Расчет силовой части ШИМ - подскажите как рассчитать, конденсатор и диод Опции

[Саломатин]

Вопрос простой - надо рассчитать-подобрать конденсатор(ы) по питанию и диод защитный для управления ДПТ 12В 24А. Управление ШИМ 7кГц, один нижний ключ на 4 параллельных IR540. Это пока макет, транзисторы не греются, диоды тоже. Транзисторов, наверное, уменьшу до 3 шт - пусть лучше запасец будет. Двигатель питается от DC-DC преобразователя, но конденсатор по питанию всеж нужен, насколько я понимаю (длина проводов питания около 40 см). По защитному диоду интересует необходимое быстродействие, т.к. я пробовал наши кд213 - выбросы при выключении транзистора большие - до 80В, попробовал диоды из блока питания ATX (других не было на такой ток) - при выключении транзистора выброс достигает 18 вольт и имеет колебательный характер (но очень короткий). Из литературы удалось почерпнуть, что диод должен выдерживать рабочий ток двигателя, быть быстрым (но насколько?) и при этом иметь зачем-то плавное восстановление.

ПРи выборе конденсатора посмотрел Irms через доступные конденсаторы общего применения - при емкости 3300 мкФ ток всего 1200 мА. Измерил реальный ток через конденсатор - в зависимости от режима от 3A до 5 А rms. Т.е. вроде как нехорошо, и батарею набирать тоже не интересно- и габариты и емкость. Опять же , емкость советуют всего 2500мкФ для моего случая. Очень смущает среднее время наработки на отказ всего 1000 - 5000 часов...

Устройство должно работать непрерывно до 10 -15 тыс часов, без присмотра, поэтому не хотелось бы сесть в лужу из-за просчета, но опять же и опыта нет, а ошибиться дважды два...

Если книжица хорошая или статейка - подскажите, где взять, что-то пока ничего не нашел... Или просто пример из практики...
Ну и наконец, может кто встречал готовый модуль, мне попадались ампер на 5 максимум для ДПТ...

Заранее благодарен за помощь.

Сообщение отредактировал Саломатин - Apr 16 2009, 13:36

[Microwatt]

При такой частоте коммутации быстродействие диода практически не имеет значения.
Рабочий ток диода... хорошо бы уточнить, как он включен.
То же и для конденсаторов. Схему бы силовой части глянуть. Это что, понижалка, мост или какая-то другая топология?

[Саломатин]

При такой частоте коммутации быстродействие диода практически не имеет значения.
Рабочий ток диода... хорошо бы уточнить, как он включен.
То же и для конденсаторов. Схему бы силовой части глянуть. Это что, понижалка, мост или какая-то другая топология?

Один нижний ключ для управления двигателем постоянного тока. Вот картинка, схема примитивная, типовая... На практике там еще есть двухсторонние сапрессоры 1.5КЕ15 параллельно диоду и транзистору - только для макета, потом уберу.

Прикрепленные файлы

 power.BMP ( 10.36 килобайт ) Кол-во скачиваний: 139

 

[Microwatt]

О, с картинкой - другое дело!
При таком низком рабочем напряжении полезно применить диод Шоттки. Не в смысле быстроты коммутации, а для малых потерь по теплу. 20-40 вольтовых Шоттки - навалом.
Ток тут не в переходных процессах, а длительно протекает. Потому диод надо рассчитывать по теплу на 50-70% тока электродвигателя с бросками в 130-150%. "Мягкие" запирания /отпирания имели бы смысл при рабочей частоте раз в 10-15 выше.
Что касаемо конденсаторов... Страхи Ваши преувеличены. Применяйте 105С электролиты и, если у Вас в месте установки платы будет не выше 60-70С, они отработают 2-3 года без проблем. На емкости, конечно, экономить не надо. 2-3 тыс микрофарад при токе 24ампера явно мало. Нужно хотя бы в 2-5 раз больше. И лучше П-образный LC фильтр соорудить, пусть в качестве дросселя будет просто трубочка или одновитковое кольцо. Это очень уменьшит пульсации на проводах, подводящих питание к плате.

[Саломатин]

О, с картинкой - другое дело!
При таком низком рабочем напряжении полезно применить диод Шоттки. Не в смысле быстроты коммутации, а для малых потерь по теплу. 20-40 вольтовых Шоттки - навалом.
Ток тут не в переходных процессах, а длительно протекает. Потому диод надо рассчитывать по теплу на 50-70% тока электродвигателя с бросками в 130-150%. "Мягкие" запирания /отпирания имели бы смысл при рабочей частоте раз в 10-15 выше.
Что касаемо конденсаторов... Страхи Ваши преувеличены. Применяйте 105С электролиты и, если у Вас в месте установки платы будет не выше 60-70С, они отработают 2-3 года без проблем. На емкости, конечно, экономить не надо. 2-3 тыс микрофарад при токе 24ампера явно мало. Нужно хотя бы в 2-5 раз больше. И лучше П-образный LC фильтр соорудить, пусть в качестве дросселя будет просто трубочка или одновитковое кольцо. Это очень уменьшит пульсации на проводах, подводящих питание к плате.

Да, что-то с диодом я не продумал. Недаром они у меня больше транзисторов греются... Был уверен, что это из-за коротких импульсов.

Я правильно понимаю, что если частоту увеличить раза в 2 - 3 то пульсации тока уменьшатся и облегчится режим конденсаторов при этом не ухудшив режим диода?

[mpr]

Я правильно понимаю, что если частоту увеличить раза в 2 - 3 то пульсации тока уменьшатся и облегчится режим конденсаторов при этом не ухудшив режим диода?

Да, все верно, только вот с ростом частоты намного увеличатся динамические потери в транзисторах. Рассмотрите возможность установки дросселя в цепь двигателя. Чтобы не гадать на кофейной гуще поставте в цепь шунт и измерьте пульсацию тока. Потом уже по факту примете решение по конденсатору, дросселю и частоте ШИМ

[Microwatt]

Да, что-то с диодом я не продумал. Недаром они у меня больше транзисторов греются... Был уверен, что это из-за коротких импульсов.

Я правильно понимаю, что если частоту увеличить раза в 2 - 3 то пульсации тока уменьшатся и облегчится режим конденсаторов при этом не ухудшив режим диода?

Нет, повышая частоту, Вы существенно не уменьшите потери в диодах. Режим конденсаторов немного облегчится. Если частота будет до 20кГц, то и в транзисторах особо тепла не добавится. Добавится оно может в двигателе.
Частоты до 10-20 кГц в современных импульсных стабилизаторах - "детские". В том смысле, что динамическими потерями в ключах и диодах можно пренебречь. Основоне тепло - чисто "омическое", из-за падения напряжения на активных компонентах.
А вот обмотка двигателя... она намотана под постоянный ток да еще и на обычном железе. Там потери очень большие на ВЧ. Поэтому, посмотрите через добавку в 0.01- 0.05 Ома форму тока. Если там трапеция, близкая к прямоугольнику, с очень пологой верхушкой, то лучше частоту больше не повышать. Это мало что даст. А вот если наклон более 10-15% от амплитуды, то повышение частоты может немного снизить ВЧ-гармоники в обмотке и потери. Хотя, это нужно проверить, измерить по общему КПД устройства. Заранее предсказать я затрудняюсь.

[mpr]

Да, все верно, только вот с ростом частоты намного увеличатся динамические потери в транзисторах. Рассмотрите возможность установки дросселя в цепь двигателя. Чтобы не гадать на кофейной гуще поставте в цепь шунт и измерьте пульсацию тока. Потом уже по факту примете решение по конденсатору, дросселю и частоте ШИМ

Опечатка вышла - с ростом частоты до ~20кГц немного увеличатся динамические потери

[Саломатин]

Опечатка вышла - с ростом частоты до ~20кГц немного увеличатся динамические потери

Ничего, перечитал пару раз, но понял всеж правильно.

Частоту увеличил до 14 кГц, форма тока конденсаторов стала практически прямоугольной (до 4 А rms ), а вот ток от источника питания как был почти треугольный, так и остался. Я так понимаю, дроссель служит для сглаживания пусаций тока в цепи источника? И установив его я могу точно не беспокоиться за конденсаторы? Прямоугольным желательно иметь ток непосредственно двигателя?

[_Pasha]

Я так понимаю, дроссель служит для сглаживания пусаций тока в цепи источника? И установив его я могу точно не беспокоиться за конденсаторы?

Совершенно сапоги! С точки зрения ЭМС - идеально. А еще есть источники с быстрой защитой по КЗ - тоже проблема решается.

Прямоугольным желательно иметь ток непосредственно двигателя?

Каким макаком он будет прямоугольный? Это же индуктивная нагрузка. Он будет треугольным до безобразия

[Microwatt]

Каким макаком он будет прямоугольный? Это же индуктивная нагрузка. Он будет треугольным до безобразия

Не макаком, а гиббоном. Постоянным и будет с небольшой пилой по верхушке.
В очень плохо сделанных схемах - действительно треугольным и даже отдельными щербатыми треугольничками.

[-=TRO=-]

Я для подобных целей взял драйвер ir2153. В нижнее плечо 3 штуки stp60nf06 в паралель, в верхнее плечо (там где у старттопика диод) один такой-же stp60nf06. В затворы полевиков резюки вобще не ставил. Шим генератор собран на той-же ir2153 по стандартной схеме. Операционник меряет падение напряжения на проводе идущему к двигателям и сравнивает с опорным (задание тока двигателя). Выход операционника через сопротивление (номиналом в 2/3 от задающего в ir2153) подключен к третьему выводу ir2153 (выводу RC генератора). Таким образом у меня получился ШИМ стабилизатор тока (момента) для двигателей. Два двигателя впаралель потребляют вместе 35 ампер по 12 вольтам. Транзисторы еле тёплые на символическом радиаторе, частота ШИМ 20 килогерц (что-бы не зудел).
Кстати, питание у меня от аккумуляторов, провод до схемы метра полтора, поэтому взял пять штук самых дешовых конденсаторов на 10 тыщ мкф каждый, и собрал в линейку проходную батарею. Хотя и с одним конденсатором на 1000 мкф всё работало.

Сообщение отредактировал -=TRO=- - Apr 21 2009, 20:50

[Microwatt]

Я для подобных целей взял драйвер ir2153. . В затворы полевиков резюки вобще не ставил. Шим генератор собран на той-же ir2153 по стандартной схеме.....
всё работало.

Хм, земляк, а ну, давай-ка расскажи как это ШИМ на IR2153 делается? И стандартную схему в студию.
Думаю, она даже самому IR пригодится....
Если все работало -завтра у цирка жду с бутылкой. Приноси, дорогой, схему ШИМ, очень интересно.
Только фиксированная пауза в 1 мкс за ШИМ же не считается, да?

[-=TRO=-]

Я же всё написал, стандартая схема это конечно меандр, даёш напряжение на 3ю ногу через резистор номиналом чуть меньше времязадающего, он смещает напряжение компарации в ir2153, вот тебе и ШИМ. Допёр когда внутреннюю структуру в даташите рассматривал. Проверил, работает, очень обрадовался. Завтра я работаю, да и не пьющий, здоровье не позволяет, а схемку на работе как раз и накидаю.



Сообщение отредактировал -=TRO=- - Apr 21 2009, 22:28

[-=TRO=-]

Двигатель я на схеме в спешке не так нарисовал, он у меня подключен паралельно верхнему полевику, а не нижнему(как на рисунке.)