Jump to content

    
MPetrovich

Драйвер BLDC при большой скважности ШИМ.

Recommended Posts

При превышении определённого уровня скважности ШИМ мотор резко меняет режим вращения и на сигналах с фаз видно сильное зашумление. Контроль оборотов потенциометром, тем не менее, сохраняется, но и при уменьшении скважности до минимальной (10%) сигнал всё равно остаётся очень "грязным".

Проанализировав вышеописанную ситуацию, я предположил, что при увеличении скважности не хватает времени на зарядку конденсаторов подкачки в драйверах верхних ключей, т.к. они заряжается через нагрузку - обмотки. Возможно сопротивление обмоток таково, что оно на частоте ШИМ (10кГц) ощутимо увеличивает время зарядки конденсатора подкачки.

Исходя из этих соображений решил попробовать установить зарядовый насос для подкачки заряда в конденсатор, питающий драйвер верхнего ключа в период, когда верхний ключ открыт. Схема зарядового насоса (charge pump) была позаимствована мной из апнота фирмы IR. Прежде, чем реализовывать это схемное решение, хочу узнать мнения участников о схеме и о самом принципе. Вот схема:

 

POWER_STAGE.JPG

Share this post


Link to post
Share on other sites
On 7/6/2020 at 4:43 PM, MPetrovich said:

 

Проанализировав вышеописанную ситуацию, я предположил, что при увеличении скважности не хватает времени на зарядку конденсаторов подкачки в драйверах верхних ключей, т.к. они заряжается через нагрузку - обмотки. Возможно сопротивление обмоток таково, что оно на частоте ШИМ (10кГц) ощутимо увеличивает время зарядки конденсатора подкачки.

 

Нет, все НЕ так, как Вы полагаете.... Бустрепные конденсаторы C6,C12,C17 заряжаются через открытые нижние ключи фаз...(цепь заряда  для С5  - VBUS_D...D2...C5... сток Q2-истокQ2- общий провод). Вы зря поторопились "зарядовый насос" городить... -  питание верхних драйверов здесь, скорей всего - не причём.... Питание  драйверов легко проверить просто вольтметром, или осциллографом - там напряжение либо есть, либо нет, либо проседает ...- это видно всё, даже гадать не надо... (напряжение надо мерить непосредственно на С6,С12,С17, естественно).

Вам нужно сигналы на входах драйверов проверить в первую очередь - скорей всего там уже косяк... Если на входах норма, смотрите что на выходах драйверов... Издалека - трудно сказать - ищите где именно появляется "грязь"... Но питание драйверов - это сильно вряд-ли... - там емкости маленькие и им нужно очень короткое время для зарядки, и скважность тут не причём...

-----------

"Помпу" и все "навороты" к ней - отключите пока, она Вам не поможет....

-----------

Провода питания проверьте сигнальной и силовой части - сделайте отдельными проводами непосредственно от источника питания....

-----------

Вы откуда сигналы на входы драйверов снимаете? Процессор? Специальная микросхема? С них сигналы нормальные?

Edited by варп

Share this post


Link to post
Share on other sites
16 hours ago, варп said:

Бустрепные конденсаторы C6,C12,C17 заряжаются через открытые нижние ключи фаз...(

Нет, заряд конденсаторов C5 (С6 там нет), C12, C17 на каждом шаге происходит именно через обмотки двигателя. Сигналы управления сформированы таким образом, что на каждом шаге верхний ключ одной фазы управляется ШИМом, а нижний ключ другой фазы в течении всего шага постоянно открыт. На каждой фазе одновременно работает только ОДИН ключ - либо верхний, либо нижний.

SignalsFromCPU.JPG

Это сигналы на входах драйверов с выходов микроконтроллера.

Edited by MPetrovich
Исправил ошибку

Share this post


Link to post
Share on other sites
19 часов назад, MPetrovich сказал:

(charge pump) была позаимствована

Это не будет работать. Сделайте помпу от любой фазы, и с полученной вольтодобавки — три резистора на три VB, из расчёта 1 мА, а между каждым VB и VS — стабилитрон 12 В.

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 hours ago, MPetrovich said:

Нет, заряд конденсаторов C5 (С6 там нет), C12, C17 на каждом шаге происходит именно через обмотки двигателя. 

 

Повторяю - Вы не понимаете, как работает бустрепное питание... Если нижний ключ фазы однажды открылся, то в этот момент бустрепный конденсатор заряжается до напряжения VBUS_D...  После закрытия нижнего ключа напряжение на этом конденсаторе может сохраняться и питать драйвер от долей до нескольких секунд ( зависит от величины ёмкости ) . Избавьтесь быстрей от Ваших иллюзий и сделайте  то, что прошу - измерьте напряжение на бустрепных обычным вольтметром или осциллографом...

Осциллограммы Ваши вечером посмотрю, но уверен - вряд-ли Вы изобрели новый способ управления - он стар , как мир...

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 часа назад, MPetrovich сказал:

Нет, заряд конденсаторов C5 (С6 там нет), C12, C17 на каждом шаге происходит именно через обмотки двигателя.

Это с какого перепугу?? :shok:

На свою же схему гляньте и проследите путь тока зарядки. Увидите, что заряжаются они через открытые нижние ключи. О чём Вам уже сказали. Обмотки двигателя тут вообще не при чём.

2 часа назад, MPetrovich сказал:

а нижний ключ другой фазы в течении всего шага постоянно открыт.

Вот как раз в это время и происходит зарядка его конденсатора.  :unknw:

Share this post


Link to post
Share on other sites
50 minutes ago, варп said:

Повторяю - Вы не понимаете, как работает бустрепное питание...

Возможно некоторые тонкости я не постиг, но в целом схема с конденсатором подкачки настолько проста, что не понять по-моему сложно.

 

47 minutes ago, jcxz said:

На свою же схему гляньте и проследите путь тока зарядки.

Ок. Для примера возмём шаг, когда верхний ключ Q1 управляется ШИМом, а нижний ключ  Q6 открыт в течении всего шага. Ток при неактивном периоде ШИМ (т.е. когда закрыт ключ Q1) потечёт по цепи: V_BUS->D2->C5->PH_C->обмотка С-А->PH_А->Q6->GND. При активном периоде ШИМ (когда закрыт ключ Q1) конденсатор С5 своим правым (по схеме) контактом окажется подключен через открытый ключ Q1 к V_BUS, что и даст на ноге 8 драйвера U2 напряжение равное V_BUS+V_С5. Диод D2 при этом будет закрыт. Вот как то так.

Share this post


Link to post
Share on other sites
23 часа назад, MPetrovich сказал:

Проанализировав вышеописанную ситуацию, я предположил, что при увеличении скважности не хватает времени на зарядку конденсаторов подкачки в драйверах верхних ключей,

Это опять только предположение, или все-же посмотрели осциллографом?
 

1 час назад, варп сказал:

Избавьтесь быстрей от Ваших иллюзий и сделайте  то, что прошу - измерьте напряжение на бустрепных обычным вольтметром или осциллографом...

В прежнем топике я ТС уже два раза предлагал посмотреть осциллографом питания - но каждый раз все как-то повисало в воздухе...
 

3 часа назад, Plain сказал:

Это не будет работать. Сделайте помпу от любой фазы, и

ТС хочет применить режим без синхронного выпрямления, поэтому в каждый момент у него или ШИМится верхний ключ, а нижний закрыт, или верхний закрыт, а открыт нижний. Поэтому не ясно, хватает ли такой частоты и скважности переключения фаз для нормальной накачки питания верхних ключей. А все мои просьбы посмотреть питания осциллографом остаются без ответа. И продолжается гадание...

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 час назад, MPetrovich сказал:

Ок. Для примера возмём шаг, когда верхний ключ Q1 управляется ШИМом, а нижний ключ  Q6 открыт в течении всего шага. Ток при неактивном периоде ШИМ (т.е. когда закрыт ключ Q1) потечёт по цепи: V_BUS->D2->C5->PH_C->обмотка С-А->PH_А->Q6->GND.

Не потечёт он туда! Так как в точке PH_C напряжение будет мало отличаться от того значения, которое было при открытом Q1. Почему? Потому что у обмоток есть индуктивность. Что тако "индуктивность" - почитайте хотя-бы в Википедии.

Ток в это время будет течь по пути: VBUS_D - D4 - C17 - Q6 - GND заряжая C17.

Цитата

При активном периоде ШИМ (когда закрыт ключ Q1)

Не понимаю Вас... Чем отличаются "активный" и "неактивный" периоды, в вашей терминологии, если и там и там Q1 - закрыт? :wacko2:

Цитата

конденсатор С5 своим правым (по схеме) контактом окажется подключен через открытый ключ Q1 к V_BUS, что и даст на ноге 8 драйвера U2 напряжение равное V_BUS+V_С5. Диод D2 при этом будет закрыт. Вот как то так.

Здесь правильно.

А теперь думаем немного дальше: Если следовать вашей логике, и при закрытом Q1 на PH_C был-бы потенциал == GND (обмотки нет, есть к.з. на GND), то каким образом он (Q1) мог бы снова открыться при поступлении нового импульса управления? Ведь на PH_C будет оставаться GND (из-за к.з. вместо обмотки), а значит на C5 (и на затворе Q1) напряжение будет недостаточным для его полного открывания. :dash2:

1 час назад, MPetrovich сказал:

окажется подключен через открытый ключ Q1

Как он окажется открытым Q1 если следовать вашей логике и на PH_C будет изначально GND? Не находите? :biggrin:

 

PS: Всё дело в том что обмотки двигателя - это не к.з. на GND. Они имеют индуктивность.

1 час назад, MPetrovich сказал:

но в целом схема с конденсатором подкачки настолько проста, что не понять по-моему сложно.

...но Вы её при этом всё равно не поняли.  :biggrin:

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 hours ago, MPetrovich said:

....Ок. Для примера возмём шаг, когда верхний ключ Q1 управляется ШИМом, а нижний ключ  Q6 открыт в течении всего шага. Ток при неактивном периоде ШИМ (т.е. когда закрыт ключ Q1) потечёт по цепи: V_BUS->D2->C5->PH_C->обмотка С-А->PH_А->Q6->GND. При активном периоде ШИМ (когда закрыт ключ Q1) конденсатор С5 своим правым (по схеме) контактом окажется подключен через открытый ключ Q1 к V_BUS, что и даст на ноге 8 драйвера U2 напряжение равное V_BUS+V_С5. Диод D2 при этом будет закрыт. Вот как то так.

Гы... Смешно... MPetrovich, если будете продолжать тупить, и не слушать дядей, которые уже всё это проходили, то ещё пару месяцев трахаться будете... Вместо того, чтобы напряжение на драйвере померить, буквы пишите... Я Вас поздравляю... Вы не программист часом?

ris_6.png.10e1f96962fa2aae8d9d607fa67e5db8.png

------------

Когда с питанием разберётесь, вот это по изучайте, на всякий случай...

1006324362_07-07-2020_173251.thumb.jpg.34e96b236e28eb0055cd77a3424414d9.jpg

https://pdf1.alldatasheet.net/datasheet-pdf/view/12011/ONSEMI/MC33033.html

 

Edited by варп

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 час назад, Baser сказал:

В прежнем топике я ТС уже два раза предлагал посмотреть осциллографом питания - но каждый раз все как-то повисало в воздухе...

ТС похоже начинающий самоучка и электротехнике также как и в программировании. И начать надо с Теории цепей. :wink:

Цитата

ТС хочет применить режим без синхронного выпрямления, поэтому в каждый момент у него или ШИМится верхний ключ, а нижний закрыт, или верхний закрыт, а открыт нижний. Поэтому не ясно, хватает ли такой частоты и скважности переключения фаз для нормальной накачки питания верхних ключей. А все мои просьбы посмотреть питания осциллографом остаются без ответа. И продолжается гадание...

Это нормальный режим работы ШИМ-а при управлении BLDC. Когда ШИМится ключ одной из фаз, то никакого заряда его конденсатора вольтодобавки не происходит. Так как напряжение на фазе на время закрытия ключа практически не меняется. Из-за огромной индуктивности обмотки двигателя (огромной по отношению к частоте ШИМ). А заряжаются конденсаторы вольтодобавки других фаз, в которых в этот момент открыты нижние ключи.

5 минут назад, варп сказал:

Я Вас поздравляю... Вы не программист часом?

Совершенно точно - не программист. Так как там (по программированию) писал ещё смешнее. :biggrin:

Наверное гуманитарий. :wink:

Share this post


Link to post
Share on other sites
31 минуту назад, jcxz сказал:

Это нормальный режим работы ШИМ-а при управлении BLDC. Когда ШИМится ключ одной из фаз, то никакого заряда его конденсатора вольтодобавки не происходит. Так как напряжение на фазе на время закрытия ключа практически не меняется. Из-за огромной индуктивности обмотки двигателя (огромной по отношению к частоте ШИМ). А заряжаются конденсаторы вольтодобавки других фаз, в которых в этот момент открыты нижние ключи.

Мне-то это все понятно, непонятно только хватит ли энергии в бутстрепной емкости 0.47мкФ которая заряжается один раз за электр. оборот мотора и потом должна питать драйвер верхнего ключа на протяжении 1/3 электр. оборота.

Кстати, для MPetrovich
Вы в курсе про зависимость емкости керам.конденсаторов от напряжения? Т.н. Vbias?
Напр. обычный конд. SMD-0805-25V-0.47mkF-X7R при напряжении 12В имеет емкость на 40% ниже номинала (0.28мкФ).
У больших номиналов все еще хуже, может доходить до 20%
Это тоже нужно учитывать...

Share this post


Link to post
Share on other sites
50 minutes ago, Baser said:

Мне-то это все понятно, непонятно только хватит ли энергии в бутстрепной емкости 0.47мкФ которая заряжается один раз за электр. оборот мотора и потом должна питать драйвер верхнего ключа на протяжении 1/3 электр. оборота.
 

ТС же не любит напряжение измерять - он любит неправильно понимать и гадать ...:biggrin:  А гадать-то нужды совсем нет... - если очень надо проверить виной ли питание драйверов, то никто не мешает ВРЕМЕННО запитать драйверы от отдельных изолированных БП на 12 Вольт ( от старых модемов - ни разу не дефицит ...) , или от батареек, в конце концов... - и вопросы отпали бы сами собой..., но нет - ТС не ищет лёгких путей....

------------

Про энергию бустрепной ёмкости... - там обычно хватает и 0,1 мкф... Многие пытаются ставить туда десятки мкф., не понимая, что при подаче питания, напряжение на верхнем драйвере при этом появится с бооольшим опозданием, и это очень плохо....

Edited by варп

Share this post


Link to post
Share on other sites
4 hours ago, Baser said:

Это опять только предположение, или все-же посмотрели осциллографом?

Осциллограф пришлось отнести обратно на работу. Теперь есть только логический анализатор. А цифровым тестером там смотреть нет смысла - скорость отображения только для постоянного тока и годится.

2 hours ago, варп said:

ВРЕМЕННО запитать драйверы от отдельных изолированных БП на 12 Вольт

Этот вариант я тоже рассматривал в качестве эксперимента. Скорее всего с него и начну.

Share this post


Link to post
Share on other sites
3 часа назад, варп сказал:

Про энергию бустрепной ёмкости... - там обычно хватает и 0,1 мкф... Многие пытаются ставить туда десятки мкф., не понимая, что при подаче питания, напряжение на верхнем драйвере при этом появится с бооольшим опозданием, и это очень плохо....

Если такое имеет место быть, то это легко фиксится, достаточно перед стартом управления мотором на небольшое время замкнуть все нижние ключи. Хотя-бы на один период ШИМ.

Конечно так можно делать только если старт всегда производится с остановленного ротора (не возможен старт с изначально вращающимся ротором). Ну или в таком случае делать это очень кратковременно.

Если старт с вращающимся ротором возможен, можно не все нижние ключи сразу замыкать, а по-очереди.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.