Управление двигателем постоянного тока Опции

[koluna]

Здравствуйте!

Управляем двигателем постоянного тока HRC555BM (Китай).
Напряжение питания - нестабилизированное ~30 В.
Ток потребления ~0.3 А.
Двигатели нагружены (редукторы и различные механизмы).
Схема управления двигателем постоянного тока - на рисунке Sch.jpg
Реверсирование осуществляем с помощью реле.
Транзисторы - IRF7341.
Диоды - IR1J.
Управление - микроконтроллером ATmega88.

Возникают проблемы в цепи коммутации двигателя. Рассмотрим эту цепь.
При вращении двигателя, допустим, по часовой стрелке, всё работает.
Вращение против часовой стрелки не осуществляется. При попытке - просадка всех напряжений и сброс микроконтроллера.
Стоило мне поменять контакты двигателя местами - выгорели транзистор (выгорел так, что от истока отпаялся провод общей цепи)
и диод.
В цепях ошибок нет. Двигатель рабочий.

На рисунках 1.bmp и 2.bmp после закрывания транзистора на его стоке видим пачку импульсов. Что это?
Если присмотреться, то транзистор закрывается, но потом, такое ощущение, что открывается вновь... или это защитный
диод начинает работать при просаженном напряжении питания?

1.bmp:
1-ый канал - затвор транзистора.
2-ой канал - сток транзистора.

2.bmp:
То же самое, только увеличен фрагмент закрывания транзистора.

На рисунках 3.bmp и 4.bmp при открывании транзистора видим, что напряжение питания сильно просаживается (с ~30 В до ~15 В)
и в течение ~50 мс достигает нормального значения. Почему?
Маломощный трансформатор блока питания? Тонкие цепи питания и общие? Недостаточная ёмкость источника питания?

3.bmp:
1-ый канал - затвор транзистора.
2-ой канал - катод защитного диода (напряжение питания).

4.bmp:
То же самое, только увеличен фрагмент открывания транзистора.

Очень волнует причина по которой выгорели транзистор и диод...
Может, их надо было брать на больший ток (т. е., я не учёл нагрузку и пусковой ток)?

Благодарю заранее.

Сообщение отредактировал n_bogoyavlensky - Jul 22 2009, 17:42

Эскизы прикрепленных изображений

 

Прикрепленные файлы

 1.bmp ( 146.3 килобайт ) Кол-во скачиваний: 104
 2.bmp ( 146.3 килобайт ) Кол-во скачиваний: 53
 3.bmp ( 146.3 килобайт ) Кол-во скачиваний: 49
 4.bmp ( 146.3 килобайт ) Кол-во скачиваний: 44

 

[rezident]

ИМХО если трассировка платы выполнена в соответствии со схемным обозначением общего провода (DGND), то совсем не удивительны сбои в работе. Силовая земля (та которая к вашим полевикам подходит) и земля микроконтроллера должны быть физически разделены по всей печатной плате и иметь соединение только в одном месте там, где источник питания подключается. Это необходимо чтобы по цепям питания МК не протекал ток питания самого двигателя. См., например, статью Помехоустойчивые устройства.
Если реверс происходит при включенном двигателе, то вполне объяснимо почему ключ сгорает. Бог его знает какие потенциалы присутствуют в момент переключения реле на его контактах. Как у вас алгоритм реверса реализован? Перед реверсом двигатель останавливается полностью?
Ключи нужно выбирать, исходя из того, что в момент пуска ток нагрузки определяется только активным сопротивлением обмоток (ну и током который может ваш БП выдать конечно же).

[_Pasha]

Вращение против часовой стрелки не осуществляется. При попытке - просадка всех напряжений и сброс микроконтроллера.
Стоило мне поменять контакты двигателя местами - выгорели транзистор (выгорел так, что от истока отпаялся провод общей цепи)
и диод.

Версии:

1. до определенного тока топология "терпит". Затем - возможен как пробой транзюка так и защелкивание по затвору. Диод в этом случае также вылетел от пробоя, а не от большого тока.

2. внутренний боди-диод не справляется с таким током. Поставьте аналогичный тому, что стоит вверху,  в параллель.

ЗЫ: МТЗ имеется?

[koluna]

ИМХО если трассировка платы выполнена в соответствии со схемным обозначением общего провода (DGND), то совсем не удивительны сбои в работе. Силовая земля (та которая к вашим полевикам подходит) и земля микроконтроллера должны быть физически разделены по всей печатной плате и иметь соединение только в одном месте там, где источник питания подключается. Это необходимо чтобы по цепям питания МК не протекал ток питания самого двигателя. См., например, статью Помехоустойчивые устройства.

Плату трассировал не я. И плата трассирована с множеством ошибок. В том числе и этой ошибкой...
Исправлено ещё до включения устройства: порвал старые общие и бросил отдельным проводом с истоков транзисторов на общий в источнике (точка подключения трансформатора).

Если реверс происходит при включенном двигателе, то вполне объяснимо почему ключ сгорает. Бог его знает какие потенциалы присутствуют в момент переключения реле на его контактах.

Поподробнее можно, пожалуйста

Как у вас алгоритм реверса реализован? Перед реверсом двигатель останавливается полностью?

А вот с этим косяк... в штатном режиме работы реверс, конечно же, осуществляется после полной остановки... но я пытался "затормозить" вращение двигателя, чтобы повысить точность позиционирования (избавиться от инерции) включением реверса на некоторое время. Это не сработало. Видимо, в тот момент что-то и подгорело...

Ключи нужно выбирать, исходя из того, что в момент пуска ток нагрузки определяется только активным сопротивлением обмоток (ну и током который может ваш БП выдать конечно же).

Активное сопротивление обмоток - 7.5 Ом (тестер M890G).
Ток получается около 4 А.
Не знаю даже... даст ли мой источник такой ток...
А померить ни шунтов, ни датчиков нету...

Версии:

1. до определенного тока топология "терпит". Затем - возможен как пробой транзюка так и защелкивание по затвору. Диод в этом случае также вылетел от пробоя, а не от большого тока.

До какого тока? Опять же зависит от топологии?

2. внутренний боди-диод не справляется с таким током. Поставьте аналогичный тому, что стоит вверху,  в параллель.

Поставим.

ЗЫ: МТЗ имеется?

Что это?

[Vishv]

На мой взгляд Вашу проблему нужно решить кардинально: полностью изменить схему(тем более плату Вы все равно порезали) вместо всей этой рассыпухи поставить микросхему драйвера двигателя ... и собственно все. Прямо для Вас - TLE5205-02. Кстати эта микросхема может реализовать и режим динамического торможения двигателя, а кроме того и некоторую диагностику системы - смотрите datasheet.

[koluna]

На мой взгляд Вашу проблему нужно решить кардинально:

Рассмотрим такой вариант.
Но двигателя два (второй, правда, без реверса).
И получается дороговато для серийного изделия...
Хотелось бы разобраться с тем что есть в первую очередь...

[MaslovVG]

У вас стоит транзистор на слишком малое напряжение. При вращении двигателя в нем вырабатывается противоЭДС пропорциональное скорости вращения и в идеале равное напряжению питания. При реверсе вращающегося двигателя на транзистор подается двойное напряжение питания. Это без учета выбросов на моменты комутации.

[_Pasha]

 

Исправлено ещё до включения устройства: порвал старые общие и бросил отдельным проводом с истоков транзисторов на общий в источнике

Это косяг - при токе 4А тупо провода не помогут, а скорее даже испортят картину. Надо отдельно бросать провод цифровой земли на общий в источнике, а именно на контакты электролита. И предусмотреть, чтоб транзисторы не вылетели по затвору.

До какого тока? Опять же зависит от топологии?

А Вы как думали?

Что это?

МТЗ = максимально-токовая защита.

Еще по поводу вылета из-за перенапряжения. Поставьте пленочный конденсатор 100нФ по питанию - выводы надо сделать как можно короче - и припаять непосредственно на исток транзистора и катод верхнего диода. Если это возможно, конечно.

[koluna]

 Это косяг - при токе 4А тупо провода не помогут, а скорее даже испортят картину. Надо отдельно бросать провод цифровой земли на общий в источнике, а именно на контакты электролита.

Если речь идёт о силовой земле (на схеме DGND), то так оно и сделано... или почти так. Провод подключен до электролита...

И предусмотреть, чтоб транзисторы не вылетели по затвору.

А это как?

Еще по поводу вылета из-за перенапряжения. Поставьте пленочный конденсатор 100нФ по питанию - выводы надо сделать как можно короче - и припаять непосредственно на исток транзистора и катод верхнего диода. Если это возможно, конечно.

Ок. Спасибо

У вас стоит транзистор на слишком малое напряжение. При вращении двигателя в нем вырабатывается противоЭДС пропорциональное скорости вращения и в идеале равное напряжению питания. При реверсе вращающегося двигателя на транзистор подается двойное напряжение питания. Это без учета выбросов на моменты комутации.

Т. е., или не использовать реверс при вращающемся двигателе или поставить транзистор на большее напряжение?
Кстати, как транзистор правильно выбрать по напряжению?
Можно считать правильным выбор по критерию "удвоенное максимальное напряжение питания"?

МТЗ = максимально-токовая защита.

Нету...

[MaslovVG]

В вашем случае транзистор должен быть не хуже 100 вольт

Переключение реверса может быть и не санкционированным.
Необходимо предусмотреть токовую отсечку.

[koluna]

Необходимо предусмотреть токовую отсечку.

А это каким образом? Ссылочку дадите?

[MaslovVG]

Стандартным, датчик тока в цепь двигателя, и обратная связь в схему управления.

[_Pasha]

А это каким образом? Ссылочку дадите?

Для меги 88: исток транзюка -- безындуктивный резистор 0.25 Ом 2Вт -- силовая земля.


От истока -- резюк 1кОм -- конденсатор 4н7 -- цифровая земля 

                                       |_____ на компаратор (PD7)

[koluna]

Стандартным, датчик тока в цепь двигателя, и обратная связь в схему управления.

Тут понятно всё.
Дело в том, что выводов свободных нет.

[Vishv]

Рассмотрим такой вариант.
Но двигателя два (второй, правда, без реверса).
И получается дороговато для серийного изделия...
Хотелось бы разобраться с тем что есть в первую очередь...

А Вы посчитайте ВСЕ затраты на применение данной схемотехники (стоимость Ваших ЭРИ, стоимость монтажа, стоимость дополнительной площади ПП, стоимость закупки ЭРИ) и поймете ,что овчинка стоит выделки. Ну и, кроме того, свет клином не сошелся на этой микросхеме вполне под силу подобрать микросхему для управления 2-мя двигателяти одновременно

[koluna]

Посоветуйте транзистор и диод, пожалуйста, да такие, чтобы с реверсом ничего не вылетало

[Serj78]

Посоветуйте транзистор и диод, пожалуйста, да такие, чтобы с реверсом ничего не вылетало

Какое у вас сопротивление двигателя? если он 3-4-омный, то irf7413, и диод FR307... питание затвора- прямо с порта через 50 ом. Питание контроллера- 5 вольт. И я бы выключал двигатель на 100мс примерно, реверсировал, потом включал снова через 100мс..

[rezident]

Посоветуйте транзистор и диод, пожалуйста, да такие, чтобы с реверсом ничего не вылетало

Вообще-то для вашего случая (реверсивное управление DC motor) принято ставить полный мост на 4-х ключах или в виде готовой м/с. Но вы, видимо, легких путей не ищете?

Какое у вас сопротивление двигателя?

В сообщении №4 топикстартер указал, что активное сопротивление обмоток - 7,5Ом.

[koluna]

Какое у вас сопротивление двигателя? если он 3-4-омный,

7.5 Ом.

то irf7413, и диод FR307...

Напряжение маловато... или вся надежда на диод?
Кстати, по поводу допустимого режима работы транзистора(Fig 8 даташита) - не слабоват транзистор?

питание затвора- прямо с порта через 50 ом.

У меня 10 Ом. 50 - не много будет?

Питание контроллера- 5 вольт.

Так оно и есть

И я бы выключал двигатель на 100мс примерно, реверсировал, потом включал снова через 100мс..

100 мс - это много. Далеко "проедет"
Реверс на полном ходу в данном случае используется мной в качестве тормоза.
Хотелось бы затормозить в пределах 15 мс...
Т. е., общий алгоритм будет каков?
1. Выключить движок.
2. Включить реверс на время Т1. За это время движок "пассивно" притормозится. Сбросится большая часть ЭДС им выработанная.
3. Включить движок на время Т2 для полного "активного" (динамического) торможения.

Вообще-то для вашего случая (реверсивное управление DC motor) принято ставить полный мост на 4-х ключах или в виде готовой м/с. Но вы, видимо, легких путей не ищете?

Вариант моста рассматривался, но был не принят всвязи с большим количеством деталей.
Готовая МС - лучше.
Но было решено сделать как в оригинале - транзистор и реле.
Чем мостовая схема лучше?

Кстати, в данном случае предъявляются ли какие-либо требования к быстродействию диода?

[Vishv]

Фактически Ваши реле и транзистор и есть мостовая схема!
Ну и еще, если я не ошибаюсь, динамическое торможение осуществляется замыканием выводов двигателя между собой, как вариант - замыкание на низкоомную нагрузку. Определить параметры этой нагрузки довольно просто - посчитайте механическую энергию запасенную в роторе и связанных с ним деталях при вращении на рабочих оборотах, после чего путем стандартных вычислений получите необходимые значения сопротивления и мощности нагрузки для обеспечения требуемого времени остановки двигателя.
PS: быстрей всего двигатель остановится при замыкании обмоток, однако в механизме при этом будут такие ударные нагрузки....

[MaslovVG]

Реверс на полном ходу в данном случае используется мной в качестве тормоза.
Хотелось бы затормозить в пределах 15 мс...
Т. е., общий алгоритм будет каков?
1. Выключить движок.
2. Включить реверс на время Т1. За это время движок "пассивно" притормозится. Сбросится большая часть ЭДС им выработанная.
3. Включить движок на время Т2 для полного "активного" (динамического) торможения.
.......
Чем мостовая схема лучше?

Во первых время срабатавания реле существенно больше 15мс
Во вторых параметры торможения сильно зависят от механики.(скорость момент инерции) и при рекуперации энергии возможен выход из строя вследствии перенапряжения по питанию (механическая энергия перекачивается в источник питания заряжая выходной конденсатор грубо (CU**2)/2 = (IW**2)/2
где I момент инерции двигателяи нагрузки W угловая скорость)

Заявленые вами скоростные параметры торможения очень трудно реализовать, даже в мостовой схеме. Расчитайте энергетические характеристики механики и мощность потребную для разгона и торможения.
Для точного позиционирования применяется предварительное снижение скорости на некотором растоянии при подходе к точке останова.

[Oldring]

100 мс - это много. Далеко "проедет"
Реверс на полном ходу в данном случае используется мной в качестве тормоза.
Хотелось бы затормозить в пределах 15 мс...

Механика и обмотки двигателя выдерживают подобные нагрузки, для начала?
Не каждую механическую систему возможно остановить с полного хода за 1/60 секунды без последствий. Если это не молоток, конечно. Попробуйте это сделать, например, с автомобилем. Так что первый вопрос, который должен быть задан - уже рассчитали и промоделировали, или задача решается на пальцах?

[Diko]

А цепей обратной связи у Вас нет ? Например датчик угла поворота ?

[Microwatt]

Во первых время срабатавания реле существенно больше 15мс
Во вторых параметры торможения сильно зависят от механики.(скорость момент инерции) и при рекуперации энергии возможен выход из строя вследствии перенапряжения по питанию (механическая энергия перекачивается в источник питания заряжая выходной конденсатор грубо (CU**2)/2 = (IW**2)/2
где I момент инерции двигателяи нагрузки W угловая скорость)

Заявленые вами скоростные параметры торможения очень трудно реализовать, даже в мостовой схеме. Расчитайте энергетические характеристики механики и мощность потребную для разгона и торможения.
Для точного позиционирования применяется предварительное снижение скорости на некотором растоянии при подходе к точке останова.

Совершенно ага!
Так задачу может ставить эмбеддер, не понимающий ее физического смысла. Остановить мгновенно реальный двигатель это.... ну, как у вас, программеров, деление на нуль - прерывание по фатальной ошибке.
Вводите в свои формулки и алгоритмы апериодическую обратную связь. Или, грубо говоря, уменьшайте скорость при уменьшении рассогласования (при подходе к точке останова).

Сообщение отредактировал Microwatt - Jul 29 2009, 14:18