Nietypowy uszkodzony sterownik silnika krokowego

[BlackJack]

Witam. mam do naprawania sterownik silnika krokowego z starej maszyny.

Na pewno uszkodzony jest tranzystor MOSFET.Natomiast nie wiem, do czego slużą obwody zbudowane na LM324 ? jeden to pewnie generator, a dwa pozostałe co mogą robić ?

Zaznaczyłem te bloki na czerwono na schemacie.

[marek1707]

Bardzo proszę:

Wzmacniacz w lewym kółku to generator. Na wyjściu wzmacniacza masz prostokąt, ale na kondensatorze masz quasi-trójkąt.

Wzmacniacz z prawej to układ który porównuje napięcie zadawane potencjometrem z napięciem otrzymanym z rezystora (0R68/3W) mierzącego prąd pobierany przez aktualnie włączone uzwojenie silnika. Uśredniona (bo to jest integrator - dzięki 2u2) różnica jest podawana na komparator (środkowy wzmacniacz) porównujący "trójkąt" z generatora z sygnałem błędu. Na wyjściu komparatora masz już PWM o wypełnieniu takim, by prąd w uzwojeniu silnika był w miarę stały.

Cały układ jest pociesznie prymitywny, ale w projektach robionych przez małe prywatne firmy elektronicy mają ciężkie życie. Każdy grosz się liczy więc wszystko robimy na LM324, rozumiem to.

[BlackJack]

Dzięki. Teraz mogę już próbować coś naprawić.

Jak mniemam potencjometrem 47K, można regulować, punkt pracy tego PWMa, a tym samym średni prąd uzwojenia silnika.

Układ faktycznie projektowany prosto do bólu, brak stabilizatora, kierunek obrotów silnika na zworkach, analogowy PWM. W sumie 3 tanie układy scalone.

PS. Ta maszyna jest fabryczna, a schemat jest z DTRki.

Marku, chciałbym sobie na oscyloskopie pooglądać przebiegi w tym układzie, o ile do tego generatora trójkąta wiem jak się podłączyć, to jak zobaczyć przebieg np. na R68, aby nie ubić oscyloskopu ?

Do dyspozycji mam zasadniczo dwa oscyloskopy jeden stary PRLowi ST-315II-A, oraz nowy Rogil S1052E.

Gdzieś kiedyś obiło mi sie o uszy że oscyloskop, najlepiej traktować jako woltomierz i tak go włączać w obwód mierzony, ale nie wiem ile w tym prawdy ?

Co prawda w szkole miałem styk, z oscyloskopami, ale to było 6-7 lat temu, i już nic z tego nie pamiętam, a notatek z schematami pomiarowymi już nie mam .

[marek1707]

Tak, typowy oscyloskop ma masę wejściową podłączoną do bolca we wtyczce a więc i do obudowy i pewnie do masy zasilania Twojej maszyny. Podłączając masę oscyloskopu do linii zasilania maszynki załatwisz nie oscyloskop tylko zasilacz urządzenia.

Niektóre oscyloskopy mają wejścia izolowane od swojego zasilania (i od siebie) i jest to bardzo wygodne, ale nie mając takiego możesz zrobić kilka rzeczy:

1. Typowo bierzesz dwie sondy. Masę każdej podłączasz jak normalnie - do masy badanego układu, jedną sondę na jeden koniec opornika w linii zasilania a drugą na drugi jego koniec i każesz sobie wyświetlać różnicę obu kanałów. Taką funkcję miały nawet oscyloskopy analogowe (czasem trzeba było zrobić ADD i INVERT_CHANNEL) więc każdy cyfrowy umie to na pewno.

2. Możesz podłączyć sieciowe zasilanie oscyloskopu przez transformator separujący i wtedy masę sondy podłączasz do jednego końca opornika a wejście do drugiego końca. Wadą jest to, że masa oscyloskopu już siedzi na plusie i nie możesz wykorzystać innych kanałów bo nie możesz podłączyć ich mas do masy układu - przecież masy są wspólne dla wszystkich kanałów.

3. Zrobić sobie na szybko sondę różnicową dającą sygnał względem masy z dwóch sygnałów różnicowych będących na wysokim napięciu wspólnym.

4. Użyć sondy prądowej i przepleść przez nią np. nóżkę opornika.

5. Obejrzeć przebieg na jednym końcu opornika (normalnie, względem masy, sprzężenie AC żeby pozbyć się dużej składowej stałej) - na tym wejściowym a potem na drugim końcu. Na tym pierwszym nie powinno być istotnych zmian prądu, no może oprócz tych związanych z wahaniami napięcia za prostownikiem (100Hz) ale to raczej odróżnisz. Po drugiej stronie impulsy napięcia (w dół) wynikające z szatkowania chopperem prądu uzwojeń powinny być wyraźniejsze. Nie jest metoda pomiarowa, ale raczej na ocenę jakościową.

Nie bardzo też wiem po co chcesz to dokładnie oglądać. Popatrz na napięcie na bramce, obejrzyj napięcie za MOSFETem i będziesz wiedział czy ten blok pracuje. Zawsze zamiast całego tego złącza silnikowego możesz dać za tym PMOSem w plusie zasilania zwykły opornik do masy taki, by jakoś oddawał rezystancję jednego uzwojenia silnika i wtedy sprawdzić czy działa regulacja wypełnienia potencjometrem.

[BlackJack]

Nie bardzo też wiem po co chcesz to dokładnie oglądać.

Chciałem sobie poćwiczyć używanie oscyloskopu. a przy okazji zobaczyć jak wygląda to i owo w takim układzie.

Sam układ pewnie da się naprawić i bez oscyloskopu jak mniemam.

[marek1707]

Pewnie się da, choć bez oscyloskopu nawet bym do tego nie pochodził, szkoda czasu.

Miałem na myśli to, że są inne, ważniejsze węzły które trzeba w tym układzie obejrzeć i zweryfikować a prąd w oporniku jest akurat mało interesujący na etapie pierwszych poszukiwań usterki. Oczywiście cel edukacyjny popieram w całej rozciągłości

Mam nadzieję, że któryś z podanych sposobów wykorzystasz albo.. znajdziesz jeszcze jakiś inny

Napisz co padło, gdy już się z tym uporasz.

[BlackJack]

Dzisiaj przyniosłem uklad do domu i po pierwszym podejściu mam tak.

1. generator na inwerterach 4069 jest dentka musze wymienić scalak na nowy.

2. Generator na LM324 działa, co potwierdził mierik jak i oscyloskop, ale nie wiem czemu na bramce tranzystora MOSFET-P mam stałe napięcie. Ale może jest to mój błąd, bo nie obciążyłem niczym wyjścia układu, ale to dla tego że pierwszy generator jest dead.

Z innych informacji, najpierw kolega z pracy próbował to naprawić, zadziałało, ale grzał się mu mocno ten MOSFET-P, a potem powiedział ni z tego ni z owego umarło całkowicie.

Schemat też nie jest z DTRKi do końca kompletny, ale to tylko dodatkowy obwód wyzwalani generatora na 4069, który pewnie sam bez trudu opanuję.

Tu mój oscylogram.

Nie wiem czy dobrze wszystko rozumiem, ale chyba na bramce tego MOSFETA powinien być przebieg, prawie prostokątny, o wypełnieniu zależnym od napięcia podawanego na komparator ?

Choć mniemam tak po cichu że jest to wina braku obciążenia wyjścia, przez opornik pomiarowy R68 nie płynie żaden prąd pomijając tam jakiś niewielki prąd, płynący przez dzielnik z oporników 30 i 11K. I po prostu układ sterownia nie ma czym sterować, dla tego na bramce MOSFETA jest na stale napiecie ?

Ogólnie mój plan na jutro jest taki:

Ożywić generator na 4069, pewnie wstawię tam 40106.

Obciążyć wyjście choćby jedno, diodą LED z opornikiem 1K, i zobaczyć co się dzieje.

[marek1707]

Obwód komutacji uzwojeń z generatorem na 4069, licznikiem i 4 MOSFETami to jedno a układ stabilizacji prądu to drugie. Możesz te rzeczy uruchamiać zupełnie niezależnie.

Pierwszy jest prosty, bo wystarczy uruchomić generator i wiadomo co powinno być dalej. Jeżeli przebiegi na bramkach 4 MOSFETów będą przypominały prawidłową komutację uzwojeń silnika to już OK. Dzięki diodom masz sterowanie "mikrokrokowe" 1/2. Zamiast silnika możesz w dreny tranzystorów zapodać oporniki np. po 100Ω podłączone z drugiej strony wprost do plusa zasilania (np. do kondensatora filtra 3300uF).

Drugi obwód także możesz sprawdzać osobno. Zamiast silnika podłącz opornik od drenu PMOSa do masy. LED z oporniczkiem może być - od biedy, ale ja bym tam dał poważniejsze obciążenie, np. kilkadziesiąt omów - niech się tranzystor postara. Jeżeli wcześniej trochę podziałało i przestało, to pewnie coś z temperaturą. Jeżeli PMOS jest spalony to może mieć dowolne uszkodzenie, np. stopioną strukturę i zwarcie wszystkich elektrod ze sobą. Wtedy stałe napięcie na bramce jakoś by się tłumaczyło. Nie napisałeś jakie to napięcie - na wyjściu komparatora może być stały potencjał, ale musi to być albo prawie zero albo prawie zasilanie LM324. Zawsze możesz odpiąć wyjście komparatora od bramki i sprawdzić działanie modulatora PWM "na sucho". Mając oscyloskop sprawdź w jakich granicach napięcia zmienia się trójkąt na kondensatorze i czy pojawia się jakiś prostokąt na wyjściu komparatora, gdy napięcie na jego drugim wejściu wchodzi w obszar napięć trójkąta. Jeżeli to zadziała, zmierz czy wylutowany PMOS jakoś rokuje (dioda między drenem a źródłem, ∞ między bramką a czymkolwiek innym) i wstaw go na miejsce, opornik z drenu do masy i sprawdź, czy szatkuje plus zasilania. Samo sterowanie bramki PMOSa wprost z LM234 jest tak prymitywne, że tranzystor może się grzać nawet przy małych prądach. Co tam jest za silnik? Duży jakiś? Rezystancja uzwojeń? Na jakie napięcie? Wiesz coś o nim?

BTW: Mam nadzieję, że nie podłączyłeś obu sond jak na rysunku?

BTW2: No i wiesz, to nie jest robot, jedziemy po krawędzi..

EDIT: OK, na oscylogramie widzę ok. 7V. Jeżeli zasilanie LM324 ma ok 9V to to jest do przyjęcia. Jeżeli więcej, 7V na wyjściu komparatora to stanowczo za mało.

[BlackJack]

Może od konca.

Nie sądy nie podłączyłem jak na rysunku, zresztą muszę go wywalić żeby się kto tym nie zasugerował. Jedną sondę podłączyłem, na kondensator, w generatorze drugą na bramkę tranzystora.

O silniku niestety nic nie wiem, choć jutru spróbuję coś poszukać w DTRce. Ale na pewno nie jest to mocny silnik, bo zasilany jest z komputerowego złącza DB9 a przewody maja tak 0,25mm². Napięcia tak:

na bramce PMosa 8,35V

zasilanie LM324 13,23V końcówki 4 i11.

Zasilanie to trafo trioda 50VA 220/9V plus mostek chyba 10A.

W domu mam silnik krokowy unipolarny, ale to taka kobyłka 4,1V/2,3A/1,8Ω na uzwojenie.

Ogólnie cały ten sterownik to jakaś chałupnicza robota, masa drutków, zworek, koszmar.

[marek1707]

To tak jak napisałem, zacząłbym od wylutowania PMOSa i uruchomienia całej modulacji PWM bez obciążenia, ew. z opornikiem ze 47R/2W włączonym za tym pomiarowym do masy, żeby dawał jakiś spadek napięcia na 0R68 i symulował prąd silnika. Potem dostawiasz (dobry) tranzystor a opornik obciążający przenosisz na dren tranzystora.

Jak widzę "urządzenia" zrobione w ten sposób to coś mnie odrzuca. Czasem chyba prościej zrobić coś od nowa, niż rzeźbić w takim g...

[BlackJack]

Jak widzę "urządzenia" zrobione w ten sposób to coś mnie odrzuca. Czasem chyba prościej zrobić coś od nowa, niż rzeźbić w takim g...

Ech niestety sporo rzeczy tak wygląda, nie jest to moje, właściwie kolega wzioł to do naprawy bo myślał że wymieni MOSFETa i po sprawie, atu kuku, a że wie że mam oscyloskop to te kukułcze jako mi podrzucił.

Sprzęt jest z 97 roku. Szydełkarka Pasmanteryjna ?

Natomiast jedno już, wiem, nie można pozostawić niewykorzystanej sondy w powietrzu, bo kończy się to komunikatem Bandwidth limits is on.

[BlackJack]

Tak dokonałem dziś pomiarów wg. rady kolegi, przy czym nie miałem opornika 47Ω więc połączyłem dwa oporniki 4,7Ω szeregowo, wybudowałem też MOSFETA.

Otrzymalem taki oscylogram.

Jak na mój rozum nie wygląda to za dobrze.

Jeżeli dobrze rozumiem działanie układu sterowania mocą/prądem, na LM324 to powinienem uzyskać przebieg podobny do tego z mojego rysunku.

Tymczasem w układzie sygnał z wyjścia 7 LM324 nie dość że nie przypomina tego to jest rozjechany w czasie i to pona 8 krotnie?

Jako uzupełnienie oscylogramy z parametrami obu sygnałów.

[marek1707]

BlackJack, nie musisz mi podawać tych tabelek. Tak szczegółowe pomiary są ważne gdy coś stroisz albo zależy Ci konkretnie na którymś parametrze. Wszystko co ważne możesz odczytać z samych przebiegów, pomiary automatyczne to w tym przypadku kwiatek do kożucha.

Przede wszystkim zupełnie niepotrzebnie odciąłeś składowe stałe. Dlaczego sprzęgasz wejścia AC? Przecież w Twoim układzie musisz wiedzieć poziomy napięć a nie za wszelką cenę uzyskiwać jakiś obraz na oscyloskopie. Nie ma sensownego przebiegu w oczekiwanej skali? No to go nie ma. Popatrz: żółty kanał to wyjście komparatora. Tam powinno być albo 0V albo plus zasilania. Ile tam jest? Nie wiemy, bo odciąłeś składową stałą za to podkręciłeś wzmocnienie tylko po to, żeby coś zobaczyć. Na domiar złęgo interpretujesz to jeszcze jako jakiś podział częstotliwości. Czy te przebiegi są synchroniczne? Czy gdy wyzwolisz się od jednego to drugi stoi jak drut? Nie? To nie mają nic wspólnego. Komparator (jeżeli działa) prawdopodobnie stoi w górnym nasyceniu a to co tam widzisz przy amplitudzie 50mV nic nie znaczy. Prawdopodobnie oglądasz wahania zasilania samego LM324 (częstotliwość tej piły to 100Hz) i nie ma to nic wspólnego z prawidłowym działaniem. Tam masz mieć przebieg prostokątny - jak na obrazku który dodałeś - rozpięty między zasilaniem a masą. Nie kręć wzmocnieniami kanałów, ustaw sobie oba na 2V/dz (DC) i oglądaj. Nie ma prostokąta na wyjściu komparatora? To szukaj wcześniej, obejrzyj jego wejścia, popatrz czy zmienia się napięcie z potencjometru, czy zmienia się poziom napięcia na wyjściu wzmacniacza błędu gdy podłączasz opornik obciążenia (trochę mało to 10Ω ale za to prąd będzie duży i zmiany łatwiejsze do zauważenia) itd. Przecież układ jest prosty jak drut. Mierz tylko to co musisz i porównuj to co widzisz z tym czego się spodziewałeś, nie zaciemniaj sobie obrazu dwudziestoma liczbami z ekranu. One tu na nic.

[BlackJack]

Dziś już dam sobie spokój, jest za późno ale jutro spróbuje wedle twoich wskazówek. Problem w tym że nie bardzo mogę/chce ruszać ten potencjometr z dzielnika wzmacniacza U1C, ale chyba zrobię taki myk że dolutuję do równolegle drugi potencjometr, dzięki czemu będę miał wpływ na ten dzielnik, bez konieczności ruszania oryginalnego pot. kalibracyjnego.

Niestety o silniku, nie ma możliwości zdobycia informacji DTRka milczy na ten temat, właściwie schemat to tylko ukłon w stronę ewentualnej naprawy. Na samym silniku tez nie ma żadnej tabliczki czy naklejki z parametrami. Układ kolega podłączył do silnika, silnik się kręcił, ale nie miał ponoć mocy, zasprzęglenie go zatrzymywało.

[ Dodano: 26-01-2014, 13:50 ]

Tak po 3 godzinach walki udało mi się w końcu uzyskać taki obraz.

Co do samego układu. Na schemacie jest parę braków, także w obwodzie pomiaru prądu.

Mianowicie brakuje tam jednego kondensatora w obwodzie U1C o pojemności 2,2uF/50V.

Pomiary.

Tak chciałbym podziękować koledze Marek1707 za rady i cierpliwość.

Co do kwestii praktycznych. Nie dało się zrobić tych pomiarów, bez wlutowanego i obciążonego PMOSa, nie było po prostu możliwe ustabilizowanie układu, tzn. na chwilę po właczeniu zasilania pojawiał się przebieg prostokątny na wyjściu komparatora, ale potem ustalał się poziom VCC.

Układ regulacji jest bardzo czuły, między oporniki, obciążenia dołączyłem 2W potencjometr 5K, i dosłownie dotknięcie pokrętła, potrafiło wywalić z ekranu prostokąt z bramki PMOSa. gdybym miał taki 100Ω potencjometr może byłoby lepiej ? Układ też nie reaguje z taką samą szybkością na zmiany prądu, bardzo powoli reaguje na jego spadek, i bardzo szybko na jego wzrost.

Co było wymienione.

W części cyfrowej kostka 4069 na 40106, bo była uwalona.

W części prądowej, PMOS, LM324, oraz dwa elektrolity 2,2uF/16V, miały ponad 10 lat to wymieniłem prewencyjnie.

Cóż teraz muszę układ poskładać do kupy i wypróbować z silnikiem, ale to w poniedziałek.

Mam nadzieję że teraz ruszy bo więcej pomysłów na niego nie mam.

[BlackJack]

PS. Sterownik działa jak należy . Padnięty, znaczy głównym winowajcą problemów był LM324, ponieważ PMOS (stary) jak dostał przebicia, to na bramkę i prąd popłynął przez wyjście komparatora i je ubił.

Z drugiej strony ciekawi mnie, czy można by zabezpieczyć wyjście tego komparatora, dodając np. 100Ω opornik na bramkę PMOSa ?