elektrycznego (silnika DC 2kW 24VDC) PWM lewo prawo Sterownik wózka elektrycznego (silnika DC 2kW 24VDC) PWM lewo prawo

    Fabryczny sterownik miał mostek H zbudowany z 8szt HUF75343P3 MOSFET-N 75A 55V (po 2szt na gałąź), jako driver mostka siedział HIP40821.
    Uszkodził się, ponieważ obluzował się styk prądowy zasilania silnika, cyna rozpuściła się od temperatury i zwarła obwód silnika.

    Sterownik fabryczny już nieosiągalny, podobny w serwisie 2000zł + jakaś przeróbka ze względu na konflikt wersji - drogo.

    Popełniłem coś takiego:
    Sterownik wózka elektrycznego (silnika DC 2kW 24VDC) PWM lewo prawo Sterownik wózka elektrycznego (silnika DC 2kW 24VDC) PWM lewo prawo Sterownik wózka elektrycznego (silnika DC 2kW 24VDC) PWM lewo prawo Sterownik wózka elektrycznego (silnika DC 2kW 24VDC) PWM lewo prawo
    Sterownik wózka elektrycznego (silnika DC 2kW 24VDC) PWM lewo prawo

    Atmega8, PWM około 10kHz (błąd - pwm=2kHz), tranzystory kluczujące 3x HUF75343P3, driver MCP1416T-E/OT. Przód/tył (lewo/prawo) na przekaźnikach. Nie chciałem robić tranzystorowego mostka bo to dla mnie nowość, do tego te duże prądy.
    Wózek trochę pojeździ i palą się tranzystory... Silnik zasilany 24V, pobiera szczytowo 140A (gwałtowne przyspieszanie na wzniesieniu). Przed oddaniem wózka solidnie go testowałem (bardzo agresywna jazda). Nic się nie działo. Jest zamontowany potencjometr prędkości maksymalnej (sąsiad jeździ na 30% mocy - tak ustawiłem). Po kilku dniach wózek do mnie wrócił jako uszkodzony...
    Przed oddaniem go miałem trochę przejść z palącymi się tranzystorami. Sprawę załatwiły dwie podwójne diody Schottkiego połączone równolegle. Diody te nadal sprawne, nie uległy uszkodzeniu. W fabrycznym układzie nic takiego nie było, a wszystko działało...

    Proszę o weryfikację schematu, bo nie mam doświadczenia z okiełznaniem tak dużych prądów...



  • #2
    ekrzychoooo
    Level 17  
    Jeśli masz oscyloskop to pokaż przebiegi na
    - bramkach tranzystorów
    - drenach tranzystorów
    - napięcia 12V które zasila driver
    pomiary oczywiście w momencie startu silnika.

    Twoje tranzystory mają pojemność wejściową ok 3000pF czyli x 3 = 9000pF a dla drivera wykresy w pdf kończą się na 10000pF. Dlatego oscylogramy by się bardzo przydały. Nie pokazałeś skąd przetwornica pobiera napięcie. Jakość tego 12V jest kluczowa dla drivera.
    Twój układ nie posiada żadnego sprzężenia zwrotnego jeśli chodzi o prąd obciążenia. W chwili startu silnik to praktycznie zwarcie.
  • #3
    lukasixthm
    Level 23  
    Dziękuję za odpowiedź.. Oscyloskopu nie mam, a juz kolejny raz byłby mi bardzo przydatny..

    Przetwornica dostaje 24V z akumulatorów wózka (2x12V 50Ah). Napiecie to pojawia się po przekręceniu stacyjki. Napięcie wyjściowe z przetwornicy jest ustawione na 15V i takie też zasila driver MCP (max 18V). Zapomniałem zmienić opis na schemacie. Przy samym driverze jest kondensator C10 na wypadek spadków napięcia podczas kluczowania..
    Sugerujesz żeby dać po jednym driverze dla każdego tranzystora osobno?

    Sprzężenia o płynącym prądzie nie ma. Nie widziałem go także w fabrycznym rozwiązaniu. Na płytce widziałem tylko boczniki pomiarowe do kontroli prądu ładowania wózka.
  • #4
    ekrzychoooo
    Level 17  
    lukasixthm wrote:
    Przetwornica dostaje 24V z akumulatorów wózka (2x12V 50Ah)
    Ale dokładnie z klemów czy z płytki? Jak z płytki gdzie może wystąpić chwilowy spadek napięcia to może być źle. Zasil przetwornicę przez
    DIODA->KONDENSATOR->PRZETWORNICA.
    Przy odpowiednim kondensatorze dzięki diodzie napięcie nie będzie się "cofać". Bez oscyloskopu jest ciężko takie układy uruchamiać (może pożycz gdzieś).
  • #5
    lukasixthm
    Level 23  
    Można powiedzieć że z klemów. Do klem dochodzi po dwa przewody na biegun. Jedna para idzie ma płytkę (24VAKU i GND AKU), druga para przez stacyjkę trafia na złącze ARK X1 tuż przy przetwornicy. Oscyloskop kupiłem (ten z priv, na początek mi wystarczy), jak przyjdzie będę mierzył.
  • #6
    lukasixthm
    Level 23  
    Oscyloskop już mam. Chcę zaprojektować malutką płytkę tylko z tranzystorami i driverami do nich. Zastanawiam się nad zmianą tranzystorów. A już na pewno każdy tranzystor będzie miał swój osobisty driver. Na tą chwilę dysponuję 5szt MCP1416T-E/OT i 4szt HUF75343P3. Czy ma sens zrobienie końcówki mocy na 4sztukach?

    Ewentualnie wymiana na:
    IRF 1405 / Ciss 5400pF / Id 169A / Rdson 4.6mΩ
    IRF3205 / Ciss 3200pF / Id 110A / Rdson 8mΩ
    IRFP064N Ciss 4000pF / Id 110A / Rdson 8mΩ / TO-247AC /

    Przy wymianie tranzystorów koniecznie zmiana drivera. Możecie coś polecić łatwo dostępnego i będącego w stanie wysterować ich bramki?


    PS. Tranzystory są kluczowane częstotliwością 2kHz (nie 10kHz jak podałem w pierwszym poście).
  • #7
    lukasixthm
    Level 23  
    Ostatecznie wybór padł na:
    -drivery TC4452 (obudowa TO-220 5)
    http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/20001987C.pdf

    -mosfet IRFP4310 (Uds=100V Id=134A)
    https://www.tme.eu/Document/78d653cea96bee5067a7184064453a76/irfp4310zpbf.pdf

    Układ składa się z dwóch driverów, każdy obsługuje dwa mosfety. Schemat poniżej:
    Sterownik wózka elektrycznego (silnika DC 2kW 24VDC) PWM lewo prawo
    Zastanawiam się czy dodać diody rozładowujące bramki równolegle do rezystorów bramkowych. Każde złącze DS zabezpieczone transilem dwukierunkowym na 68V. Napięcie zasilające drivery podniesione do 14V. W bramkach rezystory 47k polaryzujące je przy stanach nieustalonych. Wejście driverów spolaryzowane rezystorem 100k do masy przeciwko jakimś śmieciom z powietrza.
    Frezować do tego laminat tak jak jest czy coś poprawić. Wartości rezystorów bramkowych (osobny rezystor na każdą bramkę) dobiorę po zapięciu oscyloskopu.
  • #8
    lukasixthm
    Level 23  
    Płytka zrobiona. Pomiary wstępne też. Nie na silniku docelowym, póki co na biurku. Zasilanie 24V z bateri li-ion. Obciążenie R=5.6Ω 15W.

    Czerwony przebieg to Ug przy Rg=22Ω, żółty Uds. Akurat tu Uzas=18V.
    Sterownik wózka elektrycznego (silnika DC 2kW 24VDC) PWM lewo prawo


    Druga strona zbocza:
    Sterownik wózka elektrycznego (silnika DC 2kW 24VDC) PWM lewo prawo


    Zasilanie 24V. Zmniejszenie Rg do 7Ω (jak można się było spodziewać oscylacje przy narastaniu wzrosły) i dodanie diody UF4007 równolegle do Rg w stronę rozładowującą bramkę (ładnie ustromiło zbocze opadające):
    Sterownik wózka elektrycznego (silnika DC 2kW 24VDC) PWM lewo prawo

    Druga strona zbocza:
    Sterownik wózka elektrycznego (silnika DC 2kW 24VDC) PWM lewo prawo

    Druga strona zbocza powiększona:
    Sterownik wózka elektrycznego (silnika DC 2kW 24VDC) PWM lewo prawo


    Dodanie snubbera 22nF 22R i transila 1.5KE43CA pomiędzy D i S.
    Sterownik wózka elektrycznego (silnika DC 2kW 24VDC) PWM lewo prawo

    Sterownik wózka elektrycznego (silnika DC 2kW 24VDC) PWM lewo prawo


    I najgorsze. Czerwony przebieg Ug, żółty U zasilające drivery z przetwornicy. Przy każdym driverze TC4452 stoi elektrolit low esr 1000uF. Pobór prądu przy kluczowaniu 55mA max...
    Sterownik wózka elektrycznego (silnika DC 2kW 24VDC) PWM lewo prawo

    Myślałem, że coś nie tak z przetwornicą. Zasiliłem drivery z osobnego źródła - akumulator li-ion 12V. Różnica prawie żadna. Nie wiem z czego to wynika. Tym bardziej że drivery biorą 55mA podczas kluczowania..
    Sterownik wózka elektrycznego (silnika DC 2kW 24VDC) PWM lewo prawo
  • #9
    User removed account
    Level 1  
  • #10
    lukasixthm
    Level 23  
    Na X1(1) trafia zasilanie (tylko plus), na X2(1) trafia pwm z Atmegi. Masa jest podłączona do punktu GND i GND7 (źródła skrajnych mosfetów) dwoma przewodami 6mm² (5cm długości). Ścieżki pocynowane, te silnoprądowe mają wlutowany drut miedziany 1,5mm². Laminat ma miedź o grubości 105um.


    Sterownik wózka elektrycznego (silnika DC 2kW 24VDC) PWM lewo prawo
  • #11
    User removed account
    Level 1  
  • #13
    User removed account
    Level 1  
  • #14
    lukasixthm
    Level 23  
    Masa na minusie C11, sonda na plusie C11 - praktycznie bez zmian. Dorzuciłem po ceramiku 100nF do samych nóg driverów. Bez rezultatu.

    Schemat:
    Sterownik wózka elektrycznego (silnika DC 2kW 24VDC) PWM lewo prawo

    Płytka. Ceramiki, diody UF i transil lutowane od strony ścieżek.
    Sterownik wózka elektrycznego (silnika DC 2kW 24VDC) PWM lewo prawo
    Uporządkowałem wszystko i sprawy mają się tak: rezystor bramkowy zmieniony na 33Ω. Ugs=13V. Pozbyłem się oscylacji przy załączaniu mosfetów przy zachowaniu dobrego czasu włączenia = 26ns , Id=3A, Vdd=24V.
    Czerwony - Ugs, żółty Uds.

    Sterownik wózka elektrycznego (silnika DC 2kW 24VDC) PWM lewo prawo

    I tf=96ns:
    Sterownik wózka elektrycznego (silnika DC 2kW 24VDC) PWM lewo prawo

    Snubber dobrany tymczasowo do indukcyjności mojego obciążenia czyli rezystora 5Ω 15W. Co zauważyłem to jeśli do snubbera dam rezystor 22Ω 0.25W to działa i ładnie gasi oscylacje. Natomiast rezystor 22Ω 15W zastosowany w jego miejsce praktycznie nic nie wnosi. Jego indukcyjność ma aż taki wpływ?
  • #15
    User removed account
    Level 1