Mosfet driver

[misha89]

Witam,
czy ktoś z Was wie jak dobrać wartości elementów (dioda, kondensator, rezystory) driverów IRS2004 lub IR2101? Będę używał tranzystorów IRFZ44.

[Xweldog]

Hey

Co takiego robisz na tym IC ?

Może być problem z podaniem wartości C gdyż ją trzeba dopasować do częstotliwości kluczowania, na 40kHz daję 220nF. Rezystory bramkowe Rg należy dawać stosownie do Ciss kluczowanego MOS-a. Przeważnie stosuję 0,6W bezindukcyjne, metalizowane 15Ω a ostatnio nabyłem do tego celu setkę SMD 1206 18Ω. Dioda powinna mieć jak najmniejsze trr, stosowałem np. SF5408 Vishay ale staram się stosować IR z nią zintergowane, np. w tej chwili kończę obróbkę płytki pod IR21531D a w poniedziałek układ ma działać.

[misha89]

Robię sterownik silnika 3-fazowego. Im większa częstotliwość kluczowania tym mniejszy kondensator daję?

[Xweldog]

Tak, powinno się dawać mniejsze. Na 3F są gotowce np. 2133.

Pytałem jaki gdyż na 2 takich kościach co raz ktoś próbuje robić mostek do silnika DC. Jeżeli 3F to temat nie bardzo prasuje do tego forum. Niech zadecydują moderatorzy.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[misha89]

Silnik 3-fazowy będzie w robocie więc wydaje mi się że temat pasuje 🙂Xweldog, znasz wzór żeby dokładnie wyznaczyć tą pojemność i Rg?

[Xweldog]

Te kości są dedykowane do dużych Uz a nie podałeś podstawowych info. Dopiero na pytanie w prost że do 3F. Nadal nie wiadomo jakie będzie to Uz ale do małych raczej nie opłaca się ich stosować, prościej dać 6 MOS-ów i sterować w prost ( prawie ) z procka.

Nie znam żadnych wzorów, podałem Ci wartości jakie wyszły z praktyki przy dużych U.

[Decado]

Xweldog chodzi o takie silniki np. http://www.cyber-fly.pl/produkt-176.html

misha89 mogłeś troszkę poszperać na necie za schematami na tych kościach, 2 minuty mi zajęło znalezienie tego http://img708.imageshack.us/img708/7033/motorsturing.png

__________

Komentarz dodany przez: Treker

[misha89]

Decado, sporo szukałem w internecie na ten temat. Schemat co podałeś już widziałem, nawet go zlutowałem. Tylko nie daje mi on odpowiedzi na pytanie jak wyznaczyć wartości elementów. Napięcie zasilania 12V - 15V

Właśnie znalazłem coś takiego:

http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-978.pdf

[Decado]

Tak pobieżnie analizując informacje zawarte w tym PDFie:

Dioda - ma nie dopuścić do przepływu prądu w jej kierunku zaporowym, nie są to jakieś powalające wartości więc dałbym diode na prąd w zakresie 1-3A, raczej skłaniał bym się tak jak na schemacie który podałem na 1N400x

Rezystory - ja bym tam dał od 10R - 100R i potem pobawił się ze zmienianiem ich wartości w podanym przedziale oglądając co się dzieje na oscyloskopie. Wiem nic odkrywczego nie powiedziałem, ale w tej sytuacji wydaje się to najlepszym rozwiązaniem.

Kondensator przy driverze, w pdfie pisało coś w granicach 470nF i więcej, może źle zrozumiałem ale jeśli będzie większa wartość tym lepiej, ale wiadomo to też zależy tak jak pisał Xweldog, od częstotliwości kluczowania.

Kondensator za tranzystorami, wygląda jak zwykły tranzystor filtrujący, 100uF i znowu oglądać co się dzieje na oscyloskopie 🙂

Nie wiem jak odpowiedzieć na zadane przez ciebie pytanie, natomiast ja bym tą drogą szedł w takim przypadku 🙂

I przepraszam za hmmm pretensjonalny ton mojej ostatniej wypowiedzi 🙂.

[Xweldog]

I wątpię czy znajdziesz, siedzę w mostkach ( dużych mocy ) od lat i też nigdy nie znalazłem takich info. O ile sam schemat IR jest prosty, to problem w doborze elementów. Wartości najszybciej można ustalić odczytując z fabrycznych wyrobów ( ze zdobyciem schematów to... szerokiej drogi ) lub analizując kupę DS. W niektórych przy parametrach MOS-ów tf / tr są info, w jakich warunkach był robiony pomiar i czasem jest np. podana wartość Rg. Kieruję się tym że jak do MOS-a z Ciss np. 1nF zastosowali np. 4,7Ω to do 3nF należy go zwiększyć do min. 10Ω. Czy to wyda pokazuje praktyka. Mostek pochodził np. kilka godzin / dni i padł, trzeba go zwiększyć. Dasz za duże to MOS-om pogorszą się zbocza i padną od grzania się na nich.

Podobnie z C, trzeba wypośrodkować. Da się za mały w stosunku do częstotliwości kluczowania to będą się grzały "górne" MOS-y bo w "górnym" driverze zbyt szybko będzie zanikało Uz. Za duży to padnie dioda lub kość.

Opisuję jak podchodzę tematu mostków dużych mocy. W krokowcach 3F na małe Uz nie mam praktyki i nie wiele pomogę.

Używanie tych kości do Uz zaledwie 12-15V nie jest dobrym pomysłem ale zobaczę co Ci z tego wyjdzie.

PS. W międzyczasie pojawiła się odpowiedź Decado, odradzam diody 1N400x, daj jakieś szybsze.

[misha89]

Xweldog, dałeś mi do myślenia! 🙂 zaczynam się zastanawiać czy nie zrezygnować ze scalonych driverów... Hmm poeksperymentuję z driverami które mam, może coś wyjdzie.

[marek1707]

Sama wartość kondensatora przy diodzie nie ma wielkiego znaczenia i raczej nie ma związku z częstotliwością kluczowania. Tak jak napisali Koledzy powyżej, z jednej strony nie może zbyt zbliżyć się do pojemności wejściowej górnego tranzystora bo w chwili jego załączania dostajesz dzielnik ładunku z dwóch szeregowo połączonych kondensatorów. I dobrze, żeby wartością w tym dzielniku dominującą był jednak Twój kondensator a nie bramka MOSFETa. Wartość górna pojemności jest właściwie nieograniczona choć stosowanie za dużego i dobrego kondensatora będzie po prostu kosztowne. U mnie rewelacyjnie spisują się kondensatory w 1206 rzędu 15-47nF. Jednak z zasady działania tych driverów wynika, że musisz zwrócić uwagę na współczynnik wypełnienia sygnału wejściowego. Gdy dolny tranzystor jest załączony, zakłada się, że napięcie w punkcie wspólnym (a przynajmniej na źródle górnego tranzystora) spada praktycznie do zera. Tylko wtedy kondensator ma szansę doładowania się z zasilania Vcc przed diodę. W drugiej fazie cyklu górny driver "podłącza" wyjście HO do swojego zasilania (VB) co powoduje załączenie górnego tranzystora i "odjazd" napięcia w punkcie wspólnym do góry. To ciągnie za sobą napięcie bramki, bo dioda się zatyka a zmiana ładunku na kondensatorze w czasie przełączania tranzystora nie powinna być zbyt duża. Po przeładowaniu bramki odpływ ładunku z kondensatora już nie następuje i cały układ czeka na kolejne zbocze. To nie będzie działało dla wypełnień bliskich 100%.

Dioda musi mieć mały czas blokowania (trr) bo inaczej będzie "pochłaniać" ładunek z kondensatora, to samo z jej upływnościami. Dobra dioda Schottky'ego na napięcie co najmniej takie tak zasilanie górnego drenu (z jakimś zapasem oczywiście) będzie OK. 10MQ100 dla zasilań modelarskich będzie w sam raz, tylko postaw ją tam, gdzie nie będzie się grzała (np. od tranzystorów) bo pojadą prądy wsteczne.

Kondensator na zasilaniu jest tu tylko symbolem odsprzęgania linii zasilających i oczywiście nie jest wymagany do pracy ale biada temu, kto nie stosuje odsprzęgań. Policz sobie jakie prądy będziesz w impulsach ciągnął z szyn zasilających i jakie energie potrzebujesz przesłać w jednym cyklu a wyjdzie Ci zarówno ESR jak i pojemność. Do falownika 3F w silniczku modelarskim wystarczy pewnie jakieś 100-470uF ale o niskim ESR, najlepiej < 50miliomów. Plus oczywiście 100nF ceramiczny bo elektroilit skończy się przy kilku kHz.

Zauważ też, że w każdym cyklu pracy driver "podłącza" Ci do zasilania Vcc nie tylko bramkę dolnego tranzystora ale także kondensator przez diodę (na szczęście nie jednocześnie). Być może ładunku dużo na nim nie ubyło w poprzednim cyklu i nie będzie on kompletnie rozładowany ale w pierwszym może być kompletnie pusty. Dlatego dobrze odblokuj zasilanie Vcc. Ja czasem stosuję szeregowo z diodą rezystor 10R który zmniejsza impulsy prądu ładowania a nie pogarsza jeszcze znacząco sterowania górnej bramki (na nim odkłada się jej średni prąd).

Misha, spróbuj zrozumieć jak to działa. Wtedy nie potrzebujesz żadnych "info" ani przykładowych schematów tylko kilka wzorów z fizyki i dane katalogowe elementów które stosujesz.

A tak przy okazji: te drivery pracują od ok. 9V więc nie ma gwarancji, że podziałają do końca pojemności LiPola 3S. Czy planujesz regulator HV?

[Xweldog]

Wartość C nie tylko że zależy od f to nie jest nieograniczona. Wystarczy w dobrze działającym mostku zamienić zalecany 220nF na np. 47µF i pada w sekundę. Ale przy dużych U i sporych prądach.

W opisie Marka1707 który przy "braku ograniczeń" zaleca 15-47nF ( dlaczego ? ) czyli wartości niezbyt dalekie od 220nF jest inna istotna nieścisłość tycząca ładowania tego C. Dzielniki owszem, są, ale mają marginalne znaczenie. C nie ładuje driver tylko zwierające się złącze DS dolnego MOS-a, ten cykl jest prosty i przebiega bezproblemowo. Hece zaczynają się gdy on przestaje przewodzić. Przerywanie przepływu prądu w obciążeniu indukcyjnym powoduje wygenerowywanie przepięcia które w tym przypadku nieuchronnie pojawia się na minusowej okładzinie C i szuka gdzie się "przebić" by zamknąć obwód. To występuje zawsze w b.niekorzystnym momencie gdy ten koniec obciążenia "wisi w powietrzu" z powodu dead time. Tu może wyleźć bokiem zbyt duża wartość tego C. Ale, jak wspomniałem, sprawdziłem to przy dużych Uz. Przy małych układ powinien być elastyczniejszy a wartość tego C mniej krytyczna.

[marek1707]

Ech, słowa "nieograniczona" użyłem raczej w inżynierskim znaczeniu i nie wątpię, że ludzie trochę czujący elektronikę nie wstawią tam 47uF 😃 Chodziło mi raczej o pokazanie idei, że układ bazuje na zachowaniu stałego ładunku w naładowanym kondensatorze podczas przełączania, co skutkuje "darmowym" napięciem bramki wyższym niż dysponowalne napięcie zasilania.

Powodów niedziałania dobrze zaprojektowanego mostka po zmianie 220n -> 47uF szukałbym w indukcyjnościach własnych takiego wielkiego kondzioła, które po pierwsze uniemożliwią jego szybkie doładowywanie w każdym cyklu a po drugie utworzą z pojemnością bramki filtr LC uniemożliwiający szybki wzrost napięcia, opóźnienie załączania (i wyłączania) górnego tranzystora i w rezultacie wzrost mocy strat. Nie bez znaczenia jest też chwila "pierwszego włączenia". Jeżeli generator przetwornicy(?) ruszy zanim 47uF się w pełni naładuje przez diodę, potem być może już nigdy nie będzie miał tej szansy (np. duży współczynnik wypełnienia przy starcie bo ładujemy kondensatory wyjściowe) a napięcie na bramce będzie w kolejnych cyklach niewystaczające do pełnego załączenia górnego MOSFETa i.. dym. Ale to tylko takie dywagacje laika.

Zakres 15-47n nie jest moim zalecanym. Takie pojemności mam w szufladzie, są dostępne na wysokie napięcia w małych (1206 - to rzecz względna) obudowach a schodzenie poniżej 10nF uznałbym jednak za niebezpieczne. Jeżeli bramka dużego MOSFETa ma kilka nF to moim zdaniem zaczyna się robić nieciekawy dzielnik ładunku/napięcia. 220nF jest jak najbardziej na miejscu i użyłbym go z zamkniętymi oczami (no może bez przesady). Nie rozumiem tylko tego motywu z zależnością pojemności od częstotliwości przełączania. Skoro ładunek na kondensatorze w ramach jednego cyklu pracy mostka nie zmienia się to gdzie tu zależność? Acha, jeśli weźmiemy pod uwagę parametry rozproszone kondensatora (indukcyjności, ESR) to rzeczywiście większy będzie gorszy bo.. będzie większy (fizycznie) ale jeśli porównujemy np. 100n z 10u, oba ceramiczne o podobnych stratnościach, znikomo małych indukcyjnościach (np. SMD) i rezonansach własnych w okolicach np. 100MHz to co wtedy?

Xweldog - zwróciłeś uwagę na ciekawe zjawisko z tym przepięciem chociaż nie demonizowałbym jego wpływu. W zależności od kierunku prądu w obciążeniu wyłączenie dolnego tranzystora spowoduje skok napięcia albo w dół z 1..2V do -1V co w ogóle nie jest groźne albo w górę - i to jest niefajne. U mnie zwykle takie szpile są pochłaniane przez układy RC rozpięte na MOSFETach do gaszenia energii co większych przepięć więc jakoś do tej pory na te grabie nie wszedłem. Cóż, wszystko przede mną 😐

W każdym razie regulator niedużego silniczka BLDC to jednak mały pikuś w porównaniu do przetwornic zasilanych z wyprostowanej sieci. Z drugiej strony chętnie dowiedziałbym się, mischa, dlaczego planujesz stracić kilka miesięcy (na tyle to oceniam) swojego czasu na robienie rzeczy, która w sklepie internetowym kosztuje 40zł a w wersji full-wypas 100. No, dobra, w wersji z rewersem (samochodowy) może nawet i 200.. Silniczek który został tu w wątku wskazany jest wielkości naparstka. Prawie identyczny mam w moim Foxie (szybowiec przerobiony na RC, rozpiętość ok. 40cm, waga < 200g) i do jego sterowania wystarczył najmniejszy regulator 3F jaki miałem: MAG8 z prądem 5A. Układzik ma wymiary ok 2x3cm, 6 MOSFETów w SO8 sterowanych wprost ATmegi8. Ten silniczek nie potrzebuje więcej jak LiPola2S i taki (700mAh) lata w Foxie przez 20 minut. W takim zastosowaniu wspomniany driver IR (3 sztuki!) będzie robił raczej za armatę na wróbla..

[Xweldog]

To, czy wybrany C je wystrczający można sprawdzić oscyloskopem wpiętym równolegle do niego. Jak jest za mały do danej f to wyraźnie widać że kumulowane w nim Uz "górnego" drivera szybko ( za szybko ) maleje. Ale na takie "podglądanie" można sobie pozwolić na dobrze odizolowanym oscyloskopie lub przy małych Uz MOS-ów.

Z zakłóceniami sprawa jest b.złożona. Patrząc na schemat wydaje się że wsio jest OK bo są np. obwody RC które powinny je połykać. Ale tak dokładnie, nieuchronnie jakaś część zakłóceń zawsze przechodzi też przez "chronione" elemety. Przytoczyłem tu RC, załóżmy że do danego punktu jest wpięte np. 100nF + 100Ω i np. 220nF a w drugim przypadku zamiast 220nF 47µF. To gdzie te same zakłócenia teraz "chętniej" przejdą ?

Upierając się że musi zostać 47µF, trzeba by zwiększyć skuteczność odkłócania i w RC np. zwiększyć C. A tu są granice, nie można go zwiększać bezkarnie bo obwód odkłócający będzie pochłaniał za dużo tej energii która ma iść do obciążenia.