Проблема с UC3843, силовой ключ со стабилизацией тока на индуктивность Опции

[king2]

Делаю драйвер шагового двигателя ШД5.

Схемку прилагаю.


На входе PWM меандр 20кГц TTL, на входе IN меандр 1Гц, питание 24в, к разъему P1 подключена обмотка двигателя (одна).
Диод D1 - IN5820, и с ним все работает нормально и правильно (резистором регулируется ток в обмотке - это видно при попытке сдвинуть его с места, форма сигнала похожа, ШИМ работает, и так далее).

Диод этот служит для защиты полевика от выбросов обратной ЭДС, и защищает-таки (видно на осциллографе). И вот решил я его заменить на TVS диод 1.5KE-50A, и ток вдруг резко упал (как и момент на валу двигателя). Окей, воткнул его последовательно с предыдущим шоттки, и вот когда супрессор замыкаю (остается только диод) - ток возрастает (по осциллографу - раза в 2-3), мерял на резисторе R5.

Доктор, что я делаю не так? всю голову поломал...


Что пробовал:
- диод шоттки на базу транзистора, на всякий случай, от отрицаловки
- диод на 3 ногу микрухи, от того же

В процессе экспериментов эффект исчез, теперь ток всегда маленький.
Более внимательное изучение осциллограммы показало, что на ноге 3 присутствуют большие пики

- RC-фильтр на ноге 3, резистор пробовал 1 и 3 ком, кондер от 22p до 10n - пофигу. Вплоть до того, что сигнал превращается в пилу, но импульсы все равно есть.

Я так понимаю, как раз они и портят всю картину, вызывая отсечку по току.
Всю голову поломал, так и не понял. Может есть какие-то мысли по этому поводу?

[Microwatt]

Хорошо бы понять что тут нужно получить вообще?
Плавное ШИМ-регулирование тока в обмотке с высоким КПД или единичный импульс тока с возможно более крутым спадом при выключении, любой ценой, не взирая на потери мощности?
Пока это не сформулировано достаточно четко - обсуждать подробности бесполезно.
Я исхожу из плавного регулирования. Стартер, похоже, пытается переделать двигатель в реле с коротким временем отпускания.

[king2]

Хорошо бы понять что тут нужно получить вообще?
Плавное ШИМ-регулирование тока в обмотке с высоким КПД или единичный импульс тока с возможно более крутым спадом при выключении, любой ценой, не взирая на потери мощности?
Пока это не сформулировано достаточно четко - обсуждать подробности бесполезно.
Я исхожу из плавного регулирования. Стартер, похоже, пытается переделать двигатель в реле с коротким временем отпускания.

КПД не очень волнует, цель - получить высокий момент на двигателе.
Я читал, что если коротить обмотку диодом на обратном ходе, то момент падает, если стабилитроном - увеличивается. К сожалению, я не силен в физике процессов, происходящих при этом (особенно в магнитной части).

Да, похоже. Только это реле у него будет часто-часто щелкать. А где будет рассеиваться энергия при выключениях, автор подумал?

Вот как я читал, если ставить диод - то вся в диод и уйдет, если стабилитрон (супрессор - частный слуай) - то часть в супрессор, часть в работу двигателя (посредством волшебного преобразования электричества в магнетизм ).

А вы посмотрите на собственную емкость примененного саппрессора, при включении транзистора она заряжается до напряжения питания, что и вызывает кратковременный всплеск тока.

Мощный ход!
Искреннее спасибо, в будущем буду обращать внимание на такие ньюансы.
Но, к сожалению, в этом случае не подходит - последовательно с супрессором включен диод, так что на прямом ходу через супрессор ток не течет..

Включать датчик тока непосредственно на 3-ю ногу, как показано в стартовом посте, конечно же нельзя. Это выжечь вход токового компаратора 38ХХ при броске тока.

Ну это же макетка, показано было текущее положение дел, от которого отталкивался. В рабочем варианте, конечно же, будут и блокировочные кондеры по питанию, и RC-цепочка на 3 ногу, и подстроечника не будет.

Завтра померяю время нарастания и спада тока при разных сочетаниях. Есть у меня предположение, что диод надо ставить через полевик, чтобы он был включен только когда включен канал, а в остальное время его размыкать (и останется только супрессор). Тогда получится и рыбку сьесть и момент на движке не потерять. Прав ли я?

[Microwatt]

КПД не очень волнует, цель - получить высокий момент на двигателе.
Я читал, что если коротить обмотку диодом на обратном ходе, то момент падает, если стабилитроном - увеличивается. К сожалению, я не силен в физике процессов, происходящих при этом (особенно в магнитной части).


Вот как я читал, если ставить диод - то вся в диод и уйдет, если стабилитрон (супрессор - частный слуай) - то часть в супрессор, часть в работу двигателя (посредством волшебного преобразования электричества в магнетизм ).

Где читали? Момент электродвигателя только от тока в обмотке зависит. При прочих равных условиях. Момент двигателя - взаимодействие магнитных полей. А они там появляются только от тока в обмотках.
Пытаясь, непонятно зачем, побыстрее убрать ток из обмотки Вы момент не увеличите. Вы добились только потери работоспособности вообще. Прежде, чем что-то наугад дорабатывать, хорошо бы понять для чего это делается и что оно даст в принципе. И обязательно разобраться как оно до улучшений работало.
Боюсь, что даже назначение ШИМ в этом устройстве Вы не совсем ясно представляете. Для чего это вообще тут нужно? Можете сформулировать?
Убирайте этот сапрессор подальше и ищите снятый диод. В схеме работы кроме этого места полно.

[king2]

Где читали? Момент электродвигателя только от тока в обмотке зависит. При прочих равных условиях. Момент двигателя - взаимодействие магнитных полей. А они там появляются только от тока в обмотках.
Пытаясь, непонятно зачем, побыстрее убрать ток из обмотки Вы момент не увеличите. Вы добились только потери работоспособности вообще. Прежде, чем что-то наугад дорабатывать, хорошо бы понять для чего это делается и что оно даст в принципе. И обязательно разобраться как оно до улучшений работало.
Боюсь, что даже назначение ШИМ в этом устройстве Вы не совсем ясно представляете. Для чего это вообще тут нужно? Можете сформулировать?
Убирайте этот сапрессор подальше и ищите снятый диод. В схеме работы кроме этого места полно.

По многочисленным форумам. Меня поразило то, что много кто предлагал супрессор вместо стабилитрона, но никто не писал о том, что попробовал это сам. Однако, положительные отзывы о применении стабилитронов последовательно с диодами были (особенно на высоких скоростях). полагаю, что это из-за того как раз, что при большой частоте ток не спадает достаточно быстро, и все еще создаваемое им магинтное поле "тянет" движок обратно (а он уже эту позицию проскочил).

Я и решил попробовать такой вариант, но только с супрессором. До недавнего времени я предполагал, что диод нужен только для того, чтобы защитить полевик от пробоя обратной ЭДС. Однако, сейчас увидел (и вы все пишете, что все правильно!), что не только, а и еще, чтобы не дать спадать току между импульсами ШИМ.

Я вот только не думал, что эффект будет НАСТОЛЬКО выражен (на порядок ток уменьшается, если не больше). Как же тогда это решение используют в двигателях??

ШИМ нужен, чтобы за счет бОльшего напряжения питания сделать резкий фронт сигнала (быстрое нарастание тока в обмотке), не спалив двигатель (потому что если не щелкать полквиком туда-сюда, движок-таки сгорит). Ну, и за счет того, что у нас есть удобно подвернувшаяся индуктивность обмотки, мы можем надеяться, что за то время, пока мы полевик отключали, ток не спадет до нуля, а изменится несущественно. Как-то так..

В принципе, можно было бы забить на этот эффект, поставить диоды и все бы работало, но мне стало интересно разобраться, а почему оно так... вот и закопался.

[Microwatt]

По многочисленным форумам. Меня поразило то, что много кто предлагал супрессор вместо стабилитрона, но никто не писал о том, что попробовал это сам.

ШИМ нужен, чтобы за счет бОльшего напряжения питания сделать резкий фронт сигнала (быстрое нарастание тока в обмотке), не спалив двигатель (потому что если не щелкать полквиком туда-сюда, движок-таки сгорит). Ну, и за счет того, что у нас есть удобно подвернувшаяся индуктивность обмотки, мы можем надеяться, что за то время, пока мы полевик отключали, ток не спадет до нуля, а изменится несущественно. Как-то так..

Вот если Вы понимаете то, что написали в последнем абзаце, то откуда сама проблема взялась?
Как говорят в Одессе, "теперь слушайте меня сюда!".
ШИМ, обычно, нужен чтобы удерживать в обмотке заданное по паспорту двигателя значение тока обмотки, независимо от напряжения источника питания и длительности включения. Диод стоит там именно для того, чтобы ток в обмотке не спадал заметно, был непрерывным, усреднялся.
Вводя стабилитрон, Вы нарушаете непонятно зачем нормальный режим работы двигателя. Отвлеченные рассуждения об электрончиках станут намного понятнее, если разберете работу понижающего стабилизатора по скелетной схеме.
По сути, этот драйвер двигателя и есть понижающий напряжение стабилизатор, только понижает он его не до фиксированой величины, а до той, при которой достигается заданный ток в нагрузке. Токовый режим стабилизации.
И вообще-то, измерять нужно ток в обмотке двигателя, а не ток ключа, как нарисовано в схеме. Эти величины принципиально разные.
Вот и все.

[king2]

Вот если Вы понимаете то, что написали в последнем абзаце, то откуда сама проблема взялась?
Как говорят в Одессе, "теперь слушайте меня сюда!".
ШИМ, обычно, нужен чтобы удерживать в обмотке заданное по паспорту двигателя значение тока обмотки, независимо от напряжения источника питания и длительности включения. Диод стоит там именно для того, чтобы ток в обмотке не спадал заметно, был непрерывным, усреднялся.
Вводя стабилитрон, Вы нарушаете непонятно зачем нормальный режим работы двигателя. Отвлеченные рассуждения об электрончиках станут намного понятнее, если разберете работу понижающего стабилизатора по скелетной схеме.
По сути, этот драйвер двигателя и есть понижающий напряжение стабилизатор, только понижает он его не до фиксированой величины, а до той, при которой достигается заданный ток в нагрузке. Токовый режим стабилизации.
И вообще-то, измерять нужно ток в обмотке двигателя, а не ток ключа, как нарисовано в схеме. Эти величины принципиально разные.
Вот и все.

Понимал то, что написано в последнем абзаце, я давно (в конце концов, эти азы написаны в любом даташите). Не понимал только одного - что если катушку не замкнуть саму на себя после отключения питания - ток течь перестает настолько быстро, что это становится критичным. Спасибо форумчанам, теперь дошло (гугл погубит этот мир, он отучает думать, всем спасибо не только за помощь по проблеме, но и за то, что теперь буду вдумываться глубже и, надеюсь, самостоятельно, вместо того, чтобы искать ответы).

Проблему подогрело еще и отсутствие нормального осциллографа, вчера притащили какой-то цифровой двухлучевой uni-t на 25 мгц, совсем другое дело (и синхронизация в нем нормально работает, и сигнал четко видно). Все промерил, все увидел, в том числе и те пики, которых не видел на аналоговом, и не увидел тех, что были артефактами ЭЛТ. Стало намного понятнее. Мерял, конечно, и на токосъемном резисторе и на резисторе, включенном последовательно в цепь.

Увидел, что без диода ток не успевает нарастать, с диодом спадает настолько медленно, что при частоте на обмотке 100Гц "болтается" где-то между 2 и 3 амперами, что явно не айс.

В итоге было принято решение реализовать схему из какого-то диплома про ШД5 в упрощенном виде (без генерации трапеции), заодно там не только обеспечивается быстрое нарастание и спад тока, но и рекуперация.


Думаю применить драйвер IR2110, подключить его к верхнему и нижнему плечам, транзистор VT2 подключается ко входу UC3843 (нога 2 или 1, зависит от полярности) и открыт всегда, когда мы хотим питать фазу, транзистор VT1 - выход ШИМ с UC3843 через IR2110 (потому что 3843 сама не умеет верхнее плечо управлять).

Тогда в процессе ШИМ противоЭДС будет замыкаться по цепочке D1-обмотка-VT2-R1, и ток будет продолжать течь, а когда фаза нам уже не нужна, мы выключаем оба транзистора, и обмотка замыкается по пути D1-обмотка-D2 на высокое напряжение, и ток быстро спадает.

Все правильно?

[Tanya]

Все правильно?

А взять нормальные драйверы теперь не кажется более логичным? Когда Вы их сами придумали...
Вам ведь только одна штука (мотор) нужна?
Там полный мост.
Только входы полярности будут лишние... Но не вешаться же теперь из-за этого...

[king2]

А взять нормальные драйверы теперь не кажется более логичным? Когда Вы их сами придумали...
Вам ведь только одна штука (мотор) нужна?
Там полный мост.
Только входы полярности будут лишние... Но не вешаться же теперь из-за этого...

Нормальные драйвера для 6-фазных униполярников может и есть, да вот только непонятно где.
Переделвать станок под биполярники - тоже не вариант.

Драйверов надо 6 штук плюс запасные, так что оно того стоит.

"Пофигизм" - не технический прием.
Если включить 7.5мГн на 23 вольта, то через 1 сотую секунды ток вырастет до 30 ампер. Это не повод задуматься?
Разве у обмоток такой паспортный режим?
Момент двигателя будет зависеть только от тока в обмотке. Значит, он будет ограничен предельным паспортным значением (каково оно, так и непонятным осталось) , никак больше Вы его не получите. Или сожжете обмотки, не добившись существенного увеличения момента из-за возможного насыщения магнитопроводов.
Скорость? Ее можно повысить только снизив момент. Автомобиль на первой передаче до 150км в час ехать не будет. Так и тут.
Снижайте ток, получите быстрее нарастание- спад и частота вращения возрастет, но момент соответственно снизится.
Можно бесконечно долго экспериментировать с трапециями-синусами, сапрессорами-контроллерами, но если основные принципы работы системы четко не сформулированы, непонятно как оно вообще в своей основе работает - ничего в результате не будет.
Прежде чем перепаивать что-то или перепрограммировать с прямоугольника на синус - достаточно ли ясно Вы представляете что это может и должно дать? Или, закончив очередной неудачей с синусом, перейдем к арктангенсу и дальше по всем известным эвольвентам?
В конце-концов, Вы что, хотите удивить мир особо эффективным драйвером шаговика? Их полно готовых. Ищите литературу и смотрите как это уже делается. Удивлять можно потом, сначала почитайте и поудивляйтесь как просто это уже решено.

Паспортный ток 3 ампера, на нем и ограничиваем.
Через 1 сотую секунды оно упасть успевает с 3 до 2 ампер (через диод FR607). Наверное, это повод задуматься, почему оно так, а не быстрее, но теоретических знаний не хватает.
Трапеции-синусы и прочее применяются для того, чтобы импульс был плавнее, двигатель вращался без рывков и не перескакивал "через шаг" от слишком сильного рывка. В данном случае я это использовать не буду - пусть будет обычный меандр (я это писал уже, вроде бы..)

Момент маленький не из-за слабого тока, а потому, что на такой скорости он не успевает снизиться до нуля, и колеблется между 2 и 3 амперами, таким образом ток течет одновременно через все обмотки, раздирая ротор между ними. Увеличить скорость, не снижая момента можно, если добиться быстрого падения тока после того, как фаза уже не нужна. В эту сторону и смотрю. Да, рано или поздно момент все равно снизится, но характеристики будут лучше.

Мир удивлять я не хочу, мне надо сделать некоторое количество драйверов для использования на имеющихся станках. Те, что продаются, по отзывам, работают не особенно хорошо.. ну, плюс, самообразование в вопросах работы индуктивностей.

Собственно самого мотора ШД5, сам мотор довольно хилый сам по себе старый и многожрущий, единственное его преймущество это цена, почти за пиво Дабы выжать из него момент есть два пути, которые пересекаются
Первый вариант резистивная форсировка, так работает старая добрая 33 стойка, путь суровый, для него надо могучий блок питания, могучие резисторы и т д, вся эта фигня работает нехуже хорошего камина и весит соответственно
Второй путь, использование форсировки повышенным напряжением и использование меньшого напряжения для поддерживания тока в обмотке, обычно делают 60 - 80 вольт форсировка и 5 - 6 вольт для удержания, драйвер в таком случае посложнее, но заметно выше КПД и транс полегче и момент получается паспортный, в общем самая правильная схема ИМХО
В данном контексте что можно сказать, в схеме топикстартера надо использовать повышенное напряжение вольт 80 - 100 (я пока остановился на 80), от 24 вольт момента и скорости не будет, кроме того надо заметить что момент можно повысить, если использовать схему шага 3 - 4, или даже 4 - 5 а не 2 - 3, но блок питания должен быть адекватной мощности и напряжения.
ЗЫ Касаемо готовых драйверов, то тут увы для этого двигателя их применить не получится, поскольку он кушает 3А по обмотке, и рассчитан на 48В, в общем монстр

Резистивная форсировка однозначно не айс, форсировка короткими импульсами выского - тоже (зачем, если можно сделать человеческий ШИМ?).
Проблема сейчас не в том, что ток не успевает нарастать (именно этот вопрос решает повышение напряжения питания) - а в том, что он не успевает спадать, и получается, что через двигатель все время течет пульсирующий ток от 2 до 3 ампер.

Именно эту проблему я и пытался решить использованием супрессора вместо диода, но эффект оказался настолько сильным, что ток перестал успевать нарастать
На осциллограмме при использовании супрессора видно, что между импульсами ток успевает почти до нуля упасть.

Можно, конечно, оставить супрессор и поднять напряжение, но хочется попробовать двухтранзисторную схему - она в теории должна давать результат лучше на мЕньшем напряжении питания.

[Stanislav_S]

Резистивная форсировка однозначно не айс, форсировка короткими импульсами выского - тоже (зачем, если можно сделать человеческий ШИМ?).
Проблема сейчас не в том, что ток не успевает нарастать (именно этот вопрос решает повышение напряжения питания) - а в том, что он не успевает спадать, и получается, что через двигатель все время течет пульсирующий ток от 2 до 3 ампер.

Именно эту проблему я и пытался решить использованием супрессора вместо диода, но эффект оказался настолько сильным, что ток перестал успевать нарастать
На осциллограмме при использовании супрессора видно, что между импульсами ток успевает почти до нуля упасть.

Можно, конечно, оставить супрессор и поднять напряжение, но хочется попробовать двухтранзисторную схему - она в теории должна давать результат лучше на мЕньшем напряжении питания.

Ну во первых, в схеме с форсировкой у вас то же честный ШИМ, только он работает с задержкой Да и подовать меандр в качестве базовой частоты тоже не гуд, зачем 50% времени тратить на спад тока? Конечно 2 транзистора лучше одного, но с таким питанием момент радикально не изменится как и скорость, все эти навороты применяют с повышенным напряжением питания, если пороетесь в интернете то и схему найдете соответствующую, она там есть.

[king2]

Ну во первых, в схеме с форсировкой у вас то же честный ШИМ, только он работает с задержкой Да и подовать меандр в качестве базовой частоты тоже не гуд, зачем 50% времени тратить на спад тока? Конечно 2 транзистора лучше одного, но с таким питанием момент радикально не изменится как и скорость, все эти навороты применяют с повышенным напряжением питания, если пороетесь в интернете то и схему найдете соответствующую, она там есть.

Я этот вопрос по интернетам довольно плотно изучил.

почему 50% времени тратится на спад тока?..
Под меандром я имею в виду не задающую частоту ШИМ, а форму результирующего тока на обмотке.
Если ток за время периода ШИМ не достиг уровня отсечки - его никто отключать не будет, и потерь на спад тока тоже не будет, какая бы ни была скважность задающего ШИМ сигнала.

[Stanislav_S]

А вот теперь понятно, но все же без повышенного напряжения ИМХО никуда, питать половиной паспортного напряжения и пытаться получить момент и скорость ИМХО пустая трата времени.

[king2]

А вот теперь понятно, но все же без повышенного напряжения ИМХО никуда, питать половиной паспортного напряжения и пытаться получить момент и скорость ИМХО пустая трата времени.

Да хоть 80 вольт, от этого ток спадать быстрее не станет.
БП сейчас на 24 вольта, я же не говорю что так будет всегда. На боевом станке будет 48, а то и больше.

[Stanislav_S]

Понятно, хотя странно в теории спад тока зависит напрямую от напряжения на индуктивности Наверно тут что-то не так