Была поставлена задача спроектировать и изготовить драйвер синхронного двигателя мощностью (пиковой, момент старта) до 2 кВт.
Почитал интернеты, нарисовал схему, выбрал элементы и решил выложить на форум, чтобы знающие люди указали на недостатки и ошибки. Пока только схема, будет печатка - выложу и её.
В схеме силовые элементы взяты с приличным запасом по току и напряжению (требование заказчика). Пару слов по структуре. Силовая часть состоит с трехфазного моста на MOSFETах и драйвера IR21365. IGBT и IPM были откинуты по причине недостаточного быстродействия (есть, конечно и быстрые, но там уже цена демотивирует). Я принял решение питать выходные каскады драйвера от отдельных гальванически развязанных источников, а не от бутстрэпных конденсаторов, так как при низких оборотах время, когда верхний ключ находится в открытом состоянии достаточно велико. Вся силовая часть (красный пунктирный квадрат на схеме) гальванически отвязана от схемы управления - требование заказчика по безопасности. Напряжение питания силового тракта - от 48 до 150В.
Теперь по управлению. Имеем двигатель трехфазного вентильного типа - синхронный двигатель с тремя датчиками Холла, для определения положения ротора. Первоначальная задача - получить простой драйвер (контроллер участвует только в генерации ШИМ и отображает информацию по потребляемому току на дисплее). Для этого сигналы с датчиков Холла, через пороговые компараторы, поступают на простую логическую схему, которая формирует шесть (три пары противофазных) сигналов для управления транзисторами. Режим реверса реализован на элементах XOR, заполнение ШИМ - на стробируемом буфере. Частота ШИМ - 5-20 кГц (будет выбираться экспериментально). В дальнейшем управление на себя возьмет контроллер - для этого предусмотрены джамперы. Ток в каждой фазе будет измеряться с помощью токовых трансформаторов.

Буду благодарен любой помощи - совету, замечанию, указанию на ошибку или недостаток в схеме.
Схема в приложении.

Наверное стабилитроны не нужны на затворах, у вас же питание микросхемы 15в. У оптронов светодиоды лучше вкл. параллельно встречно направленно
для исключения вкл. верхнего и нижнего ключа одновременно. Схему соответственно изменить. Дачики тока можно посмотреть от Allegro допустим
ACS712 и не дорого и компактно. Куда этот привод преднозначается? Какой нибудь датчик обратной связи будет использоваться? Вы с ПЛИСами или
CPLD не работали?

Супрессоры на затворах поставил для защиты от возможных иглообразных наводок. Не факт, что они (супрессоры) будут установлены на плате, так как своей паразитной емкостью могут подпортить фронты. Но пока пускай будут.
По поводу одновременного включения светодиодов в оптроне. Перед буфером стоит логическая микросхема CD4049 инвертирующая три входных сигнала в шесть попарно-противофазных. Во-вторых, даже если вдруг на драйвер придет сигнал одновременного открытия верхнего и нижнего ключа, он не допустит такой ситуации и с минимальным dead-time-ом откроет только нижний. В драйверах это дело очень хорошо реализовано, так как сквозной ток - это основная причина смерти силовых ключей.
На токовые датчики Allegro смотрел. Мелкие, те что в корпусах so8 не подходят по току, большие, те что с металлической дугой будет трудно разместить на плате.
Датчик обратной связи - это датчики Холла. По ним, зная количество полюсов ротора, можно определить скорость вращения и т.п.
По поводу последнего вопроса - довольно тесно связан с CPLD Altera MAXII, но векторного управления пока не предполагается, максимум какой-то ПИД-регулятор.

Хорошо если драйвер имеет схему защиты от сквозного включения.
Про датчик положения ротора я не имел ввиду. Если нужна хорошая точность, то без энкодера не
обойтись. Я бы делал на CPLD, пусть без дисплея, но для информации светодиоды вывел.

Возможно, с верхними ключами Вам придется поработать.
R3 и ему подобные - 47 Ом великовато, - надо проверять на влияние емкости затвор-сток.
Я бы в схему параллельно супрессорам заложил еще и ёмкость аж до 1нФ.
Диоды d1-d3 не FR157 а побыстрее, например SF18. Иначе процесс включения будет "веселым" - драйвера может и не убьются, а на резисторы дополнителная нагрузка и вовсе никчему - довольно таки ответственные получаются в этой схеме.

Про быстрые диоды и уменьшение значения резисторов, учту, большое спасибо.
Поясните, пожалуйста, мне темному, зачем параллельно супрессорам ставить ещё емкости? Я наоборот старался выбрать полевики с низкой емкостью затвора и энергией заряда. Или имеется в виду то, что быстрое открытие-закрытие будет вызывать большие выбросы напряжения?

Помеху в затвор гонит быстрое (но запоздалое) закрытие внутреннего паразитного диода.
можно отталкиваться от http://fotkidepo.ru/photo/358797/30781Lv6M...V3Bs/850057.jpg
(в вашей схеме много недочетов и неподходящих компонентов...слишком много - поставьте IRFP4768 и Si8233)

HEX, а можно хоть немного поподробнее, хоть принципиальные ошибки?
Отталкиваться от фотографии довольно сложно, что это за устройство, схема? Может статья есть?

Не нравится мне та ссылка на википедию и определение вентильного двигателя.

Вентильными в англоязычной литературе называют Switched reluctance motor (SRM).
А в данном случае речь видимо идет о BLAC двигателе.
Аббревиатурой же PMSM называют и BLDC и BLAC двигатели (с трапецеидальной и синусоидальной ЭДС соответсвенно)
Это я все к тому, что софт вам придеться искать на англоязычных ресурсах и терминологию знать надо.

Дальше схема ваша сделана по самому дорогому варианту.
Одна силовая часть уходит выше 100$.
Ради всего 2-х киловат это очень дорого. Это еще не учитывая, что не реализована цепь торможения, слежения за температурой и проч.

За такие деньги можно купить PIM модуль Vincotech со всеми фичами включая шунты, ключ тормозов и выпрямитель.

Статья конечно найдется, был бы человек - за промышленный шпионаж...
http://fotkidepo.ru/photo/358797/30781Lv6M...V3Bs/850056.jpg
http://fotkidepo.ru/photo/358797/30781Lv6M...V3Bs/872475.jpg
в подобных схемах большую роль играют свойства паразитного диода полевого транзистора.
внимание заостряем на - Reverse recovery charge и Peak diode recovery voltage slope
irfp4668pbf ещё лучше с этой стороны - http://www.irf.com/product-info/datasheets...irfp4668pbf.pdf
кто лапшу навешал о пользе диодов, параллельных MOSFET ?
откуда квазиунофантазия о датчиках тока с левой стороны схемы ?

На сколько я понимаю, параллельный ультра-быстрый диод ставится как раз таки для того, чтобы зашунтировать паразитный диод канала MOSFET при работе на индуктивную нагрузку, для того чтобы ограничить и зафиксировать выброс ЭДС самоиндукции при обрыве тока. Также встречал схемы, в которых перед стоком последовательно включают диод для нейтрализации внутреннего паразитного.
В предложенных Вами транзисторах не очень подходящие параметры - очень большой ток и недостаточное напряжение сток-исток. Я выбирал транзистор с параметрами 450-600В 45-55А.
Вопрос про "квазиунофантазия о датчиках тока" не ясен. Если он касается трехканальной схемы, подключенной в контроллеру - это стандартная схема подключения токового трансформатора - нагрузка, выпрямительный мост и фильтр. Я добавил только стабилитрон для защиты порта контроллера. Эта часть будет использоваться только для отображения тока в нагрузке, никаких защитных функций.

Я допустим мог бы предположить, что эти элементы появились после прошлого неудачного опыта.
Многие элементы просто могли взяться для компенсации кривости трассировки силовой части.
Тут нечего особо обсуждать не видя трассировки.

Но вот что больше интересно это как у этого дивайса получится синусоида.
Для пространственно векторной модуляции схема явно неправильная. Другие модуляции не эффективно используют напряжение шины.
Точнее сказать в схеме вообще не видно никакой модуляции синусоиды.

с какого перепугу току захочется выбраться из mosfet в наружный диод ?

...тут прибежали санитары и зафиксировали нас...

это другое дело, правильное, но ущербное.

"недостаточность напряжения" = паранойя. В высоковольтных обычных ключах отвратительные диоды.

как это сможет работать на низкой частоте, на постоянном токе ?
что будет на выходе от синфазной помехи ? нагрузка трансформатора тока должна стоять после выпрямительного моста.

AlexandrY, "прошлого неудачного опыта" нет. Пока нет
Трасировка платы будет делаться после окончательной редакции схемы. Много лишних (дополнительных) элементов предусмотрены для того, чтобы потом на плате не городить навесным монтажем. Выбросить их никогда не поздно.

По поводу модуляции. Никакого синуса и векторного управления нет. Этот драйвер может быть реализован на обычной логике, что и было сделано более года назад и работает железно, теперь нужно докрутить плюшек и умощнить. Там IRFP064, управляются через IR2113, которая, в свою очередь, управляется напрямую с CD4502 (этот кусок логики я оставил без изменений). Упрощенно - есть сигнал с датчика Холла - включаем соответственную катушку статора, нет - отключаем, и так в цикле. Для регулирования скорости вращения и мощности используется заШИМлевание управляющего импульса и/или регулирование напряжения шины питания.

А выпрямлять то зачем? Как после выпрямления получить реальный баланс токов?
Реальную мощность отдаваемую в двигатель схема не измерит.

Кстати, Infineon недавно презентовал прицизионные цифровые токовые измерители TLI4970
Размер 7*7 мм. Ток до 50А с разрешением до 16 бит и частотой выборки по SPI до 80 кГц.

Я пересмотрю схему измерения тока.

Дело в том, что трассировка силовой части на 40 и более ампер не так проста как кажется и лишние детали даже если их не поставят будут создавать дополнительный звон из-за лишних дорожек.

Насчет модуляции тогда я не понял. И надо вернуться к терминологии.

Если у вас BLDC мотор с трапецеидальной ЭДС, то о векторном управлении не может быть речи и оно не нужно. Но и дачтчик холла тоже как бы не нужны. Такими двигателями с успехом управляют без дачтчиков. Если же датчики по любому есть, то было бы проще поставить дешевые аппаратные контроллеры управления BLDC.


Если же у вас BLAC с синусоидальной ЭДС то получается, что вы насилуете мотор управляя им жестким меандром. На четыре киловата тогда получите жуткий перегрев движка и быстрый пробой обмоток. Да и ваша собственная схема будет работать под большой перегрузкой.

У нас BLDC с трапецеидальной ЭДС и датчиками Холла. Вот такой вот тип.

Правильные контроллеры используют синхронное выпрямление, дабы ток через внутренний диод не грел транзистор. Также для регенерации энергии такая схема используется.
И не стоит проекты такого масштаба делать на не предназначенных для того м/с.
Для управления много чего TI понаделало, с защитами всякими. Да и в описании таймеров STM32 есть практическое руководство как датчики Холла подключать и ШИМ генерировать.

Тогда рекомендую взять за основу продвинутый дизайн:
http://www.boston-engineering.com/images/p...alIsolators.pdf

Единственно, что в статье не упоминается, это то что цифровые изолированные измерители тока AD7401 можно подключить напрямую к микроконтроллерам Infineon семейства XMC4500.

Платки с ними, кстати, дистрибуторы Infineon раздают бесплатно.

Что то ссылка не работает.

Другая: http://www.analog.com/static/imported-file...ons-MS-2488.pdf

Для того, чтобы компетентно ответить на Ваш вопрос по поводу типа двигателя приведу выдержку с книги Г.Б.Онищенка "Электрический привод", Глава 7.1 Вентильно-индукторные электроприводы, стр. 176-177:

На статоре такой машины находятся электромагниты - индукторы, по обмоткам которых поочередно пропускается постоянный ток. Ротор двигателя обмоток не имеет и содержит ряд зубцов, чисто которых не совпадает с числом зубцов магнитопровода статора. ... Основная особенность вентильно-индукторных проводов заключается в том, что переключение обмоток индукторов осуществляется в соответствии с положением ротора с помощью датчиков положения.
Принцип работы вентильно-индукторного привода состоит в последовательном включении индукторов (а-а, в-в, с-с), поток которых замыкается через зубцы ротора.
...
Значение электромагнитного момента определяется средним значением тока, подаваемого в обмотки индукторов. Поэтому регулирование момента двигателя выполняется изменением напряжения, подводимого к обмоткам индуктора. В схеме (на рис. ...) изменение напряжения проводится методом широтно-импульсного регулирования.

Конец цитаты. Так что это как раз таки самый обычный вентильный двигатель в классическом его понимании. Датчики Холла определяют положение ротора и метод управления самый стандартный - ШИМ. Как его называют в англоязычной литературе - это вопрос уже третий.

По поводу схемы - она будет серьезно переработана и исправлена. Всем спасибо за помощь и советы. Отдельные спасибо AlexandrY, _Pasha, HEX.

А сам синхронный двигатель планируется самодельный или серийного изготовления ? Есть какие-то технические данные по нему ?

Двигатель собственной разработки.

Можете про него что-нибудь сказать ?

Может фотографии прототипа есть ?

Я спрашивал, на что нагружен двигатель?