Jak zbudować sterownik PWM dla silnika 12V/20A bez rezystora?

Witam Kolegów,
Potrzebuję wykonać prosty sterownik silnika wentylatora nawiewu samochodowego i zamierzałem zastosować pierwszy lepszy AVR i przebieg PWM. Nie znam dokładnie parametrów takiego silnika, ale oceniam je na 12V/20A (podczas rozruchu wiadomo, że więcej). Pytanie czy sterownik, jak niżej spełni oczekiwania? Jaką częstotliwość PWM zastosować? robiw



PS. W oryginalnych sterownikach oprócz silnika, do regulacji obrotów stosowany jest rezystor szeregowy dużej mocy. Chciałem wyeliminować ten element.

Moderowany przez Marek_Skalski:

Przeniosłem temat, ponieważ nie ma tu nic na temat mikrokontrolerów.

Jak już to kup od A4 B5 ten czerwony jest nie do zdarcia i kosztuje grosze, w środku masz już całą elektronikę i radiator.

Może 1 kHz bedzie ok? Tyle stosuje do sterowania w moim generatorze Pwm. Najlepiej sam sprawdź czy nie będzie ci piszczał w trakcie pracy.

Strumien swiadomosci swia napisał:

Jak już to kup od A4 B5 ten czerwony jest nie do zdarcia i kosztuje grosze, w środku masz już całą elektronikę i radiator.

Wiem, że to najprostsze rozwiązanie, ale chciałem pobawić się PWM-em i sterowaniem "na piechotę"... robiw

Dodano po 2 [minuty]:

miroslaw wielki napisał:

Może 1 kohm bedzie ok? Tyle stosuje do sterowania w moim generatorze Pwm. Najlepiej sam sprawdź czy nie będzie ci piszczał w trakcie pracy.

Właśnie myślałem o 1kHz i slow-start. robiw

Dodano po 3 [godziny] 21 [minuty]:

Niemniej jednak w układzie, jak wyżej (tyle, że z dużo mniejszym elektrolitem 47uF) z dymem "szedł" sterownik TLP250 podczas sterowania PWM (przepięcia). Ponoć większy elektrolit rozwiązałby sprawę, choć nie mogę tego powtórzyć w symulacji LTSpice...robiw

robiw napisał:

Niemniej jednak w układzie, jak wyżej (tyle, że z dużo mniejszym elektrolitem 47uF) z dymem "szedł" sterownik TLP250 podczas sterowania PWM (przepięcia). Ponoć większy elektrolit rozwiązałby sprawę

Jeśli problemem są jakieś lokalne spore przepięcia, to walka z nimi jakimiś dużymi kondensatorami jest trochę bez sensu.
Lepiej i wygodniej po prostu zabezpieczyć samo zasilanie TLP250 z pomocą choćby opornika i zenerki, bo on bierze stosunkowo mały średni prąd. Choć z powodu specyfiki swojej pracy, w bardzo krótkich momentach potrzebuje dużo prądu do przeładowania pojemności bramki mosfeta. Dlatego C6 i C7 powinny koniecznie być przy TLP.
Limitowanie napięcia zasilania TLP250 jest również bardzo ważne z powodu maksymalnego dopuszczalnego napięcia bramkowego mosfeta (a to w tym układzie zależy wprost od napięcia zasilania TLP). Dla typu mosfeta jaki masz na rysunku maksimum na bramce to 12V.
Czyli w najprostszym rozwiązaniu zenerka 12V równolegle do C6 i C7 a na połączeniu do instalacji +12V opornik szeregowy np. 100Ω. Oczywiście zenerka jak i opornik, mocowo odpowiednie do warunków.

rb401 napisał:

Dlatego C6 i C7 powinny koniecznie być przy TLP.

A jeśli rozdzielę zasilania TLP i silnika (dioda Schottky) to pojemności nie powinny być bardziej przy silniku, niż TLP? r

robiw napisał:

to pojemności nie powinny być bardziej przy silniku, niż TLP? r

Te kondensatory są fundamentalnie ważne dla TLP a nie silnika, który nie jest wrażliwy na zakłócenia. Co najmniej ten 0,1uF i to jak najbliżej nóżek TLP.
Dokumentacja TLP250 mówi o tym bardzo wyraźnie:



Elektrolit już może mniej ważny (ale warto dać) bo napięcie zasilające TLP nie musi być super wygładzone ani super stabilne. Ważne by się mieściło w parametrach bramkowych sterowanego mosfeta, tak by spełniał wymogi projektu.

robiw napisał:

A jeśli rozdzielę zasilania TLP i silnika (dioda Schottky)

Szeregowa dioda na zasilaniu TLP, owszem wyeliminuje wpływ ujemnych szpilek na instalacji, ale nie wiadomo tak naprawdę z jakich przyczyn pali się Tobie ten TLP. Tak że ok, może sobie być ale to nie wszystko.

Pali się chyba od przepięć. Niewielki elektrolit z dużym ESR...Tak przynajmniej pokazuje symulacja LTSpice...r

rb401 napisał:

Te kondensatory są fundamentalnie ważne dla TLP a nie silnika, który nie jest wrażliwy na zakłócenia.

Bez kondensatorów przy mosfecie (silniku) pojawiają się w symulacji dość duże przepięcia...robiw

robiw napisał:

Bez kondensatorów przy mosfecie (silniku) pojawiają się w symulacji dość duże przepięcia...robiw

Owszem. Przy tego rodzaju obciążeniu (PWM) na indukcyjnościach przewodów będą powstawały przepięcia. Ale tu symulacja dużo Ci nie powie, bo w rzeczywistości może być gorzej lub lepiej, uwzględniając że instalacja w aucie jest też sama "zaśmiecona". I też to że charakter innych odbiorników może działać pozytywnie czy negatywnie w tej kwestii.

Ale praktycznie problem przepięć można rozłożyć na dwa kierunki.

Pierwszy bardzo ważny, to zapewnienie bezpiecznego i prawidłowego zasilania TLP. Sam TLP wytrzyma do 35V ale ze względu na to że steruje bramką mosfetu, mającą mniejsze absolutne maksimum, ważny jest ten limit wynikający z parametrów mosfeta. Ten akurat mosfet ma podawane w różnych dokumentacjach różne wartości Vgs (max) np. +-15V, +-20V. Wydaje mi się że gdzieś widziałem +-12V ale nie potrafię teraz tego znaleźć (może patrzyłem w coś innego). Czyli powiedzmy że dioda zenera 15V równolegle z zasilaniem TLP załatwi sprawę. Oczywiście trzeba limitować prąd tej diody do bezpiecznej dla niej wartości np. szeregowym opornikiem odpowiednio dobranym. Średni prąd TLP będzie mały (pobiera on do 2A ale tylko w ułamkach mikrosekundy, potrzebnych na przeładowanie pojemności bramki), dlatego opornik może mieć stosunkowo dużą wartość.

A drugi kierunek działań to redukcja zakłóceń wprowadzanych w instalację i generowanych w przewodach np. do regulowanego silnika. Gdzie ewentualnie można by hipotetycznie rozważać np. zakłócanie radia przy pracującym regulatorze.
I tu owszem kondensator o niskiej indukcyjności i niskim ESR coś by ściął, "wygładził" prąd pobierany z instalacji. Ewentualnie współpracujący z dławikiem czy dławikami jako filtr przeciwzakłóceniowy.

Ale pierwszy kierunek jest ważniejszy, bo eliminuje możliwość awarii.

Czyli według Ciebie przy zasilaniu TLP powinien oprócz ceramika być elektrolit powiedzmy 470uF, bo driver pobiera dość duży prąd dla przeładowania pojemności bramki mosfeta? Plus duży elektrolit na zasilaniu silnika? r

robiw napisał:

Czyli według Ciebie przy zasilaniu TLP powinien oprócz ceramika być elektrolit powiedzmy 470uF, bo driver pobiera dość duży prąd dla przeładowania pojemności bramki mosfeta?

Całkowity ładunek bramki tych mosfetów przy pojedynczym załączeniu, jest rzędu 100nC. Czyli naładowany do np. 12V kondensator 100nF spokojnie da radę ze swoją energią (spadnie tylko na nim napięcie o ok. 1V), a później ma relatywnie mnóstwo czasu by się doładować. Dlatego w samej kwestii przeładowania pojemności bramki, już więcej nie potrzeba.
Ale kondensator elektrolityczny w tym miejscu może się przydać na podtrzymanie w razie ewentualnych chwilowych zaników od strony instalacji, z powodów przepięć ujemnych itp. Z tym że z powodu swojej większej indukcyjności i oporności nie da rady spełnić zadania tego ceramicznego 100nF, który i tak musi być, i to bardzo blisko TLP.
Co do elektrolitu na samym silniku, odpowiednio dobrany, to owszem przydałby się. Wygładzi prąd pobierany z instalacji a tym samym układ będzie generował mniejsze zakłócenia.

Czyli na zasilaniu drivera TLP dam 100nF i 10uF a na zasilaniu silnika (mosfet) 470uF/35V? r

robiw napisał:

Czyli na zasilaniu drivera TLP dam 100nF i 10uF a na zasilaniu silnika (mosfet) 470uF/35V? r

Zasilanie TLP wyglądało by ok. Co do kondensatora na zasilaniu silnika, trudno mi cokolwiek konkretnego powiedzieć, tym bardziej że nie określone są warunki typu częstotliwość PWM, moc silnika, jego prądy itd. A z drugiej strony nie wiadomo na ile instalacja będzie tolerować obciążenie PWM, jakie długości, oporności kabli itd. .

Co do PWM to myślę o 1kHz. Co do reszty trudno powiedzieć. Jako parametry silnika można przyjąć 12V/10A. Tak z grubsza... R

Tylko dodam, że 1kHz to za mało. U siebie zrobiłem 4kHz z myślą, że silnik to jakoś wyfiltruje i o ile mnie nie przeszkadza to żona narzeka na pisk. Jak już wykorzystujesz driver mosfeta to wyjdź w górę na co najmniej 15kHz. Ja byłem ograniczony bezpośrednim sterowaniem mosfeta z pinu procka.

Co do pisku to zauważyłem. Tymczasem mam jakiś problem z układem drivera. Jako źródło PWM podpiąłem generator, któremu zmieniam częstotliwość, wypełnienie i wartość napięcia...i silnik zmienia obroty tylko, jako reakcje na poziom napięcia a nie wypełnienie przebiegu PWM. Nie wiem dlaczego. Jakieś uwagi do układu sterującego? R

Pojutrze zrobię eksperyment na silniku gaucho perego podobnej mocy na swoim generatorze pwm. Dam ci znać kolego czy piszczy przy 1 kilo.

To, że piszczy jest pewne...ale dlaczego działa wyłącznie na regulację amplitudy a nie wypełnienie PWM? Dziwne. R

Jak masz amplitude zasilania 12 volt to przy zmianie wypełnienia nie zmienia obrotow?

Właśnie nie. Zmienia, jak zmieniam amplitudę impulsów PWM. Amplitudę, nie wypełnienie. R

Jakieś to dziwne.

Takie "coś" na pewno załatwi sprawę:
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3677874.html#18590201
Tanio i bez kłopotów z budową. Regulator sprawuje się bardzo dobrze, nie grzeje się w całym zakresie obrotów, nie zakłóca odbioru radiowego. Elementy sterujące, potencjometr i wyłącznik można zamontować w dowolny sposób, tam gdzie wygodnie.

robiw napisał:

ale dlaczego działa wyłącznie na regulację amplitudy a nie wypełnienie PWM? Dziwne. R

Amplitudy prądu na wejściu TLP250 nie możesz tak "na pałę" sobie regulować.
Masz w dokumentacji konkretne wytyczne co do zalecanej wartości:


A już nieprzekraczalne graniczne wartości przy których kość będzie działać poprawnie, według dokumentacji, dla prądu stanu załączenia to zakres 5-20mA.

TLP250 najprawdopodobniej nie posiada układu Schmitta (nie wspominają o tym a tym bardziej że definiują wymaganą stromość napięć), dlatego zejście z prądem niżej tych wymagań grozi niepełnym wysterowaniem bramki a w konsekwencji może doprowadzić do wyjścia poza SOA mosfetu czyli jego uszkodzenia.

Może masz jeszcze coś nie tak w zasilaniu TLP250, bo nie wiem czy dobrze zrozumieliśmy się w tej kwestii wcześniej. Pokaż może schemat jak go zasilasz. Albo Twój generator nie daje wymaganego prądu albo dodaje jakąś składową stałą, której nie wziąłeś pod uwagę.
Może lepszym testem było by jednak podłączenie pod Arduino, z odpowiednio dobranym opornikiem i puszczenie na początek choćby jakiegoś wolnego blinka zamiast PWM.

Marian B napisał:

Takie "coś" na pewno załatwi sprawę:

Wiem, widziałem, ale mi zależy na wysterowaniu tego z mikrokontrolera...r

Dodano po 4 [minuty]:

rb401 napisał:

Amplitudy prądu na wejściu TLP250 nie możesz tak "na pałę" sobie regulować.

Wiem. Bardziej martwi mnie wartość minimum supply voltage = 15V...a ja przecież dysponuję wyłącznie 12V. Skąd się wzięła ta wartość?

Dodano po 2 [minuty]:

rb401 napisał:

Albo Twój generator nie daje wymaganego prądu albo dodaje jakąś składową stałą, której nie wziąłeś pod uwagę.

Też o tym pomyślałem, ale podłączyłem oscyloskop i przebieg na wejściu TLP jest w porządku. W końcu "odpiąłem" TLP i podłączyłem się pod bramkę mosfeta z generatorem ustawiając mu odpowiednią amplitude przebiegu PWM. Taki sam efekt - regulacja działa nie na zmianę wypełnienia PWM a na zmianę amplitudy sygnału z generatora. Dziwne...r

robiw napisał:

Wiem, widziałem, ale mi zależy na wysterowaniu tego z mikrokontrolera...r

Może ta wiadomość przyda się. W instrukcji obsługi tego regulatora (M12N3) pisze że można sterować zewnętrznym napięciem 0-5V, a także zewnętrznym sygnałem PWM.

Cześć kolego, masz może jakiś schemat tego sterowania PWM? Chciałbym zrobić takie coś do sprawdzania silników, np. chłodnicy.