Добрый день.

Собрал вот такую схему.



Крутит пока что мотор вентилятора салона автомобиля. Работает от автомобильного аккумулятора. К сожалению точных параметров двигателя не знаю. Ориентировочно около 100 ватт. Индуктивность, сопротивление обмоток неизвестны. В целом предназначение схемы крутить более мощный мотор - вентилятор радиатора (около 500 ватт, параметры тоже толком не известны). Для этого резисторы затвора и ключевые транзисторы будут продублированы дважды. Частота также будет поднята до диапазона за пределами слуха (пока что небыло возможности поменять частоту).

Проблема заключается в том, что при низком коэффициенте заполнения всё работает нормально, а при высоком ключевой полевик начинает достаточно быстро нагреваться.
На осцилограммах красным выведен канал подключенный к затвору, желтым канал подключенный к стоку.

Вот так выглядит при малом заполнении (низкие обороты):



Вот так выглядит при большом заполнении (высокие обороты):




Собственно волнуют вопросы:

1. Почему наблюдается такая просадка на желтом канале?
2. Почему наблюдается такой смазаный фронт на красном канале? (При меньшей и неиндуктивной нагрузке - лампе 21 ватт - фронт более крутой)
3. Как побороть нагрев полевика, и при возможности причины первых двух вопросов.
4. Не вылезут ли какие-то косяки при подъеме частоты до 30КГц (в протеусе не вылезли, но и описаных выше эффектов тоже небыло).

Спасибо.

p-канальные MOSFET-ы имеют повышенное сопротивление канала и, разогреваясь, увеличивают его ещё больше. Цепная реакция. С 500-ваттной нагрузкой будет непросто. А для чего управлять вентилятором радиатора при помощи ШИМа? Кому-то нужна там плавная регулировка оборотов? Баловство это.
И, пожалуйста, уменьшите габариты фотовложений в своём сообщении. Такие гигантские размеры картинок совсем ни к чему.

Гм, если верить даташиту, то в открытом состоянии сопротивление у него 0,02 Ом. Т.е. по идее там совсем немного должно в тепло уходить. Нет?


В общем и целом нужна. Есть некоторая специфика задачи.


Не проблема, вопрос только в том, как отредактировать сообщение.
Если это может только модератор, то вот ссылки на изображения:

[UURL=http://imgur.com/py6wZ1E][IIMG]http://i.imgur.com/py6wZ1El.png?1[/IMG][/URL]
[UURL=http://imgur.com/7WuRif1][IIMG]http://i.imgur.com/7WuRif1l.jpg?1[/IMG][/URL]
[UURL=http://imgur.com/wcM1sm9][IIMG]http://i.imgur.com/wcM1sm9l.jpg?1[/IMG][/URL]


Спасибо.

Это при комнатной температуре. С разогревом - хуже. Кроме того, там, внизу таблицы, мелкая такая сносочка, примечание №4...
Казалось бы, зачем Static Drain-to-Source On-Resistance приводить для импульса короче трёхсот микросекунд и duty cycle менее 2%?

Эх, знаем мы такие специфики... Ладно, Вам видней. Не говорите потом, что не предупреждали.
Я бы посоветовал Вам в этом случае не пытаться напрямую управлять мотором ШИМом, а создать полноценный DC/DC и регулировать выходное напряжение.
И для 500Вт подумайте над применением n-канального MOSFET с "плавающим" управлением.

Для начала надо перезалить на файлообменник новые картинки, поменьше.

Напомню еще, где лежат популярные в народе грабли - при старте ток на порядок(и) больше стационарного.

Т.е. если повысим частоту того уровня, когда период составит 2% от 300 мкс, тогда и получим отсутствие нагрева?
Про скорость нарастания и спада естественно не забыли и успешно побороли.


Ну на самом деле вопрос просто вырос из регулировки оборотов вентилятора. Ну а раз вырос из него и начали думать в эту сторону, то доделываем железо. А в дальнейшем немножко в сторону отойдет. Стандартно принятый в таких случаях гистерезис тут не поможет к сожалению, надо действительно плавно регулировать.


А можно какой-нибудь пример на эту тему?


К сожалению залито без регистрации, так что отредактировать картинки по ссылкам уже не получится. Я приводил ссылки на thumbinal view, но я не могу редактировать первое сообщение в теме.



Ну это понятно, но если бы дело было в стартовых токах, на низких оборотах мы бы имели больший нагрев чем на высоких. Ну или как минимум такой же. ИМХО.

Вам предложили залить новые картинки приличного размера. Модератор может убрать старые.
По поводу стартового тока. Многие думают, что обойдется. Но со временем умнеют. Но не все. Это я к тому, что датчик тока не будет лишним. Не стоит также гнаться за высокой частотой ШИМа.

Я дал ссылки на картинки меньшего размера во втором посте.


Датчик тока будет. Пока хоть с пинка завестись под личным контролем.
Высокую частоту шима предположил как вариант избегания длительного открытия транзистора.

Здесь нужно не задирать бездумно частоту, а считать. С одной стороны (низкая частота) потери на сопротивлении открытого канала, с другой (высокая частота) - коммутационные потери. Плюс, для повышенных частот, нужен драйвер который сможет вдуть в затвор значительный ток для (пере)заряда емкости.

Это всё понятно. Остаются нюансы
1. Я не планирую задирать частоту. Смысла только два - увести из звукового диапазона и вписаться в временные рамки когда транзистор еще не греется будучи открытым.
2. Какое время нарастания считать нормальным? Я понимаю что нет предела совершенству, но надо где-то остановиться до того как построишь мегамонстра.
3. Все методики расчета тока зарядки затвора достаточно сложны (по крайней мере для меня). Может есть хотя бы какие-то статистические данные или что-то вроде того, на что можно опираться? На данный момент получается что драйвер может обеспечить 100мА. Это много, это мало, это нормально?

Может, чтобы не мучаться кто-нибудь даст хоть сколько-небудь толковый пример организации такой штуки? А то инет завален в большинстве своём всяким шлаком, а разрабатывать без поглядывания на примеры мне пока совсем рановато.

Спасибо.

извините, а как потери на сопротивлении ключа зависят от времени включения?
методика расчета времени включения mosfet напротив довольно проста.
потери тоже несложно рассчитываются, если точность расчетов не нужна высока.
поглядите любой HI драйвер, можно типа такого http://www.irf.com/product-info/datasheets...rs21858spbf.pdf или совсем простой взять http://www.irf.com/product-info/datasheets.../irs2117pbf.pdf

пс - 500 Вт вентилятор от 12В будет работать или уже 200, 300?

Напрямую никак, просто в теме была высказана идея, что завяленные в даташите параметры держатся в течении короткого времени, после чего в результате нагрева сопротивление лавинообразно растет.


Спасибо большое. Буду изучать.


Все питание бортовое автомобильное. Т.е. 14,5 это максимум штатный. Хуже то, что возможны просадки вплоть до 8. Зима, акум убитый. Звучит как бред - зимой вентилятор, но так надо.

нет, что-то с ними не в порядке. Простая замена не помогает. Ладно, в следующий раз будьте аккуратнее.

Высокой частотой здесь не обойдёшься. Приведенные цифры говорят о длительности открытого состояния 300мкс при периоде не менее 15мс, что соответствует частоте до 70 Гц.
Повышать частоту, не изменяя заполнения, никакого смысла нет: как же тогда регулировать? Возрастут только динамические потери. А с увеличением заполнения снижается отвод тепла и сопротивление канала растёт - он не успевает остывать.

500 Вт и 12В, ток то не малый, зато напряжение низкое- вам нужен немного не такой драйвер, посмотрите низковольтные для мощных транзисторов.
и все таки н канальный применяйте или вообще подумайте о IGBT, сравните что лучше для вашей задачи.

пусковой ток и в правду будет больше на порядок номинального, если не принимать мер плавного пуска. Поизучайте принцип работы ДПТ, как повысить момент крутящий (и нужен ли вам большой начальный крутящий момент, чтобы провернуть замерзший двигатель), как обеспечить меньший пусковой ток, как сделать чтоб от двигателя радио не перестало в машине работать.
на сайте ti.com (ну и не только у них) много литературы.

Да, но в основном натыкался на относительно высоковольтные, которые ниже 10 вольт уже не работают.


Будет вторая итерация устройства, там будет Н-канальный. Дело в том, что текущий вариант ставится в параллель со штатным управлением, а оно идет коммутацией +12. Возможно я не до конца осознал принцип управления, но вроде как в таком случае используется именно Р-канальный ключ.


Собственно плавный пуск конечно нужен, но как кроме ШИМ в данных условиях его организовать? Момент повышать думаестя наличием обратной связи и ПИД. Может, порекомендуете, что именно читать, чтобы не уползти в ненужном направлении?

К сожалению вчера не получилось поиграть с частотой. Нечем было прошить контроллер на генераторе, а больше ничего под руками небыло.

Спасибо.

Не очень понятно, куда денется одна сторона в другой? Или при высокой частоте потери на сопротивлении открытого канала чудным образом исчезнут?
На низкой частоте возможна другая проблема(движек-то коллекторный)

Шунт - RC-цепочка - компаратор (внутри МК или внешний и простая логика). С МК - включаем, немного ждем (можно без RC) смотрим на компаратор... Возможно множество вариантов. RC-цепочка дает гистарезис. Момент пропорционален току. Таким нежным образом нужно беречь механику, щетки, транзисторы, провода, конденсаторы и все-все-все.
Если Вы так уж хорошо думаете о ШИМе, то подумайте еще о том, что импульсный ток вреден, с какой стороны ни смотреть. Добавить дроссель... получится, как уже предлагали преобразователь...

для плавного пуска есть несколько способов.
ОС и ПИД момент на валу ДПТ не повышают
почитать - учебник по электрическим машинам, читал с упоением (10 лет назад правда) стр. 32 и далее - https://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&am....62286460,d.bGE
поищите, может качественнее скан найдете.
ну и дальнейшие ваши действия = в зависимости от типа вашего двигателя

контроллеры http://www.ti.com/apps/docs/viewdevices.ts...0&appId=746 выбирайте на ваш вкус и цвет

из буржуйского - http://www.ti.com/lsds/ti/apps/motor/appli...l&HQS=motor


ШИМ ШИМу рознь, ток не обязательно будет импульсный

А какие бывают ШИМы?

Вероятно, учитывающие модель объекта или не учитывающие

Пока, AIL, всю вашу кухню можно объяснить одним - источник не держит нагрузку.
Судя по первой осциле источник просаживается до 8в,
тогда на затворе ключа останется что-то около 5в, т.е. на грани работы в активном режиме.
При большем заполнении нагрузка увеличивается, источник просаживается еще далее,
ключ вываливается в активный режим. Затем в каком-то месте происходит компенсация
и транзистор переходит в режим ограничения тока (хвост второй осцилы).

я имел ввиду пульсации тока могут быть и не большими. ШИМ + фильтр ведь не то же что ШИМ без фильтра, причем у автора мотор с щетками, при неудачном построении ШИМ преобразователя мотор будет плохо работать не так ли?


это уже наверно не просто ШИМ, а целая система регулирования

В автоэлектронике я бы крайне рекомендовал использовать BTS555 и не пытаться изобретать велосипед на дискрете.
Специфика такая: если сгорает устройство, дай бог без последствий для авто и владельца, что бы заменить, зачастую полмашины нужно разобрать (если конечно аккуратно смонтировано)
http://www.spaennare.se/PWM/bts555.pdf

хорошая мысль, пусть автор добавит в модель резистор внутреннего сопротивления источника.


классный ключ, а ШИМ на нем получится?


автору поискать в разделах готовых решений automotive на сайтах ti.com st.com onsemiconductor.com nxp.com

Ох и понаписано....

Во-первых. Всем большое спасибо за советы и поддержку. Я очень ценю это, если честно, даже несколько удивительно что столько людей захотели помочь. Ура!

К сожалению, количество информации таково, что я не успеваю её перерабатывать, так что к сожалению мне нужен какой-то тайм-аут чтобы сориентироваться во всём.

Вчера было немного времени, помучал имеющуюся схему. Итого.
1. Изменение частоты особо не влияет на поведение.
2. Смена нагрузки на автомобильные лампы накаливания показала следующее. При нагрузке 60 ватт схема может работать без сколько-нибудь серьезного разогрева в любом режиме сколь угодно долго. При увеличении до 80 ватт (+1 лампа) начинает достаточно быстро сильно нагреваться. Просадка на нагрузке в первом случае до 11 вольт, во втором до 10. Источник питания - аккумулятор 80Ач, пусковой ток 750А. Не исключаю что действительно есть просадка питания, но проблема не в аккуме а в проводе - длинна примерно 3-4 метра, сечение 1мм.
3. График просадки стал более "каноническим" чтоли. Т.е. просто ниже, без каких-либо непонятных кривых спадов. Насколько понимаю, в первую очередь повлияло отсутствие индуктивной нагрузки.

Очень понравилось предложение с шунтом и пропорциональным управлением мощностью. Только несколько настораживает вопрос "что ж за шунт будет на такие токи". Впрочем, это надо считать.

Вариант с BTS555 хорош, осталось найти его в Минске.

Еще раз большое всем спасибо за участие.

да, получится.

хоть аккум и на 80 Ач, но он уже может быть разряжен.
напряжение под нагрузкой нужно измерять и на аккуме и непосредственно на устройстве - что по таким длинным проводам до него доходит. скорее всего, просадке не в схеме, а еще до схемы, на аккуме плюс провода.
устраняйте просадку до устройства, потом еще раз испытывайте устройство.

Итак, еще раз хочу всех поблагодарить за поддержку и советы.
Ваши советы дали много пищи для размышлений. Идея Tanya о пропорциональном управлении мощностью сильно запала в душу и обязательно будет реализована. Возможно с BTS55 в роли безопасного ключа который посоветовал Pyku_He_oTTyda. Спасибо shf_05 за указание где искать информацию и на что в первую очередь обратить внимание.
И особое спасибо _gari за внимательность к осцилограммам и объяснение что это может значить. Благодаря ему я не потерял окончательно веру в себя, хотя был уже близок к этому.
Как уже наверное все догадались, схема заработала. Заработала именно в том виде, в котором я её проектировал. И даже время открытия ключа уложилось в ожидаемые 0,5 мкс. Дело было именно в просадке питания. Просадка из-за достаточно длинного и не сильно толстого провода. Подключение коротким проводом кардинально изменило картину. Осцилограмма "как в учебниках" - маленькие завалы, немножко звона, но всё в рамках приличия. С одним ключом наблюдается постепенный не очень сильный нагрев при максимальной мощности. При подключении всех 3 ключей после работы на полной мощности в течении 5 минут пальцами нагрев ощущался как "чуть тёплые". Это без установки радиатора. Ток при этом 11А. Это коечно не 500 Ватт, и не те 74*3A, которые виделись при симуляции в протеусе и до того как Herz указал на сноску в даташите (я правда так и не понял зачем так делать в даташите). Но это уже то, что я могу использовать.
Еще раз спасибо всем.

открываю с утра почту а там рассылка от AVAGO
link

Если честно, то я повелся на написанное, а суть упустил.
Без сомнения, рекомендованный мною ключ BTS555 отличная вещь, для коммутации заземленной нагрузки, но лучше применять ее для регулирования, к примеру, яркости ламп.
Для управления двигателем я бы рекомендовал более продвинутое решение. Из проверенных многократно LT1158. Она прям под вашу задачу сделана, требует пару внешних ключей, зато измеряет ток и выводит вердикт по нагрузке наружу.
Успехов!