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.

Что немного смущает:
1. Нет DeadTime
Официальное приглашение в тему
2. Медленное рассасывание заряда на верхних ключах.
3. Опторазвязка нужна, если у Вас чисто исполнительный модуль, чтобы не пугать дорогую управляющую электронику. Если же на борту будет локальный дешевый контроллер, то это дешевле выйдет.

1. Спасибо за приглашение!!! Посмотрю)
2. Гм. А что делать?
3. Будет локальный дешевый МК, наверно ATmega168. Хотя оптроны CNY74-4H (4 канала) не так дороги. Это для развязки управления. Для развзязки канала измерения тока, конечно может быть и без оптронов дешевле.

Сложный вопрос. Здесь пуш-пулом не отделаешься. У меня пока с идеями глухо.

А чем грозит невыполнение пунктов 1 и 2?
Дело в том, что частично эта схема работает, без ОУ. ОУ только в симуляторе.

На фронтах будет наблюдаться кз источника при смене полярности напряжения, прилагаемого к двигателю .
Реально "нерассосавшийся" ключ может проводить ток.

Не об этих пика идет речь?
Нижний график - ток через шунт.
Предпоследний - соответственно напряжение на шунте и на выходе ОУ.
На самом верхнем показано включение двух ключей.

Скажу, не вникая в суть, похоже.

Сложненький мост получается.
А чем Вам бутстрепные с IR2104 и NMOS не нравятся ?

Разряд ускоряется вот так:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
А IR2104 - действительно хорошая вещь. И нижние транзисторы можно ставить нормальные, а не Logic Level. Шунтовый резистор будет меньше мешать их переключению.
Питать IR2104 - от 15 В кренки, потребление будет ок. 10 мА. Только должны быть в ШИМ паузы хоть 2 мкс(активный ноль, т. е. нижний транзистор открыт), чтобы заряжалась бустрепная емкость. И еще у IR2104 есть инв. вход выключения - SD.

2haker_fox: вот Вы говорили про 4кГц ШИМ. Если не секрет, какие у Вас двигатели используются? А то я не так давно граблей наелся, пришлось до 50кГц повышать. У меня были ДПР-цифры не помню, но 27вольт, 0,5 ампер номинальн ток.

Двигатель ДПМ-35Н2-02. Стоит в промышенном манипуляторе. Пуск. ток 2.5А, ном. 0.6А. Но я использую плавный разгон, следовательно пусковой ток не очень большой. Частоту ШИМа подбирал из рекомендаций на этом форуме, только не помню уже в какой ветке: примерно от 980 до 15000Гц. Вроде помню, чем выше, тем лучше.
Взял 4 КГц . На большей частоте греются верхние полевики - следствие отсутствия драйвера и создание оного на биполярных транзисторах.
Двигатель отлично работает как с нагрузкой, так и без нее.
P.S. Также работает ПИ регулятор на скорость, проблем практически нет.


Спасибо!



На счет IR2104 подумаю!


Вы правы, сложный мост выходит. И наверно не очень надежный. Я ведь хочу сделать более менее универсальный контроллер двигателя. Чтобы его можно было и в другие разработки вставлять. Посмотрю на IR2104, подумаю.

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).

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

Спасибо! Стараюсь

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

Да.


Делать можно как угодно. Но я делал бы только аппаратно.

- 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?

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)

Доброго времени суток!
Отсутствие четких мыслей и небольшой завал на работе мешали продолжать тему, но не мешали использовать мозг и micro-cap. До макетки дело тоже пока не дошло.
Я поставил рассасыватели, как нарисовал Burner. Просимулировал получившуюся схему с учетом dead-time, который формировал простыми сдвигами по фазе импульсов, подаваемых на входы IN_1, IN_2 & ENBL. Все работает замечательно. КЗ нет. Других артефактов не замечено.
И вот что я думаю: может быть отказаться от элементов "2ИЛИ-НЕ" в этой схеме, не думать по поводу аппаратной реализации dead-time и не ставить оптроны на развязку силовой части от МК? А реализовать функции управления мостом программно, т.е. тот же dead-time, защиту от включения обоих транзисторов по одну сторону моста и тп. Такой подход значительно упрощает жизнь с аппаратной стороны и не значительно усложняет ее с программной. При аккуратном программировании ну просто не может наступить критической ситуации. А в случае аппаратного сбоя МК или редчайшего (трудноуловимого) бага программы, даже имея аппаратную защиту, можно поиметь проблемы.
Собственно вопрос, не к бредовому ли выводу я пришел?
Высока ли вероятность отказа такого моста?
Конечно я подтяну к соответствующим уровням базы и завторы транзисторов, на случай, если линии управления МК окажутся настроенными на вход, например при старте.
Еще раз хочу обосновать отказ от IR2104: времени в обрез, а мост, схема которого приведена выше, работает. Реально испытан. Его нужно только несколько усовершенствовать.
Заранее спасибо за все ответы, критику и тп!
P.S. Буду использовать ATmega168.

Если делать программно deadtime и защиту от одновременного включения транзисторов, то это не очень надежно, ИМХО. Может помеха по питанию прилететь, от моста навестись по воздуху.

Но что сбойнет в этом случае? Программа? Вряд-ли. Железо МК? Да, это более вероятно. Но тогда мне непонятно, а каким образом в этом случае сможет устоять та же защита на 74hc02? Просто я нахожусь на гране выбора оптимальной схемы моста и его обвзяки.

Тут весь фокус в том, что мы не знаем всех багов того, что натворили, и не знаем, что может выползти через, скажем, полгода. А покупая драйвер с аппаратными защитами, мы знаем, как он работает и можем на него рассчитывать. И в случае косяка защита выгребет.

Хорошо. А, используя IR2104, можно поставить N-канальные транзисторы, но Logic Level? Дело в том, что у меня тут лежит 20 штук IRLZ24N. Всего мне нужно три управляемых моста. Т.о. нужно 12 транзисторов. Как я понимаю - можно!

Один из принципов оптимального проектирования - не пытаться делать на "россыпи" то, что давно уже выпускается в виде готового чипа или модуля , особенно на малых сериях. Посмотрите в сторону готовых модулей IR. Цены весьма доступные. https://ec.irf.com/v6/en/US/adirect/ir?cmd=...;N=0+4294841618

Покупка готового модуля уже исключается:
1. Нет денег.
2. Хочется самому реализовать, дабы расти профессионально. Здесь конечно уместен разумный компромис: не слишком спускаться вниз, и не слишком забираться наверх. Т.е. выбрать золотую середнику - и не копаться в мелочах и не брать полностью готовое.

Отчего же можно, когда нельзя ? Из-за того, что UVLO слишком высоко, да и Vcc=15В, да еще добавим импульсный шум в работе, при коммутации у Вас затворы могут попробиваться. Туда только стандартные пойдут.

Печально( Окончательно я запутался с этим мостом...
Павел (я не ошибься с именем?), как я уже давно понял, Вы специалист в области электропривода. Мне бы очень хотелось услышать Ваше мнение по поводу моего поста №20, если Вы не возражаете.
Спасибо!

Сорри, что с опозданием - вчера это у нас было 03:36, глубокий сон сразил.
1. Имя настоящее
2. Чуть не пригласил Вас повторно в тему про дед-тайм (см первые посты)
3. Если Вы все-же настаиваете на m168, то имхо надо уделить внимание тактовому генератору как источнику потенциальных сбоев - использовать внешний генератор. А кварц в данном случае может сослужить плохую службу.
В остальном граблей пока не видно - вроде все обсудили уже.
У меня в подобных вещах при отказе МК (напр. Tiny15L+IRL510) - горели нижние токоизмерительные резисторы, после чего разобраться, кто виновник торжества, не представлялось возможным - ведь в любом случае затвор оказывался пробит.

Большое спасибо за ответ!!!

Нет, нет, ничего страшного! Я понимаю, что пояса у нас разные))) а хорошо поспать это так приятно, по себе знаю))))

) Ничего страшного. Я ее просматриваю иногда, т.к. она живет и пополняется) Только я в своем случае хочу перенести максимум железной реализации на программу.

Вот даже как... Никогда не думал, что кварц - это так ненадежно(((

Да, это верно. В теории относительно не сложно. Но вот сбой может порушить все теории) Нужно мне еще думать в этом направлении.

Я для подобного случая взял блок питания MeanWell, у него есть защита от перегрузок. Но не знаю, успеет ли она сработать до того, как выгорит токоизмерительный резистор или транзисторы.

А можно узнать причину пробивания затвора? Закорачивание моста? Есть ли опторазвязка портов МК и силовых ключей?

Насчет пробивания затвора - поясняю, что непонятно было, пробился ли транзюк от перенапряжения из-за кривой разводки, либо что-то случилось по затвору, либо завис МК и транзистор сгорел по току. Результат - выгорает токовый резистор, и весь затвор включен на -36 вольт относительно истока.

Еще что хочу сказать: заметил, что у L298 мостовые выходы можно параллелить, так что до 5А можно снять. Очень полезная вещь! А мы тут транзисторами балуемся...

Понятно. Спасибо за детальное разъяснение!

Гм! А вот за это уже
Но посмотрев на внутреннию структуру L298 мне кажется, что можно параллелить выходы не только в пределах одного корпуса, но более. Например, поставив 2 корпуса, можно запараллилить 4 моста, и получить 10 А. Т.е. про запас в моем случае. Надеюсь, что не ошибаюсь в этом.

Параллелить можно, но.
Внутри корпуса характеристики более одинаковые, чем в разных корпусах. Это надо иметь ввиду.

Да, конечно. Но наверно для моих целей это не столь критично. Особенно если посадить эти корпуса на один теплоотвод и не допускать критических нагрузок.

Греются 298 сильно, больше чем на половину в длительном режиме рассчитывать не стоит,
зато дешево и сердито.
А по IR2104 есть интересный вариант (IRовский DT 92-4) внешняя накачка бустрепной
емкости 555 таймером, позволяет использовать драйверы IR21хх в статическом режиме.
Пробовал на макете н-мост на IR2104 в таком варианте, был приятно удивлен, запустился
без капризов, лишних шипов не вылезло.

5А можно получить только, если включать нагрузку на время не более 10 мс. Если включить ее статически, то - не более 4 А. Но для ШИМ применения самое то))
А также, учитывая, что номинальная частота коммутации 25 КГц, эта микросхема выглядит очень даже заманчиво.

Вообще-то на L293 вешается конец на комплементарных биполярах и тогда 10 А- не предел

Сегодня провели испытания "на скорую" руку: запараллели мосты в пределах одной микросхемы и попробывали погонять двигатель. Верее двигателя два, но запаралеленных (такова оригинальная конструкция манипулятора). Работает отлично. Правда управляющие входы L298 дергали от руки, через джампера. Некогда МК было ставить, ПО готовить. Хотелось как можно скорее проверить драйвер в действии.
Теперь немного более подробно о технической части.
Двигатель ДПМ-35-Н2-02. Пуск. ток 2.5 А, ном. ток 0.6 А. Соответсвенно нетрудно прикинуть что будет при двух запаралеленных движках.
L298 подключена строго по даташиту. Были испытаны все режими двигателя (реверс, экстренное торможение, полное выключение) при разгруженном вале (передвигал только руку манипулятора) и при нагруженном. Примерно 2.5 кг на горизонтальную руку (движение по горизонтали). Трудно прикинуть какая нагрузка приходилась на вал. Микросхема не грелась. В конце испытания двигатель включался и выключлся под нагрузкой с частотой 3 - 5 Гц (подергиванием джампера). Все прошло отлично. Теперь есть уверенность с подключением к МК и полном испытании (ШИМ и тп).
Конечно техническая часть не блещет наукой, но все режимы L298 по даташиту были соблюдены: быстродействующие диоды, макс. и пиковая нагрузка и тд.
Павел (_Pasha) огромный Вам и просто человеческое спасибо за наводку!!!

maximiz, "Вообще-то на L293 вешается конец на комплементарных биполярах и тогда 10 А- не предел" - это об L298? Как это делается? Тупо двухтактными повторителями, что ли?

Уф! Провели буквально сейчас более полную проверку, о которой вчера писал. Все прошло отлично. L298 была без радиатора и грелась, но незначительно. Частота ШИМ'а 4 КГц. Двигатель запускался без плавного разгона на разных скоростях, т.е. пусковой ток ничем не огранивался. Затем экстренно останавливался (накоротко замыкались его выводы).
Павел, еще Вам один огромный респект!!!

Приходилось починять немецкую типографскую гильотину. Там серва двигает стопку для обрезки по программируемому размеру.

DC двигатель размером с автомобильный стеклоочистительный крутился L293 c комплементом BD249, BD250. Не срисовал, но где-то попадалось такое в аппнотах


Не двухтактными повторителями, каждый драйвер дёргает за свою базу, чтобы можно было мотор вывесить

Дык Вам тоже респектище!
Я ведь только присматривался к L298, работа пойдет на той неделе. А Вы сделали кучу экспериментальных проверок.

Рад помочь! Надеюсь, что проработав на лабораторном столе, она (L298) не загнется в реальной работе.