WIRTUALNY KLUB MODELARZY RC

Witam,
jakiś czas temu gdy dowiedziałem się jak działają silniki od cd popełniłem schemat regulatora 3f na nmos'ach, nigdy go jednak nie zbudowałem. Teraz zabieram się za budowę modelu i regulator będzie mi potrzebny - wróciłem do schematu (i lekko go poprawiłem)
http://prowizorka.da.ru/~michoo/reg.png
"Na mój ogląd" powinien działać zgodnie z założeniami, ale proszę o opiniy i rady - czy czegoś nie pomieszałem, czy są jakieś błędy projektowe, czegoś nie przewidziałem etc.

2 moje wątpliwości:
1. "górne" nmosy są sterowane napięciem na bramie w przedziale 0.6V - Vbat - założenie było takie, że w stanie "wyłączonym" dzielnik napięcia służący do pomiaru przejścia przez 0 będzie dawał spadek, przez co 0.6V względem masy będzie -xV względem źródła (czy nie ma tu błędu - w sensie czy spadek napięcia na silniku nie obniży Us tak, że to 0.6V odetka tranzystor) - rozwiązanie jakie widzę w takim przypadku to podpięcie emitera do lekko ujemnego napięcia (przełączany kondensator) - czy to się sprawdzi?
2. Czy and'owanie z PWM tylko dolnych tranzystorów nie sprawi problemów z indukcyjnością silnika? (tzn, czy nie będą konieczne jakieś diody zabezpieczające)

_________________
Pozdrawiam
Michał

Gratuluję zapału. Przy obecnych cenach regulatorów, budowa ich samodzielnie ma sens chyba tylko dla własnej przyjemności

_________________
Zbigniew Bigaj

Popieram (i pozdrawiam) szanownego przedmówcę Rzeczywiście z praktycznego punktu widzenia budowa regulatora 3f dzisiaj nie ma sensu ale jeśli naprawdę się napaliłeś, to musisz w swoim projekcie dużo zmienić. Zanim jednak opiszę co mi się konkretnie nie podoba, jedna uwaga ogólna: to jest schemat czysto ideowy. Ideowy tak bardzo jak można to sobie wyobrazić. Nie wiem, czy robiłeś już jakieś układy impulsowe, przełączałeś duże prądy, mierzyłeś małe sygnały w środowiskach o dużych zakłóceniach itp. Jeżeli tak, to pewnie "ideowość" tego schematu jest zamierzona, wiesz czego brakuje w zakresie filtrowania, odkłócania a nam chciałeś pokazać pewien pomysł na układ, który samodzielnie doprowadzisz do stanu używalności. W przeciwnym wypadku trzeba by zacząć "od pieca" a wtedy nie będzie to krótka odpowiedź. Tak więc czekam na więcej od Ciebie. Napisz co już zrobiłeś, o założeniach do tego projektu, jakich prądów się spodziewasz, jakich elementów zamierzasz użyć, jakie algorytmy sterowania masz w planach, jakie częstotliwości itp. Niestety ten sam schemat może sprawdzić się przy 100mA a przy 5A kompletnie nie. To samo przy 100Hz i 10kHz. Bez szczegółów nie bardzo jest o czym dyskutować. Tak najbardziej ogólnie:
ERC nie jest po to, by Ci zatruwać życie. Jeśli marudzi, to widocznie ma powód i wejścia bramek (jakich? serii 4000, 74HC, TTL ?) nie powinny wisieć w powietrzu. Kompletny brak kondensatorów blokujących zasilanie (jedno, drugie, trzecie i referencję przetwornika). Sterowanie górnych tranzystorów jest do kosza. NMOSy muszą mieć plus na bramce względem kanału. Jeżeli oba jego końce (D jest na plusie a S będzie starał się plus na silniku zrobić) podjeżdżają do góry, tranzystor się powoli wyłączy, po drodze przechodząc przez obszar aktywny grzejąc się niemiłosiernie. W takim układzie (4xNMOS) musisz zrobić twarde sterowanie górnych bramek napięciem niestety większym niż plus zasilania. Motywu z emiterem nie zrozumiałem. Sygnał back-EMF będzie tak strasznie zakłócony, że Twój przetwornik zmierzy wszystko, tylko nie przejście przez zero. Odfiltruj śmiecie. Wyprowadzenia UARTa są dość cenne. Być może w przyszłości będziesz chciał programować regulator z komputera albo podłączać go tam w innym celu (uruchamianie zakręconych algorytmów ?) i wtedy warto przesunąć wyjścia na PD6 i 7. Nie wiem jak wykonujesz swój "ogląd" ale czy liczyłeś jak będzie wyglądał moment przełączania Twoich tranzystorów ? Czy będą chwile gdy oba jednocześnie przewodzą albo gdy oba nie ? Obie sytuacje są niebezpieczne bo w pierwszej pobieramy prąd zwarciowy z zasilania a w drugiej trzeba coś zrobić z energią zgromadzoną w polu magnetycznym silnika (diody!). Sterowanie nie jest symetryczne więc trzeba to dokładnie przemyśleć. W tym procesorze masz tylko jednofazowy PWM bez generatora czasów martwych. Być może trzeba będzie zrobić rozsuwanie tranzystorów "na piechotę". Bramki serii 4000 mają marne wydajności prądowe i do sterowania MOSFETów praktycznie się nie nadają. HCMOS niewiele lepiej i tylko do 5V. Nie widzę wejścia sygnału z odbiornika, pomiaru napięcia akumulatora, sygnalizacji stanu (LED?). Skąd wziąłeś to 0.6V ? Napięcie nasycenia Ucesat dla bipolarnych npn jest dużo mniejsze....
Czysta idea...

_________________
Marek
Tipsy (RIP), PT-17, EasyStar, EasyGlider, Fox
X-412 z apetytem na coś większego

Dzięki za odpowiedź, zacznę po kolei:
tak, ten projekt jest głównie pomyślany jako "ciekawe czy mi się uda zrealizować regulator dopóki nie przyjdą części do modelu", schemat jest uproszczony częściowo zapewne z powodu braków mojej wiedzy, częściowo aby nie zaciemniać obrazu kluczowych fragmentów co do których miałem wątpliwości.

Co do mojego doświadczenia - największe prądy jakie samemu "obrabiałem" to ze z 1.5A, największe napięcie - ~300V generowane przez uC. Jestem programistą, elektronika to takie małe hobby.
Schemat powstał na <250mA - silniczek z cd miał robić za wentylatorek. Jeżeli udałoby mi się zrobić działający regulator to wysłałbym go w przyszłości w powietrze w modelu (na razie kupuję "chińczyka") o ile nie wyjdzie za ciężki Prądu spodziewam się ~10A, chociaż jeżeli projekt będzie ok, to powinien decydować o tym głównie radiator...

Co do górnych nmosów - fakt, nie pomyślałem, że jak prawie cały spadek będzie na silniku to się usmażą. Tutaj powinno chyba starczyć podbicie napięcia o kilka woltów - wystarczy pompa napięciowa na kondensatorze? (Z tego co widzę w datasheecie IRL2203N to przy GS=3V i DS=0.2V spokojnie może 20A popłynąć.)

10kHz przekraczać raczej nie zamierzam. Jakiego typu bramki and by to były nie powiem, bo poza uC części jeszcze nie dobierałem (ale pewnie 74hc- je mam).

Jeżeli chodzi o EMF to myślałem o filtrze RC dolnoprzepustowym, ale czy to zadziała jak trzeba?

Sytuację przewodzenia 2 tranzystorów wykluczyłem. Jeżeli chodzi o przełączanie - zastanawiałem się nad zrobieniem górnych 'na sztywno' i podpięcie PWM tylko do dolnych. O indukcyjność silnika pytałem - wydaje mi się, że "dioda" w mosach poradzi sobie s sytuacją, gdy przez chwilę oba tranzystory będą zamknięte.

0.6V - jakoś samo mi do głowy przyszło jako pierwsze skojarzenie (bo bc547 którego sporo używałem ma Ube_on=~0.6 Uce_sat=0.1...0.6).

P.S.
Na razie jest mała szansa, że poza schematem coś powstanie w najbliższym czasie(uczelnia jest wymagająca, a "latało" mnie na razie bardziej kręci) - tekst o 'potrzebie regulatora do modelu" miał bardziej sprowokować do opiniowania niż oddać stan faktyczny.

_________________
Pozdrawiam
Michał

Czuję, że sobie poradzisz
Czy pompa wystarczy ? Total gate charge Twojego IRLa wynosi 60nC. Nawet przy 10kHz będzie potrzebne tylko 0.6mC/s więc wydaje się, że będzie OK ale musisz lepiej zrobić stopień sterujący. Ten ładunek to tylko to, co musisz wpompować do bramki na samo jej przeładowywanie ale taki driver jak pokazałeś (tranzystor, teraz pewnie będzie pnp + rezystor do masy) ciągnie dużo prądu również w stanie ustalonym. Jeśli MOSFETy mają się przełączać szybko to impedancja wyjściowa takiego stopnia musi być mała. O ile tranzystor w jedną stronę jest OK to rezystor ciągnący w drugą będzie musiał być mały i dwa rzędy wielkości więcej prądu będzie szło "w powietrze". Wtedy typowa pompa może nie wystarczyć. Spróbuj zrobić coś na parze tranzystorów albo w ostateczności dwóch lub więcej bramkach serii 4000 połączonych równolegle - to taki amatorski driver MOSFET dla mających wstręt do używania układów po prostu do tego przeznaczonych (born to drive ) Z bramkami 4000 zaraz zrobi się problem z ich sterowaniem, bo przecież lubią mieć na wejściu przebieg rail-to-rail itd.. W każdym razie jakiś driver symetryczny będzie chyba na miejscu. Pobiera prąd tylko w czasie przełączania więc wystarczy dobrze zablokować mu zasilanie.
Ugs=3V to absolutne minimum. Co prawda na ch-ce wyjściowej jest linia dla 2.7V ale zobacz na "Typical Gate Charge Vs. Gate-to-Source Voltage". Schodek w którym MOSFET się przełącza jest prawie dokładnie na 3V. Zapodając takie napięcie sterujące, przepływ prądu do bramki praktycznie ustanie i przestaniemy się posuwać na tym wykresie w prawo, zostawiając "na długo" tranzystor w stanie aktywnym, brrr. Ch-ka wyjściowa jest zdejmowana dla DC. Te 60nC jest być albo nie być dla tranzystorów a Ty musisz przeładować to jak najszybciej.
Filtry RC ? Tak, wystarczą pierwszego rzędu a dodatkowo przetwornik SAR ma na wejściu układ próbkująco pamiętający, który impulsowo obciąża źródło - jakiś kondensator jest konieczny. I tak wszystko będzie zależało od sposobu montażu, prowadzenia mas, grubości ścieżek i wzajemnego położenia elementów. Tu można zyskać (i stracić) najwięcej.
Pomyśl o pomiarze prądu w węźle, gdzie sumują się prądy wszystkich trzech półmostków MOSFET. Miałbyś niewielkim kosztem wbudowaną odporność na zbyt "łakome" silniki i dużo trudniej byłoby Twoje ustrojstwo spalić. Poza tym to bardzo pomaga przy starcie takiego "ślepego" regulatora. Koledzy na Forum mierzyli co wyprawiają niektóre regulatory podczas startu - włos się jeży na głowie. Napisz coś o algorytmach sterowania, może znalazłeś coś ciekawego do poczytania o realizacjach napędów BLDC ?
Diody w MOSFETach bywają lepsze i gorsze ale ostatnio producenci zaczęli na nie zwracać uwagę. Od kiedy przestano je traktować jak elementy pasożytnicze (a takimi są w rzeczywistości) są dość dokładnie specyfikowane. Ta w IRL2203 jest całkiem OK. Pamiętaj tylko, że dużą część czasu prąd silnika będzie płynął właśnie przez nią. O ile z miliomowego Rds tranzystora można się cieszyć o tyle nad 0.6V na diodze można tylko zapłakać. To bedzie podstawowe (albo drugie) źródło strat mocy. Sytuację mogą trochę poprawić duże, zewnętrzne diody Schottky'ego albo inny schemat załączania tranzystorów. Wtedy prąd przez diody będzie płynął tylko w czasie zmiany stanu półmostka (1..5 us?). Oczywiście piszę tu o wersji rozwojowej, tej kilku(nasto, dziesięcio) amperowej. Do silniczka w wiatraczku wystarczą dużo mniejsze tranzystory i ich diody.
No to nie wiem co dalej. Czy tylko ja czytam posty Michoo ? Niech ktoś coś dopowie.
Pozdrawiam.

_________________
Marek
Tipsy (RIP), PT-17, EasyStar, EasyGlider, Fox
X-412 z apetytem na coś większego

Czytam i ja z przyjemnoscia i rozbawieniem. Fajna "terminologia fachowa"

_________________
Rysiu M.

Biore udzial w akcji "Chce pisac poprawnie"

Ja siedzę po szyję w kilku projektach, więc nawet nie mam głowy do analizy regulatora. Groziłoby przepaleniem bezpieczników

_________________
Zbigniew Bigaj