ATmega48+IR2233+irg4ph40ud, "Мавзолей" работает, а ШИМ - нет... Опции

[morcat]

Дорогие форумчане.

Пытаюсь сделать трёхфазный частотник для вентиляторов. Схема построена на ATmega48, далее драйвер IR2233 и 6 штучек irg4ph40ud. Обвязку драйвера привожу в прикрепл. файле.



На выходе (фазы U,V,W) мощные резисторы, соединённые в звезду.

Проблема: на выходе драйвера (верхние плечи) формируется странная форма напряжения:



Соответственно на нагрузке получается следующее:





В то время как нижние плечи работают нормально:




Управляющий сигнал от контроллера тоже в порядке:



Самое интересное: если сигнал с контроллера не подвергать ШИМ модуляции (4кГц) получаю законный "мавзолей":



И всё работает нормально, однако двигатель этому конечно не радуется... Поскольку форма тока оставляет желать лучшего:



Может кто сталкивался с подобным явлением? Какие будут предложения, замечания?

Сообщение отредактировал morcat - Apr 22 2010, 12:58

[Batman]

Я к Вам с вопросом... Подскажите как формировали трехфазный мавзолей и ШИМ на контроллере?... пытаюсь сделать свой, но литературы нет, кроме аппноутов от Атмела (где понятен только общий ппринцип)
Вот на столе макетка с AT90PWM3+ IR2233 и IRG4PH50KD

Сообщение отредактировал Batman - Apr 28 2010, 18:52

[gyrator]

Какие будут предложения

Ктой-то из коллег выкладывал интересный вероянт инертатора для одной фазы:


Сообщение отредактировал gyrator - Apr 28 2010, 20:03

[monos]

Какие будут предложения, замечания?

Вот тут можно почитать...

[injener]

вот когда-то скачивал

чет два раза загрузилось

Сообщение отредактировал injener - Apr 29 2010, 05:40

Прикрепленные файлы

 SIN_3xPWM_____________________ATmega48_20090121.rar ( 25.74 килобайт ) Кол-во скачиваний: 123
 SIN_3xPWM_____________________ATmega48_20090121.rar ( 25.74 килобайт ) Кол-во скачиваний: 50

 

[morcat]

Подскажите как формировали трехфазный мавзолей

Насчёт "мавзолея": аппноут IR AN-985 рисунок 7.

 Six_Output_600V_MGDs.pdf ( 120.51 килобайт ) Кол-во скачиваний: 642


Сначала сделал в Протеусе,

 ___________________________555.rar ( 11.91 килобайт ) Кол-во скачиваний: 282


поскольку в рисунке этом ошибка в схеме.

Насчёт контроллера попозже выложу.



2 injener: в каком протеусе проект сделан, у меня 7-ой не открывает...

[injener]

Проект делал не я. скачал из интернета. но в протеусе 7.5 открывался и симулировался

[morcat]

Вот на столе макетка с AT90PWM3+ IR2233 и IRG4PH50KD

Если не секрет: а почему именно AT90PWM3? Никогда не имел с ней дело...

Вообще, ИМХО, сначала нужно попробовать собрать и погонять "мавзолей" - проверить на работоспособность драйвер и транзисторы.

Меня "мавзолей" не устраивает по следующим причинам:
1) двигатель вентилятора "гудит" на частотах <25Гц;
2) двигатель вентилятора греется на низких частотах (при 10Гц ток в 2-2.5 раза больше номинала);
3) невозможность регулировки напряжения (мне нужно соблюдать вентиляторную характеристику U/f^2=const).

2 injener: установил Proteus7.6, посмотрел, оценил. Вопрос конечно остаётся открытым: сформировать синус можно разными способами, самое сложное - собрать в кучу, чтобы всё работало. Попробую заменить IR2233 на оптодрайверы hcnw3120 (hcpl-j312)...

[Batman]

Если не секрет: а почему именно AT90PWM3? Никогда не имел с ней дело...

Дык... она сделана специально для инверторов, синхронных выпрямителей и прочих импульсных устройств. В ее составе аппаратный 3-х канальный (по два выхода на каждый) драйвер силовых транзисторов+ШИМ модуляторм(Power Stage Controller)+всякие интересные для ключей примочки.

Периферийные устройства
- Два или три 12-разр. высокоскоростных PSC-контроллера (контроллер силового каскада) с 4-разр. расширением разрешающей способности
Инвертированные ШИМ-выходы с гибкой настройкой паузы неперекрытия
Регулируемый коэффициент заполнения ШИМ-импульсов и регулируемая частота
Одновременное обновление всех ШИМ-регистров
Функция автоматического останова, если требуется управление по событиям PFC
Ширина шага не более 25 Гц при выходной частоте 150 кГц

[Guest_orthodox_*]

Может кто сталкивался с подобным явлением? Какие будут предложения, замечания?

Верхние драйвера сбиваются от высокой скорости нарастания и/или слишком "длинного" монтажа. Можно попробовать защитить вывод "выходной земли" верхнего драйвера, включив небольшой резистор между ней и истоком ключа. Фактически, это как перенос затворного резистора на исток. Ее саму (землю драйвера) можно дополнительно отсечь(защитить) диодом шоттки к общей земле раскачки. Если дело во внутренней структуре драйвера, из-за которой он чувствителен к скорости нарастания - менять драйвер либо ставить снабберы на выход.

[morcat]

2 orthodox:

1) Скорость нарастания - постараюсь изучить вопрос , смущает только то, что напряжение на DC-шину подаю плавно с регулируемого источника, а указанная "бяка" возникает уже при 2-2.5В...

2) Топология - её в общем-то нет. Судите сами (прошу сильно не издеваться ).





2 Batman:

1) AT90PWM3 рассматривал в качестве "мозгов" для частотника: смутила цена, отзывы по данной микросхеме весьма расхожие, имхо для моей задачи слишком избыточный вариант.

2) Моя схема (рисунком почему-то не заливается, только архивом) формирования ШИМ (до драйвера). Сделал так потому, что экономил порты ATmega48. Фазные ШИМы - выходы схем сравнения таймеров 0 и 2. Задание частоты синуса - выход схемы сравнения таймера 1.

 ATmega48_IR2233.rar ( 149.75 килобайт ) Кол-во скачиваний: 284

[pokos]

Проблема: на выходе драйвера (верхние плечи) формируется странная форма напряжения:

Что-то не вижу, где соединены земля драйверов и минус силового моста?

[_Pasha]

Верхние драйвера сбиваются от высокой скорости нарастания и/или слишком "длинного" монтажа.

Эт точно. Длинного. Там ведь UVLO тупо выключается, fault не генерится. Пользуйте SMD и параллельные дорожки от затвора и эмиттера, кондюки макисмально близко к драйверу

вот когда-то скачивал

ШИМ для нижних ключей создабтся из этих сигналов с
помощью инверирования 74hc14 (отеч. 1553ТЛ2)

это костыль под симуляцию меги8. Протеус 7.6 sp4 вроде как мегу 48 воспринимает. Про корректность симуляции шимов не скажу - не дошел.

[morcat]

Что-то не вижу, где соединены земля драйверов и минус силового моста?

Белый провод ПВ3 сечением 0.5мм^2 уходит от клеммника "-" на обратную сторону платы.

Эт точно. Длинного. Там ведь UVLO тупо выключается, fault не генерится.

Fault действительно не генерится. Всё собрано на макетной плате, соединения проводом МГТФ 0.22мм^2 - это и есть "длинный" монтаж? До SMD ещё не доросли...

[pokos]

Белый провод ПВ3 сечением 0.5мм^2 уходит от клеммника "-" на обратную сторону платы.

У меня ощущение, что с питанием верхнего плеча что-то не то. Можно его осциллой глянуть? Должно быть постоянно. И рюзючок 47 Ом с минуса верхнего плеча к середине пелеча моста зачем?

[morcat]

У меня ощущение, что с питанием верхнего плеча что-то не то. Можно его осциллой глянуть? Должно быть постоянно.

Питание драйвера Vcc - постоянно = 15VDC.
Напряжение между VB и VS следующее:


Напряжение между VB и GND следующее:

И рюзючок 47 Ом с минуса верхнего плеча к середине пелеча моста зачем?

Насколько помню что-то связанное с ограничением тока через бутстрапную цепь. Попробовал без этого резистора - ничего не изменилось.

[pokos]

Напряжение между VB и VS следующее:

Сколько там вольт/дел? Не уж-то 15???

[_Pasha]

это и есть "длинный" монтаж?

Что Вам помешало найти диповский вариант сабжа?
При таких длинах проводков оно не заработает.

[morcat]

Сколько там вольт/дел? Не уж-то 15???

Да 15В/дел при силовом постоянном напряжении (шина DC) = 20В.

Что Вам помешало найти диповский вариант сабжа?

Завтра из СПб приедет ДИПовский вариант IR2233. На момент создания платы другого варианта не достал.

[pokos]

Да 15В/дел при силовом постоянном напряжении (шина DC) = 20В.

Да это ж жуть! Там ж два кондюка между ними. Ищи ошибку в монтаже.

[morcat]

Так, так, так.... В режиме "мавзолей" напряжение между VS и VB чётко 15В, потому и работает. Похоже, что уважаемый pokos прав - проблема с питанием верхних плечей, осталось найти причину. Чтож, поищем...

[_Pasha]

Завтра из СПб приедет ДИПовский вариант IR2233.

Тогда можно поздравить с половиной успеха
47 Ом по минусу - это очень много, надо ставить не больше 5.
Затворные резисторы лучше 2*22 и диод 4148 на закрытие:
+---|<-----+
|--[R=22]-|-[R=22]--

[morcat]

Итак, IR2235 (DIP28) прибыл из города-героя Санкт-Петербурга.

Напряжение между VB и VS пришло в норму:


Однако проблема не ушла :


Продолжаю головоломку

[ZVA]

Итак, IR2235 (DIP28) прибыл из города-героя Санкт-Петербурга.
Напряжение между VB и VS пришло в норму.
Однако проблема не ушла.
Продолжаю головоломку :

Контроллер не правильно формирует модулирующее напряжение. Управлять верхним и нижним ключами нужно в противофазе на каждом такте ШИМ (естественно вводя мертвое время на их переключение). Это связано с принципом работы IRовских микросхем. Кроме этого так правильно с точки зрения комутации индуктивной нагрузки.

[pokos]

...Управлять верхним и нижним ключами нужно в противофазе на каждом такте ШИМ (естественно вводя мертвое время на их переключение). ...

Если есть диоды параллельно ключам, то это не обязательно.

[morcat]

Итак, отчёт о проделанной работе.
Решил оставить пока в покое схему на основе IR2233, хорошая мысля приходит опосля...
Посмотрел в сторону драйверов HCPL фирмы AVAGO, выбрал драйвер HCNW3120.
Собрал следующую схему (без фильтра):

Заработало стабильно после полной развязки питания контроллера (всё та же ATmega48) и питания драйверов. Работа двигателя очень похожа на "мавзолейную" - шум, нагрев на низких частотах - "надо уменьшать подводимое напряжение (вентиляторная характеристика) с помощью ШИМ" подумал я. Как: вероятно уменьшением времени включения транзисторов, сделал, на 40Гц двигателю не запуститься, хотя подводимое напряжение = 305VAC(измерено мультиметром), на 45Гц вращается, но не так как должен + токи по фазам раза в 2 меньше номинала, на 50Гц выгорает одно плечо после 30сек работы (пока ещё разбираюсь что там происходит...).
Посмотрел спектр сигнала на выходе:

А вот тут сказано, что можно легко отфильтровать ненужные частоты обычным LC-фильтром.

Собственно вопросы:
1) какие требования предъявляются к питанию драйверов (какой ток должен обеспечивать блок питания);
2) как влияет частота ШИМ на качество выходного сигнала (для обычного асинхронника);
3) выходной сигнал обязательно подлежит фильтрованию или можно добиться желаемого результата с помощью специальных алгоритмов управления силовыми ключами?

[pokos]

...Работа двигателя очень похожа на "мавзолейную" - шум, нагрев на низких частотах - "надо уменьшать подводимое напряжение (вентиляторная характеристика) с помощью ШИМ" подумал я.

Правильно подумал-то! Только вот, шум меня смущает, значить с коммутацией не всё впорядке.
Странный наворот с транзисторами КТ502/3 какую цель имеет?
Если всё правильно, то шума быть не должно, разве, от хреновых подшипников, без фильтров у тебя двигатель должен пищать ШИМом плюс некоторый слабый рокот от основной частоты питания.
Я на 3 фазы не делал, но на одной не имел никаких проблем, Атмега8 и ИР2113 с мостом на полевиках, частота ШИМа 12кГц. Но коммутация у меня была двуполярной, в точности как пишет камрад ZVA.
Рюзючки в затворах по 100 Ом - многовато. Надо раз в 10 меньше.
Что касается фильтров, то делал и с фильтрами - разница невелика, только мотор не пищит с частотой ШИМа.
Нагрузи каждое плечо на RC с частотой среза полШИМа, посмотри осциллой, что оно у тебя формирует по факту. R бери с десяток килоом.
Есть подозрение, что у тебя вместо синуса только половинка сделана.

[morcat]

Странный наворот с транзисторами КТ502/3 какую цель имеет?

Первое что пришло в голову(с одной ноги контроллера ШИМ, другая переключает верхний и нижний транзистор в плече)...может и криво, но работает ...прошу не сильно пинать, как говориться кто во что горазд

Если всё правильно, то шума быть не должно, разве, от хреновых подшипников, без фильтров у тебя двигатель должен пищать ШИМом плюс некоторый слабый рокот от основной частоты питания.

По шуму: пищит ШИМом, однако на некоторых частотах появляется вибрация (возможно зависит от конкретного двигателя). Залил видео кому интересно (звук погромче сделать - будет слышно).

Рюзючки в затворах по 100 Ом - многовато. Надо раз в 10 меньше.

Принято.

Что касается фильтров, то делал и с фильтрами - разница невелика, только мотор не пищит с частотой ШИМа.

LC-фильтр использовали? Какие размеры фильтра получились?

Но коммутация у меня была двуполярной, в точности как пишет камрад ZVA.

Не очень понимаю принципа: в самом начале моих потуг по поводу частотника нарисовал следующее:

т.е. был выбор между однополярным и двухполярным управлением, выбрал однополярное: "зачем в положительной полуволне лезть в отрицательную область" подумал я...

...посмотри осциллой, что оно у тебя формирует по факту.

Попозже, 10нФ под рукой не оказалось

[pokos]

...может и криво, но работает :...

Я б задействовал просто две ноги контроллера, и дело с концом.

LC-фильтр использовали? Какие размеры фильтра получились?

Размер фильтра - сиречь функция мощности двигателя. У меня стояло на маломощном, 200Вт, моторе два дросселя на ETD34 с зазором, ну и плёнка кондючки. Точно параметры уже не помню, считается легко для каждого конкретного случая.

т.е. был выбор между однополярным и двухполярным управлением, выбрал однополярное: "зачем в положительной полуволне лезть в отрицательную область" подумал я...

Логично, только трёхфазный двигатель по совместительству ещё и трансформатором работает промежь фаз. Потому начинал бы я с чистого двухтакта.

Ещё вот чо, с землями надо аккуратно. По проводам управления, идущим к драйверам, силовые токи моста течь не должны.

Посмотрел видео, на слух криминала не заметил. Конечно, напругу надо убавлять соответственно оборотам, инше спалишь мотор и мост заодно.
А для верхних оборотов можно добавить третьей гармоники, чтобы полную мощу двигателя получить.

Кстати, ты букварь читал? http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_do...nts/doc7545.pdf

Сообщение отредактировал pokos - Jun 1 2010, 09:26

[morcat]

Я б задействовал просто две ноги контроллера, и дело с концом.

Ног не хватает - пришлось помудрить...

Ещё вот чо, с землями надо аккуратно. По проводам управления, идущим к драйверам, силовые токи моста течь не должны.

То что с землями надо аккуратно понял - это очень важно. Только не очень понял что имеется ввиду.

А для верхних оборотов можно добавить третьей гармоники, чтобы полную мощу двигателя получить.
Кстати, ты букварь читал? http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_do...nts/doc7545.pdf

Угу, читал по-русски:AVR494. Взял из документа формулу расчёта с добавлением третьей гармоники. Сделал, правда большой разницы не заметил - ток и обороты практически не меняются.

Итак, по порядку.

Собрал очередной (как оказалось заключительный) вариант схемы c рекомендациями камрадов. Земли +5В (питание контроллера) и +15 (питание драйвера) полностью развязаны. Проблема ушла и болше не появлялась


Использовал однополярное управление. Поэкспериментировал с характеристиками U/f.


1) Синяя характеристика - вентиляторная на 40Гц двигатель еле вращается - очень маленький ток.
2) Красная характеристика - линейная, 30Гц - двигатель останавливается по той же причине.
3) Зелёная характеристика - не знаю как назвать - тянет хорошо до 15Гц, однако: потребляемый ток на низких частотах не выходит за номинал, охлаждение двигателя гораздо хуже (обороты низкие) - двигатель греется, не критично, но неприятно.
4) Фиолетовая характеристика - линейная модифицированная, взял честно "на глазок" между красной и зеленой. Работа двигателя мне понравилась - диапазон регулировки от 20Гц до 60-70Гц. Самое интересное - производительность вентилятора оказалась линейно зависима от частоты питающего напряжения.

Работаю дальше: грамотно защитить схему от токов КЗ + на выход LC-фильтр.

Бяка: у микросхемы IR2235 есть вход Reset и вход Shutdown. Когда входишь в режим Shutdown, драйвер отключает ключи, Reset - подключает. При долгом (>30 сек) нахождении в режиме Shutdown переход в нормальный режим работы при помощи Reset происходит в некоторых случаях со взрывом - КЗ плеча. Во как

[pokos]

...Земли +5В (питание контроллера) и +15 (питание драйвера) полностью развязаны. Проблема ушла и болше не появлялась

От и славно! Земельный вопрос, он тово, особливо, ежели двигун поболе киловатта.

4) .....производительность вентилятора оказалась линейно зависима от частоты питающего напряжения.

Так оно и должно быть, значить, "всё правильно сделал!".

...переход в нормальный режим работы при помощи Reset происходит в некоторых случаях со взрывом - КЗ плеча.

Дык, это у тебя, похоже, кондючки питания верхних плеч разряжаются. Надоть их сначала подзарядить парой-тройкой импульсов открытия нижних плеч. Верхние плечи при этом должны быть закрыты.
Мне через этот эффект пришлось от триггерной защиты отказаться - при запуске срабатывала всегда.

[morcat]

... переход в нормальный режим работы при помощи Reset происходит в некоторых случаях со взрывом - КЗ плеча.

Дело в бутстрапном (bootstrap circuit) питании верхних плечей драйвера, как и указал уважаемый pokos. Убрал токоограничивающий резистор 47Ом в цепи зарядки бутстрапного электролита - проблема исчезла. Однако не стоит обольщаться по этому поводу - резистор там нужен, вот только порядка 5-10Ом + конденсатор желательно танталовый взять вместо электролита.

Есть пара интересных документов по поводу этого резистора:

1)  Bootstrap_Circuit.pdf ( 498.7 килобайт ) Кол-во скачиваний: 351


2)  DT_92_1.pdf ( 70.96 килобайт ) Кол-во скачиваний: 342


Работаю дальше...

[morcat]

Итак, конечный вариант схемы:



Увеличил частоту ШИМ с 4кГц до 30кГц - свист исчез - отпала необходимость ставить на выход громоздкий LC-фильтр. Ток двигателя при этом здорово увеличился. Пришлось снижать напряжение: подобрал коэффициенты ШИМ чтобы ток с ростом частоты также возрастал линейно - полёт нормальный.

Бяка: при подаче питания на контроллер и драйвер одновременно происходит БАХ - вылетает плечо. Вынимаю контроллер из панельки и подаю питание - норма. Убираю из подпрограммы инициализации настройки таймеров и подаю питание - норма. Есть подозрение, что при инициализации таймеров, отвечающих за ШИМ, на порты поступают непонятные сигналы. Как бороться с бякой, может есть стандарные приёмы?

[pokos]

Как бороться с бякой, может есть стандарные приёмы?

Чоза проблема? Задействуй шутдавун на драйвере. Шоп при включении стоял в дауне, пока контроллер специальной ногой не дрыгнет.

[morcat]

Дык проблема всё та же: осталось 3 свободные ножки у контроллера.
Для Shutdown и Reset нужно две ножки хотя так наверно и правильнее будет.
Можно питание драйвера +15В рвать с помощью реле (нужна одна ножка) - пока попробовал переключателем снять/подавать питание на драйвер - работает без пыхов.
Например вот так: