H-bridge, покритикуйте пожалуйста) Опции

[haker_fox]

Здравствуйте!
Мой первый вопрос: имеет ли такая схема право на жизнь? Это мост для управления коллекторным двигателем постоянного тока. Верхние MOSFET управляются без драйверов, с помощью биполярных тразисторов. Частота ШИМа, который подается на вход ENBL не велика (около 4 КГц), следовательно заметного нагрева этих транзисторов быть не должно, что на практике подтверждается. Входы IN_1 и IN_2 предназначены для управления двигателем: если на них одинаковый логический уровень, выводы двигателя закорочены; если уровни разные, то меняется направление вращения. Этот режим работы справедлив, когда на входе ENBL лог. 0. Если там лог. 1, то все полевики закрыты, двигатель обесточен. Логика на элементах 2ИЛИ-НЕ предназначена для железной защиты от сбоя программы/железа управляющего МК: никаким образом не будут одновременно открыты полевики по одну сторону моста, т.е. не произойдет КЗ. Два стабилитрона защищают затворы верхних MOSFETов, т.к. мост будет питаться от напряжения 27В.

Второй вопрос: шунт R9 предначен для измерения потребляемого двигателем тока. Я хочу реализовать измерение тока, скажем в диапазоне от 500ма до 5 А с разрешением в 50 ма.
Тогда при 500ма напряжение на шунте: 0.500 * 0.375 = 0.188,
при 5А: 5.000 * 0.375 = 1.875.
Коэффициент усиления ОУ при указанных на схеме резисторах = 2.670.
Тогда выходное напряжение ОУ при мин и макс ток будет соответсвенно: 0.188 * 2.670 = 0.502 В и 1.875 * 2.670 = 5.006В.
Таким образом я планирую завести выход ОУ на АЦП какого-либо AVR.
Т.к. АЦП 10 битный, то мы сможем измерять напряжение с выхода ОУ с разрешением 5 / 1024 = 0.005 В.
Для измерения тока с точностью 50ма, мы должны измерять напряжение с шагом:
(5.006 - 0.502) / 100 = 0.045 В. Таким образом мы видим, что АЦП это позволяет и погрешность при "шумящих" малых разрядамх не должна быть высокой.
Кстати, нижний порог в 500 ма выбран из соображений, что меньше измерять нет смысла. Да и по даташиту минимальное входное напряжение ОУ при питании от 32 В равно 0.3 В.

Третий вопрос: нужно ли ставить опторазвязку на управление мостом, т.е. на входы ENBL, IN_1 и IN_2? Это на случай пробоя силовых транзисторов.
Поставить опторазвязку в схему измерения тока, как мне кажется будет проблематично из за нелинейности оптронов.

Четвертый вопрос: верно ли имитирую двигатель: резистор R16 и индуктивность L1? Только источника противоЭДС нет.

Схема в формате JPG и для Micro-CAP8 в архиве.

При анализе в MC никаких огрехов замечено не было, но мой небольошой опыт не позволяет быть в этом уверенным на 100%. Анализ проводил только Transient. Может быть нужно что-то еще?

Заранее благодарен Всем, уделившим внимание моим вопросам!


Упс! про минимальные входные 0.3 В для ОУ я конечно загнул, не заметил знак "минус" в даташите. Т.о. минимальное входное -0.3 В.

Прикрепленные файлы

 h_bridge.zip ( 35.83 килобайт ) Кол-во скачиваний: 575

 

[haker_fox]

Немного изменил схему, добавил диоды D18 & D19. В результате пики тока при включении двигателя стали меньше. Теперь это иголки. На диоды натолкнул app note от NXP. Что интересно, они не используют специализированные микросхемы драйвера в своей схеме. Может быть она и не работоспособна.
Что не понятно в моей схеме, так это присутствие 53.364 В на затворе одного из закрытых транзисторов. Нормально ли это?

Без диодов напряжение на затворах верхних транзисторов в норме, зато пики достигают 6.3 А.

Т.о. если не менять полярность двигателя и не тормозить его, вроде бы все нормально.

Если менять полярность на двигателе или трмозить его, то возникают КЗ. Нижний правый рисунок. Вывод: нужно использовать что-либо подобное Ir2104, либо тормозить (изменять направление вращения двигателя) в момент, когда мост выключен (лог. 1 на ENBL).

Эскизы прикрепленных изображений

 

[alexander55]

Если менять полярность на двигателе или трмозить его, то возникают КЗ. Нижний правый рисунок. Вывод: нужно использовать что-либо подобное Ir2104, либо тормозить (изменять направление вращения двигателя) в момент, когда мост выключен (лог. 1 на ENBL).

Ну вот Вы поняли суть.
Токовая пауза перед переключением обязательна.

[haker_fox]

Ну вот Вы поняли суть.

Спасибо! Стараюсь

Токовая пауза перед переключением обязательна.

Неужели это и есть этот самый dead-time?
Насколько я понимаю, его можно формировать программно, либо RC-цепочкой. В первом случае проще, во втором тоже не должно быть сложно. По надежности первый способ мне не нравиться, все таки программа в МК может сбойнуть. Хотелось бы железную защиту. Как в случае с 74hc02 от одновременного включения верхнего и нижнего транзисторов по одну сторону. Но и драйвер IR2104 по некоторым причинам ставить не хочется. А самое главное, хочу суть понять.
Попутно вопрос: какую роль все таки могу играть диоды D18 & D19, учитывая мой предыдущий пост?

P.S.
Прошу сильно не пинать, в аналоговой технике опыта мало и есть пробелы в знаниях

[_Pasha]

Попутно вопрос: какую роль все таки могу играть диоды D18 & D19, учитывая мой предыдущий пост?

- вот что с ними надо сделать. Явная опечатка.
Поставьте же Вы рассасыватель, как Burner нарисовал!

[haker_fox]

- вот что с ними надо сделать. Явная опечатка.
Поставьте же Вы рассасыватель, как Burner нарисовал!

Поставлю. Но тем не менее micro cap странные результаты показал (нижний левый рисунок).

Я почему еще не хочу ставить IR2104: читал, что она к разводке капризна и из за этого на dead-time надеяться можно только при хорошем монтаже. А я хочу на макетной плате контроллер двигателя собрать (нет возможности печатку изготовить). Хотя на макетке наверно и управление из дискрентых компонентов не будет стабильным( Как быть - не знаю
Или все таки попытать счастья с IR2104? Но быть аккуратным при разводке? Какие шансы у меня на стабильный мост?

[_Pasha]

Поставлю. Но тем не менее micro cap странные результаты показал (нижний левый рисунок).

Я почему еще не хочу ставить IR2104: читал, что она к разводке капризна

1) В полумостах цепь исток верхнего -- сток нижнего сделать одним пятаком, т.е. свести ее длину к нулю.
2) бутстрепный кондюк и кондюки по питанию как можно ближе к микросхеме.
3) цепи до затворов и истоков либо мин длины либо ОЧЕНЬ хорошо скрученным проводом.
4) что-то решить с землей, не вести ее как попало, а распаять прямо с вывода электролита. В одну сторону - на силовуху, в другую - на цифру.
5) Наслаждаемся творением с поеданием пива в жару.

Не работать оно может только в случае, если заменить все пункты на п.5)