Brak możliwości sterowania górnym tranzystorem MOSFET z użyciem drivera IR2101

[marek1707]

Oczywiście masz rację. To co napisałem pokazuje jak płatki śniadaniowe znanej firmy wpływają na mózg. Przecież wspominałeś o min. 8V, a mi w głowie utkwiło 5V i próbowałem rozwiązać nieistniejący problem. Ten driver poradzi sobie na pewno doskonale. Tranzystory dla prądu wyjściowego 5A nie będą ogromniaste więc i wydajność 500mA prądu bramki na pewno wystarczy. W literaturze można znaleźć uproszczone wzory liczenia mocy strat przy danej pojemności bramki, wydajności drivera, częstotliwości przełączania i prądzie obciążenia. Warro to przynajmniej oszacować, żeby się nie zdziwić no i żeby nie przeginać z częstotliwością. Pamiętaj, że akurat 2302 ma czas martwy ustawiony wewnętrznie na 0.5us. To może być sporo za dużo dla małych, szybkich tranzystorów np. w SO8 i sporo prądu będzie płynęło przez diody. Zjawisko potęguje się przy wyższych częstotliwościach PWM, bo coraz większy ułamek okresu stanowi czas martwy. Kanał MOSFETa jest o wiele lepszym przewodnikiem niż złącze diody, nawet Schottky i dlatego warto optymalizować ten czas np. w driverze, który ma go ustawiany np. kondensatorem czy opornikiem. A najlepiej generować dwa przebiegi PWM rozsunięte w czasie odpowiednim układem już w samym timerze (dead-band generator). Co lepsze timery mają takie coś wbudowane do środka i nie trzeba rzeźbić RC na sygnałach PWM. Nawet niektóre ATtiny przeznaczone dla silników to miały, oczywiście nie mówiąc o większych prockach.

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

EDIT: Ostatniego akapitu nie zrozumiałem.

[kertoiP]

Częstotliwość PWMa w moim przypadku nie będzie duża, dlatego ten czas wydaje się być wystarczający, pozostanie odpowiednie dobranie jej aby kondensator w bootstrapie nie zdążył się rozładować albo po prostu zwiększyć jego wartość.

Co do doboru diody Schottkiego równolegle do silnika nie bardzo wiem jak policzyć jej prąd.

Np. taka http://www.tme.eu/pl/Document/c944cbaf1565a40a8c432cbc15b83b60/sk52.pdf 5A/40V byłaby w stanie wytrzymać?

Niestety u mnie tylko ATtiny wchodzi w grę i jedno wyjście PWM będzie do dyspozycji.

Chodzi mi o zasilenie drivera prosto z zasilania bateryjnego a nie przez stabilizator do 5V. Wg moich obserwacji napięcie na baterii mocno spada w czasie pracy silnika i wydaje mi się, że potrzebny byłby kondensator do podtrzymania napięcia.

[marek1707]

Czas martwy nie ma nic wspólnego z częstotliwością tylko z typem użytych tranzystorów. Jeżeli są one małe i szybkie, to może być mniejszy. Czasem wystarczy nawet i 30-50ns bo szybkie tranzystory przełączają się w pełni w 25ns. Jeśli wstawisz wielkie i powolne kloce, musisz sygnały bramek rozsunąć bardziej, bo inaczej jeden wciąż jeszcze przewodzi a drugi już zaczyna i ogromna szpila prądu płynie wprost od plusa do masy. Dopiero teraz, gdy już masz określony czas martwy możesz zacząć zastanawiać się nad częstotliwością. Jeżeli zrobiłeś np. 0.5us a przełączasz 200kHz (5us) to aż 20% okresu (bo 2 razy w okresie) marnujesz na komutację. W tym czasie prąd obciążenia jest przejmowany przez diody i tym więcej będzie przez nie płynęło (w sensie wartości skutecznej) im więcej w okresie zajmuje komutacja. Jeżeli jest to np. 20kHz (50us) to już schodzisz do 2% czasu w okresie (2x0.5us) a to spokojnie przejmą diody wbudowane w tranzystory, bo tylko przez 2% czasu (w uproszczeniu) będą przewodzić te max. 5A.

Oczywiście, że driver powinien być zasilany wprost z akumulatora. Jeżeli jego napięcie bardzo spada podczas pełnego obciążenia, to może źle dobrałeś pakiet i jest po prostu za mały lub za słaby? Co to za akumulator? Kondensator i tak powinien być, bo akumulator jest zbyt wolny by pokrywać wydatki podczas impulsów PWM.

[kertoiP]

A jaki parametr decyduje o szybkości tranzystora? Na logikę wydaje mi się, że jest to wielkość ładunku bramki bo to od niego zależy jak szybko tranzystor się włączy lub wyłączy.

Akumulator jednak był za słaby (20C), po daniu mocniejszego (50C) spadek jest o wiele mniejszy. Zastanawia mnie jeszcze jedno, jaka jest różnica między kondensatorem ceramicznym, a tantalowym lub elektrolitycznym o tej samej pojemności i napięciu? Czy mógłbym użyć takiego samego ceramicznego zamiast tantalowego kondensatora jako filtracja zasilania? Zależy mi na tym ponieważ ceramiczne mają mniejsze wymiary.

[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

[marek1707]

O Szybkości samego tranzystora decyduje jego konstrukcja. Czasy włączania i wyłączania masz podane w danych katalogowych. A Ty pytasz chyba o to, co decyduje o czasie komutacji danego tranzystora już w układzie z danym driverem. Tak, w zasadzie pojemność bramki, wydajność drivera i.. napięcie drenu. Z tym, że model nie jest tak prosty jak kondensator ładowany przez opornik lub przez źródło prądowe. Pojemności MOSFETa jest kilka, może lepiej poczytaj (MOSFET switching itp) niż będę tu wypisywał mądrości. Generalnie po pierwszym szybkim wzroście napięcie bramki zatrzymuje się na " półce" i to ona musi być jak najkrótsza, bo wtedy tranzystor przechodzi przez obszar "analogowy" i się grzeje. Półka związana jest z pojemnością sprzężenia drenu z bramką (i tu masz wpływ napięcia drenu bo duże napięcie zwiększa ładunek który musisz wyssać) i to de facto ją musisz przeładować by "przepchnąć" tranzystor do stanu pełnego włączenia lub wyłączenia. Potem napięcie bramki rośnie aż do zasilania drivera, ale to już praktycznie nie ma znaczenia (choć zmniejsza Rdson).

To nie jest proste, ale jeśli potrzebujesz kilku sztywnych reguł dla początkującego:

- Nie wstawiasz tantali na liniach zasilania, szczególnie przy akumulatorach, wejściach od złącz itp.

- Elektrolity są wolne, kończą się na 20-100kHz więc nie tłumią żadnych szybszych sygnałów. Im "puszka" elektrolitu większa przy tej samej pojemności i technologii, tym lepiej, bo kondensator ma mniejszą rezystancję wewnętrzną (ESR) a to decyduje o kluczowej w systemach zasilania możliwości pochłaniania/dostarczania dużych impulsów prądu. Np. przy 12V lepiej jest użyć 220uF/50V niż 220V/16V. Jeszcze lepiej wstawić 220uF/25V ze specjalnie małym ESR, np. polimerowy - co najmniej o rząd wielkości (a czasem dwa!) mniejszy ESR, ale to kosztuje.

- Ceramiczne są szybkie, ale mają małe pojemności dlatego zwykle uzupełniają elektrolity. Z uwagi na ich "delikatność" i przepięcia pojawiające się na liniach zasilania - szczególnie tych wejściowych, przełączanych itp trzeba dawać duże zapasy napięcia. Przy aku 12V minimum to 50V, np. ceramiczny 2.2uF/50V równolegle do 100nF/50V. Mniejszych bym się bał.

Powyższe liczby to tylko przykłady. Wiele zależy od charakteru obciążenia, wielkości prądów, norm EMC które musisz spełnić lub choćby czułości układów które zasilasz. Czasem trzeba dostawiać indukcyjności (dławiki), specjalne szerokopasmowe filtry EMI, cewki skompensowane i/lub całe baterie kondensatorów by pokryć całe potrzebne pasmo. A do tego ochrona ESD: warystory, transile itd..

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

EDIT: Wygląda, że chcesz dużo wiedzieć - to dobrze, ale nie możemy tu robić kursu. Nie mam tyle czasu. Zanim cokolwiek zmontujesz, zacznij czytać i nie przestawaj - to zawsze działa. Ściągaj, porównuj dane katalogowe elementów i wyciągaj wnioski. Mogę coś pisać na tematy szczegółowe, ale nie oczekuj wykładu o kondensatorach.

[kertoiP]

Widzę, że jeszcze wiele nauki przede mną...

Jeszcze raz dzięki za pomoc, wrzucę dzisiaj schemat z całym układem z naniesionymi poprawkami.

/edit

Gdybym dał przy baterii transila np 15V to wtedy kondensatory mogłyby być na niższe niż 50V napięcie?

[marek1707]

Na ale co tu ugrasz? Transil 15V (koniecznie sprawdź w danych katalogowych wybranego przez siebie) zaczyna przewodzić przy 16-17V a sensowne prądy wciąga przy 18-19V. Bezpieczną reguła jest dobierać kondensatory na podwójne napięcie występujące w układzie. Elektrolit możesz wtedy nawet dać trochę niżej, bo jest wolny i szpilek nie zobaczy, 16V to byłoby absolutne minimum. Ceramiczne raczej 25V. Pewne rzeczy ciężko przeskoczyć wdepnąć można nieźle...

Co będzie jeszcze zasilane z tego aku? Co to za urządzenie? Radiowe? Pomiarowe? Zabawka? Jednorazowe hobby? Będzie sprzedawane? Ma mieć CE?

[kertoiP]

Do tej pory stosowałem transila na 15V w tym układzie, a za nim kondensator 16V i podczas testów wszystko było ok. Zasilane będzie tylko silnik, driver i logika do sterowania nim. Docelowo ma być sprzedawane, i mieć CE ale to są ambitne plany i dużo pracy przede mną.

[marek1707]

Czy testy polegały na podłączeniu akumulatora i próbach czy program robi co miał robić? Czy raczej znalazłeś numery norm które powinieneś spełnić, kupiłeś je i przeczytałeś, kupiłeś czas laboratorium EMC/ESD, pojechałeś ze sprzętem, podłączyliście generator udarów/burstów 4kV lub pistolet ESD i urządzenie nadal działało, a w protokole wstępnych badań inżynierskich dostałeś pozytywa?

Bo jeśli to pierwsze, to może nie pisz o przechodzeniu testów w odniesieniu do urządzeń komercyjnych... To raczej amatorskie zabawy na biurku. Masz jakiś sprzęt pomiarowy żeby zmierzyć choćby widma zakłóceń?

W każdym razie szczerze życzę powodzenia. Faktycznie długa droga przed Tobą i jak rozumiem projekt jest na razie objęty tajemnicą więc i coś poradzić będzie Ci trudno. Życzę Ci, żebyś nie zabrnął w jakieś dziwne rozwiązania, fantastyczne patenty, hakerskie sposobiki z sieci i ślepe uliczki. Pochwal się jak już będzie działać i naprawdę "przejdzie testy". Powiem Ci tylko, że bardzo szybko kończy się zabawa w "wydaje mi się, że działa" a im później zabierzesz się za czytanie i spełnianie norm, tym drożej to będzie kosztowało, więcej nawrotów PCB i mechaniki a bez tego żadnego CE nie zobaczysz. Nie ma zmiłuj.

[kertoiP]

Oczywiście, że to pierwsze. To są odległe plany, dużo czasu upłynie zanim się nawet przybliżę do tego ale systematycznie będę do tego dążył. Nie jest to urządzenie do zastosowań medycznych czy innych poważnych zadań, żeby od razu stosować takie testy, jestem początkującym i testy dla mnie to sprawdzenie czy przy różnych możliwych sytuacjach układ będzie zachowywał się tak jak powinien. Traktuje ten projekt jako pewne wprowadzenie w świat projektowania układów, zdobycie doświadczenia praktycznego i może za bardzo się zapędziłem z tym CE ale w dłuższej perspektywie mam nadzieję, że to się spełni.

[kertoiP]

Niestety dalej nie działa. Próbowałem z PWM 4.7 kHz i 37.5 kHz z wypełnieniami od 80% do 95%. Po włączeniu silnik co kilka sekund lekko się porusza przez krótką chwilę, a później stoi. Program wygląda tak, że przez 3s PWM ustawiony jest na 0 a później przez 1s na 80%.

Schemat układu:

[marek1707]

No to na co czekasz? Oscyloskop do ręki i mierzysz. Przecież nie zgadniemy co spaprałeś. Musisz sam to wykryć. Zacznij od sygnału PWM i potem jedziesz po kolei. Masz tu kilka elementów i pięć netów na krzyż, nad czym tu myśleć?

[kertoiP]

Okazało się, że zawiódł ostatni element którego bym się spodziewał, silnik. Nie licząc tego incydentu układ jest sprawny.

[marek1707]

Napisz coś więcej, na pewno wielu chętnie przeczyta co udało Ci się osiągnąć. Jakie zasilanie, jaki silnik, jakie prądy, jakie częstotliwości PWM i jak wygląda stan tranzystorów. Czy się grzeją? Czy przestrzeliłeś z obudowami, czy mogłyby być mniejsze itp. Pytań o samodzielną budowę stopnia mocy dla silnika DC jest tu wiele a każde doświadczenie jest cenne.

[kertoiP]

Zasilanie jest takie jak wcześniej mówiłem, działa bez zarzutu w tym zakresie. Parametrów silnika nie znam ale nie należy do najmocniejszych. PWM 37.5kHz. Tranzystory mimo, że dosyć toporne to ani trochę się nie grzeją ale to też kwestia słabego silnika. Dodatkowo dodałem szybkie diody równolegle do rezystorów bramki, żeby szybciej rozładowywać mosfeta.

/edit

Po podłączeniu starego silnika do zasilacza kręcił się. Po podłączeniu go do układu spaliły się tranzystory. Co takiego może być w nim, że nie chce działać? Nie wiem już czy to wina tego, że jest mocniejszy czy uszkodzony.