Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Silnik DC pM, PWM, mostek H, grzeją się P-MOSy, pomocy

silacoriolisa 30 Lis 2007 23:05 3304 2
  • #1 30 Lis 2007 23:05
    silacoriolisa
    Poziom 10  

    Witam wszystkich!

    Skonstruwałem prosty sterownik silnika DC PM, oparty na procesorze Atmega32. Obiektem sterowania jest silnik z magnesami trwałymi 70W PROMO-70 (<a href=http://www.silmet-bedex.pl/silniki/typ%20silnikow/silniki%20PRMO%2070.html>szczegóły</a>). Zadaniem sterownika jest sterowanie prędkościa, obrotami silnika oraz czasem trwania poszczególnych cykli.
    Zastosowanie, poszczególne funkcje i interfejsy są tutaj bez znaczenia.

    Mój problem jest typowo konstrukcyjny (błąd w programie wykluczony). Na zalączonym schemacie znajduję się cały projekt urządzenia w formie w jakiej został złożony i uruchomiony (z wyjątkiem sygnału reset mikrokontrolera – wyjaśnienia poniżej). Sterowanie silnikiem odbywa się w układzie mostka H. Tranzystorów z kanałem P używam do kluczowania PWM (wiem, że niektórzy mogą się oburzyć, ale wyniknęło to z początkowych zalożeń projektu i tak już zostało). Wpierw całe urządzenie zostało przetestowane na silniku 15W i nie znalazłem żadnych zastrzeżeń co do jego pracy (tranzystory zimne, przebiegi na oscyloskopie prawidłowe, napięcia prawidłowe).

    Po podłączeniu docelowego silnika 70W, tranzystory grzały się i wciągu kilku sekund osiągnęły niebezpieczny poziom 110 stopni C. Silnik w sterowanym urządzeniu pobiera w czasie pracy nominalnej około 12A, podczas rozruchu miernikiem zmierzyłem 19A (w szczycie prawdopodobnie prąd jest większy), jednak takie wartości występują w obwodzie silnika przez stosunkowo krótki czas. Oczywiście na tyle długi, że spaliłem kilka zestawów tranzystorów. Jednak jeżeli włącze sterownik do urządzenia będącego w ruchu (pomijając faze rozruchy silnika) urządzenie pracuje prawidłowo.
    Zastosowane zasilanie to: transformator oświetleniowy 200W 12V (bieg jałowy 16V), mostek prostowniczy (~50A, 1000V), bateria kondensatorow 5*4700uF (23500uF)

    Dopuszczalny prad podczas pracy ciągłej dla zastosowanych traznsytorów P-MOS to -19A (a więc wartość graniczna przy rozruchu jest osiągnięta ) a dla N-MOS 33A. Ponieważ przy całkowicie otwartym tranzystorze w takim wypadku wydziela się 3.6W mocy strat to wnioskuje, że problem stanowią straty przełączania tranzystora. Wszystkie tranzystory przykręcone są porządnie do radiatora <a href=http://www.sklep.dacpol.com.pl/?page=Products&cid=317&pid=1044&from=searcher>SK 68/75-SA</a> (rezystancja cieplna 3.8K/W) za pomocą podkładek silikonowych (nie mikowych). PWM ma częstotliwość ~16Khz, wypełnienie przeważnie z zakresu 75-100%. Początkowa zastosowana wartość rezytorów R17-24 to 100Ohm (rezystory sterujace MOS).

    A więc problemem są grzjące się tranzystory, najpawdopodobniej w wyniku niewystarczającej szybkości przełączania. Aby zredukować stosunek czasu przełączania tranzystora do czasu blokowania/otwarcia zmniejszyłem wartość PWM do 200Hz. Natomiast, żeby zwiększyć szybkość samych tranzystorów zmieniłem rezystancje R17-R24 na 4.7Ohm (5W) i tutaj zaczynają się moje problemy

    !PROBLEM!
    Testy wykonuje nas silniku nie obciążonym (pobór prądu 4A). Po wystartowaniu silnika, następuje reset procesora i wszystko staje. Efekt jest taki, jakby w obwodzie wystąpiło zwarcie. Natomiast po zwiększeniu rezystancji R17-R24 do 100Ohm wszystko działa jak należy. Gdyby nawet obydwa tranzystory w parze komplementarnej sterującej MOS były otwarte jednoczesnie prąd przepływający przez rezystancje wraz z prądem silnika, nie powienien przekroczyć 10A, takie obciążenie, nie spowoduje, aż tak dużego spadku napięcia na źródle, a jednak efekt jest taki, jakby wystąpił stan resetu procesora. Co jest grane i jak przyspieszyć maksymalnie szybkość włączania/wyłączania tranzystorów?


    Kolejny problem to odpowiednie zabezpieczeni tranzystorów przed przekorczeniem dopuszczalnych wartości napięć Vgs (20V) – gdyż chciałbym, aby moje urządzenie bylo uniwersalne i mogło współpracować z silnikami zasilanymi napięciem 24V. Początkowo wstawiłem diody Zenera pomiędzy sygnał sterujący i + zasilania dla P-MOSów oraz pomiędzy masę i sygnal sterujący dla N-MOSów. Zabezpieczenie działało prawidłowo, jednak ponieważ zmieniłem wartości rezystancji R17-R24, prąd pochłaniany przez diody powodowałby ich przegrzewanie się (albo raczej parowanie:) ). Jakieś pomysły?

    Zawsze istnieje możliwość zmiany tranzystorów na mocniejsze, ale nie udało mi się odpowiednio sparować tranzystorów (nie znalazłem odpowiendio mocnych P-MOSów ).

    Próbowałem sam, ale nie mam już pomysłów i została już tylko metoda Monte Carlo, a chciałbym jej uniknąć :)

    Nie chciałbym robić głebokich zmian w projekcie, a raczej zrozumieć w czym problem.


    Wyjaśnienia:
    Sygnał resetu procesora pochodzi nie z układu DS1813 jak jest zaznaczone na schemacie, tylko z układu RC o stałej czasowej (10ms).
    Włączanie zasilania urządzenia odbywa się za pomocą klawiatury membranowej, więc przycisk „on/off” jest symulowanym przyciskiem dwustanowym realizwanym przez microswitch i dwa przerzutniki typu D (US 4013) tworzące „flip-flopa” z histerezą.

    Jeżeli potrzbeną będą dodatkowe informacje, oraz wyjasnienia odnoście schematu, pytajcie.

    Czekam na Wasze sugestie!!

    Pozdrawiam
    silacoriolisa


    Plik ze schematem w większym formacie znajdziecie po klliknięciu tutaj

    a tutaj miniaturka:
    Silnik DC pM, PWM, mostek H, grzeją się P-MOSy, pomocy

    0 2
  • #2 01 Gru 2007 11:27
    Dar.El
    Poziom 40  

    Witam
    Ale nakombinowałeś! Wstaw IRF4905 i przestaną się grzać. Pamiętaj, ze mosfety jak są bardzo gorące, to mają 2x większą rezystancję przewodzenia.

    0
  • #3 17 Gru 2007 23:32
    silacoriolisa
    Poziom 10  

    Dzięki za odpowiedź, tranzystory, które proponujesz mają rzeczywiście niższą rezystancje otwartego kanału i wyższy dopuszczalny prąd pracy ciągłej, wiec mogą częściowo (a mam nadzieje, że i całkowicie) rozwiązać problem nadmiernego grzania się. Testy będe mógł zrobić dopiero za około 2 tygodnie.

    Jednak chciałbym rownież zwiększyć szybkość przełączania tranzystorów. Zastosowałem klasyczny (książkowy) układ z komplementarną parą tranzystorów bipolarnych w stopniu sterującym MOSa. Gdzieś przeczytałem (nie pamiętam źródła), że rezystancje na bramce MOSa powinny mieć 5-20 Ohm, ja musze stosować większe, ze względu na spadek napięcia i reset mikroprocesora. Nie rozumiem skąd sie bierze ten spadek napięcia.

    Licze na kolejne sugestie.

    Pozdrawiam i życze wszystkim Wesołych Świąt!

    0