Skocz do zawartości

Brak możliwości sterowania górnym tranzystorem MOSFET z użyciem drivera IR2101


kertoiP

Pomocna odpowiedź

Witam, zrobiłem układ ze schematu który jest zamieszczony poniżej:

Sterowanie LO jest bezproblemowe, driver zachowuje się tak jak powinien. Problem pojawia się przy próbie wysterowania górnego mosfeta. Na wejście podawany jest sygnał z AVR, PWM o f = 37.5 kHz o amplitudzie 5V. Zasilanie silinika jest z zakresu 8-14V. Na bramce górnego mosfeta pojawia się napięcie o wartości 0.8V. Za pierwszą próba wszystko działało jak powinno, po ponownym włączeniu przestało. Przeczytałem chyba wszystkie materiały o tym i nadal nie wiem co jest nie tak.

Link do komentarza
Share on other sites

1.Jaki to mosfet - może go spaliłeś - z układu wychodzi 10 do 20V.

http://www.infineon.com/dgdl/ir2101.pdf?fileId=5546d462533600a4015355c7a755166c

2.Jaka dioda ?

3. Zmniejsz częstotliwość do pojedynczych kHz. Możliwe, że układ nie wyrabia prądowo, albo tranzystor nie zdążył "rozładować ładunku z bramki i się usmażył".

U siebie w sterowniku do mosfetów mam jeszcze diodę równolegle do rezystora przy bramce mosfeta (W twoim przypadku 100R) - przyśpiesza rozładowanie.

4. Na czym zmontowałeś ten układ ?

Link do komentarza
Share on other sites

1. Bramka jest standardowo do 20V, z tym że dodałem na czas testów dwukierunkowego transila na 18V między bramką a źródłem więc przebicie można wykluczyć tak samo jak i spalenie, wszystko działa jak powinno. Ponadto zasilanie drivera o czym zapomniałem wspomnieć wynosi od 11V do 12V więc na bramce nie powinno się pojawić więcej.

2. Dioda Schottkiego 40V 1A przeznaczona do układów o wysokich częstotliwościach więc raczej powinno być dobrze.

3. Na częstotliwości 4.7 kHz układ zachowywał się tak samo.

4. Układ jest zlutowany na własnej roboty płytce PCB.

Po próbach bez transila pomiędzy bramką a źródłem, dalej brak efektów. Z tego co rozumiem po zwarciu Vs z masą, podaniu sygnału na wejście, i wyjęciu tranzystora na wyjściu HO powinien pojawiać się sygnał z PWM (np 3s stan niski i 1s PWM o wypełnieniu 95%) o amplitudzie równej zasilaniu drivera a tak nie jest.

Link do komentarza
Share on other sites

To nie może zadziałać i zgodnie z teorią - nie działa.

Układ 2101 ma w środku dwa drivery: pierwszy (LO) jest zasilany z VCC/COM i oczywiście na jego wyjściu dostajesz sygnał prostokątny rozpięty między VCC i COM - to jest ta prostsza część. Drugi driver (HO) jest zasilany z VB/VS i na wyjściu dostajesz przebieg prostokątny rozpięty między VB i VS.

W typowej aplikacji (na pewno widziałeś w datasheet), VCC jest dostarczane względem GND z jakiegoś zasilacza np. 12V i dolny MOSFET-N jest załączany poprawnie. Zauważ, że to wielkość VCC decyduje o napięciu sterowania obu bramek. Jak wygląda ten stan? Punkt środkowy półmostka - czyli wyjście mocy - jest zwierany przez stale załączony dolny tranzystor do masy. Ponieważ VS drivera jest właśnie tam podłączone, jest ono wtedy także aktywnie zwarte do masy. Przez diodę ładuje się kondensator do 12V i tyle - stan jest statyczny i może trwać dowolnie długo.

A teraz ciekawsza część: co się dzieje gdy wejściowy PWM wędruje nagle do stanu wysokiego? Dolny tranzystor jest szybko wyłączany, bo LO spada do 0V - to jasne. W tym momencie mamy ponadto: VS=0V i VB=12V (nie liczę spadku napięcia na diodzie). Driver HO - rozpięty miedzy VB a VS zaczyna wypuszczać z siebie swoje VB czyli +12V ale zawsze względem VS. Górny tranzystor zaczyna się załączać i napięcie w punkcie wspólnym półmostka - czyli również VS - zaczyna się podnosić. Jednak ładunek na kondensatorze w krótkim czasie nie zmienia się prawie wcale, napięcie na nim także. Jeśli więc jego dolna elektroda (VS) wędruje do góry, to górna także, dokładnie w tym samym tempie. Driver HO, mimo wzrostu VS wciąż "widzi" swoje 12 V zasilania a napięcie na bramce górnego MOSFETa dziękii wzrostowi VB jest zawsze+12V względem rosnącego VS. Gdy punkt wspólny zostanie wreszcie podniesiony do potencjału górnego zasilania, napięcie na bramce górnego MOSFETa wynosi wciąż +12V względem VS czyli +24V względem GND/COM.

Czy już kumasz? Musisz zapewnić górnemu driverowi w miarę napięcie stałe zasilania względem VS. Do tego służy dioda i kondensator. Jest on ładowany do +12V gdy załączasz dolny tranzystor i "używany" do zasilania górnego drivera gdy zechcesz załączyć górnego MOSFETa. Zauważ, że ten prymitywny układ nie zadziała gdy zapragniesz mieć wypełnienie 100%, bo jednak driver pobiera jakiś prąd z kondensatora (choćby na przeładowania bramki MOSFETa) i co jakiś czas musisz dawać stan PWM=0 żeby naładować kondensator. Może narysuj sobie napięcia w ważniejszych punktach podczas obu stanów i przemyśl jak wygląda proces przełączania w obie strony.

Wniosek: ten driver świetnie nadaje się do sterowania parą tranzystorów tworzącą półmostek albo - w uproszczonej wersji - tylko do dolnego tranzystora przy użyciu LO. W Twojej aplikacji (tylko HO) nie ma szans zadziałać, bo musi być coś, co czasem aktywnie zwiera VS do masy. Silnik tego nie robi.

Masz dwa wyjścia:

1. Jeden MOSFET sterowany z LO, źródło na masie a silnik w drenie do plusa zasilania. Wtedy nie masz ograniczenia na wypełnienie PWM, ale musisz dać diodę równolegle do silnika i masz miękkie sterowanie silnika z wolnym wybieganiem między impulsami PWM.

2. Dwa MOSFETy czyli półmostek - dokładnie jak w datasheet. Do punktu środkowego (a drugi koniec do masy lub do plusa) podłączasz silnik i będzie działać . No i pamiętaj o ograniczeniu wypełnienia do np. 98%.

Link do komentarza
Share on other sites

Zarejestruj się lub zaloguj, aby ukryć tę reklamę.
Zarejestruj się lub zaloguj, aby ukryć tę reklamę.

jlcpcb.jpg

jlcpcb.jpg

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

Wielkie dzięki za szczegółową odpowiedź!

Już wiem na czym polegał błąd w moim rozumowaniu, myślałem, że silnik będzie zwierał punkt środkowy do masy co pozwoli na naładowanie kondensatora. W teorii gdy tranzystor był wyłączony, a silnik jeszcze się kręcił na źródle miało być 0V czyli kondensator mógłby się podładować, później włączać go potencjałem z kondensatora, wyłączać i znowu włączać itd. Czy dobrze rozumiem, że przyczyną, że to nie działało była indukcyjność wytwarzająca się w kręcącym się silniku uniemożliwiająca w tak krótkim czasie spadek napięcia do 0V?

Zależy mi na zrobieniu układu który natychmiastowo zatrzymywałby silnik poprzez zwieranie jego końcówek tak jak na obrazku poniżej. Dlatego też jako dolny tranzystor miał być właśnie ten zatrzymujący, a górny do sterowania prędkością. Czy drugi proponowany przez Ciebie sposób pozwalałby zrealizować tę ideę?

Jeżeli tak to diody powinny się znaleźć na obydwu tranzystorach? Wydaje mi się, że pozwalałoby to na szybsze zatrzymanie silnika. Dioda powinna być szybka? Np transil?

hbr.gif

Link do komentarza
Share on other sites

Te diody już są - widać to na symbolach tranzystorów. Przecież te strzałki nie są tam dla ozdoby, ale nie musisz się o to martwić. W układzie z dwoma tranzystorami szybkie hamowanie masz "w pakiecie". Przecież zawsze będzie włączony jeden lub drugi. Przy podłączeniu jak na Twoim schemacie (silnik do plusa) dolny MOSFET będzie energię do silnika pompował a górny wysysał. Zawsze któryś będzie włączony a jeśli pozostawisz na dłużej włączony górny (wejście drivera = 1), silnik zobaczy zwarcie i się zatrzyma. Jeżeli jednak potrzebujesz tego hamowania na dłużej (np. żeby unieruchomić jakieś obciążenie) a nie tylko na kilkaset ms, to musisz użyć konfiguracji odwrotnej (silnik do masy). Wtedy to dolny MOSFET będzie hamował a ten możesz załączyć na dowolnie długo. To cecha tego konkretnego drivera 2101.

Link do komentarza
Share on other sites

Moje mosfety mają dosyć słabe wbudowane diody (25V) i obawiam się, że wyindukowana szpilka może je przebić, dlatego zastanawiam się nad takim zabezpieczeniem, bardzo ważne jest, żeby układ był jak najmniej awaryjny.

Tak powinien wyglądać sygnał?

Szkoda, że potrzebne będą dwa PWMy. Widziałem drivery które umożliwiają sterowanie za pomocą jednej nóżki ale czy pozwolą one na szybkie hamowanie?

Link do komentarza
Share on other sites

Zanim zaczniesz pisać o przebijaniu przez szpilki najpierw zastanów się jak taka szpilka miałaby się na tej diodzie pojawić. Chodzi mi o to, że dioda jest równolegle do kanału tranzystora. Jeżeli na diodzie pojawi się napięcie wsteczne np. 50 czy 1000V to znaczy, że na tranzystorze także i on też zostanie przebity. A teraz narysuj sobie układ, wygeneruj na silniku szpilkę 100V w obie strony i sprawdź która dioda ją zobaczy w stanie blokowania (bo w stronę przewodzenia to niegroźne) w obu stanach półmostka przy założeniu, że na zasilaniu masz kondensatory i jest tam twarde 12V. To tylko 4 przypadki, ciekaw jestem Twoich wniosków.

Driverów jest jak mrówków. Po prostu znajdź taki, który ma jedno wejście proste a drugie zanegowane lub po prostu tylko jedno a wyjścia proste i zanegowane. Zapewniam Cię, że istnieją wszystkie możliwe kombinacje.

EDIT: Driver nie wie co to hamowanie. Ma włączać tranzystory i to robi. Jeżeli zapewnia takie ich załączanie jak sobie wymyśliłeś, to jest OK.

  • Lubię! 1
Link do komentarza
Share on other sites

Wnioski są takie:

1. Dioda na silniku sterującym na pewno nie jest potrzebna bo w przypadku gdy silnik generuje szpilkę w jej kierunku to jest zatrzymywana, a gdy w drugą stronę to nie robi to różnicy.

2. Dla hamującego w sumie to samo ale nie jestem pewien.

O ile dobrze rozumiem to w mostkach H te diody są już potrzebne.

Wielkie dzięki za pomoc, odezwę się jeżeli będę miał jeszcze jakieś wątpliwości.

Link do komentarza
Share on other sites

Nie twierdzę, że diody nie są potrzebne, tylko że nie z powodu szpilek zakłócających.

Przy jednym tranzystorze dioda jest potrzebna, bo nic innego równolegle do silnika nie ma. Przy półmostku szpilki od silnika są pochłaniane przez diody w MOSFETach. Mostek H to dwa półmostki - nic się nie zmienia.

Dodatkowe diody są (czasem) potrzebne z innego powodu: nie jesteś w stanie wysterować pary tranzystorów półmostka tak, by zawsze któryś przewodził. Gdy jeden się wyłącza to musi minąć chwila gdy drugi się załączy. I dlatego w chwilach komutacji masz przerwy w obwodzie silnika. A wtedy prąd silnika musi się gdzieś "podziać", bo właśnie przerwanie ciągłości obwodu z indukcyjnością wygenerowałoby ogromne przepięcia a tego nie chcemy. Zamknięcie obwodu zapewniają także diody w tranzystorach, ale to już nie jest przypadek krótkiej szpileczki zakłócającej od komutatora, tylko przepływu pełnego prądu zasilającego. Diody w tranzystorach się wtedy grzeją, dodatkowo zwiększając temperaturę MOSFETa. Jeśli na zewnątrz dasz diody Schottky, to one są i szybsze i mają mniejsze Vf więc straty na ciepło są mniejsze i rozpraszane w innym elemencie.

Jeżeli nie wiesz czegoś dokładnie to nie bagatelizuj problemu myśląc, że już wiesz wszystko, tylko drąż temat. Inaczej możesz przeoczyć coś ważnego.

Link do komentarza
Share on other sites

Teraz rozumiem dlaczego są te diody.

Po poprawkach schemat wygląda tak:

Myślę nad dodaniem w Q1 dwukierunkowego transila między bramką a źródłem aby mieć pewność, że wszystko będzie dobrze zabezpieczone. Poza tym chyba jest już ok?

Do tego driver IR2302:

http://www.tme.eu/pl/Document/a28a667d93b3e4ccd86832596de392fb/IR2302SPBF.pdf

Napięcie zasilania jest od 5V na czym mi bardzo zależy bo reszta driverów od IR jest od 10V i byłby problem przy zasilaniu z 8V z zasileniem go, a tranzystory które stosuje i tak się w pełni otworzą przy VGS = 5V. Wejście jest jedno i nie widzę żeby w nocie pokazali, że któreś wyjście jest odwrócone poprzez kreskę nad nim ale dalej w pokazanym przebiegu wyjścia w zależności od wejścia już jest tak jak powinno.

Link do komentarza
Share on other sites

To zacząłeś w ogóle od złej strony. Seria driverów IR jest przeznaczona dla układów zasilanych z setek woltów. Po to jest tam specjalny przesuwnik napięcia i pływające zasilanie górnego drivera. Musiałeś szukać specjalnego typu ledwo zaczynającego działanie od 5V. Jeśli masz logikę 3 lub 5V a zasilanie silnika np. 8V to powinieneś zrobić to wprost. Bierzesz podwójny driver (jeden kanał prosty i jeden odwracający) zasilany z tego samej szyny co silnik i dwa tranzystory komplementarne. Dolny MOSFET-N dostanie wtedy sterowanie 0..8V a górny 0..-8V i załatwione. Przecież nie musisz mieć dwóch N:

http://www.tme.eu/pl/details/mic4425ym/drivery-mosfetigbt/microchip-micrel/

Nie potrzebujesz żadnych dodatkowych napięć, w bramki wstawiasz ew. rezystory szeregowe a transile swoją drogą (dlaczego dwukierunkowe?) przy samych tranzystorach.

Ew. możesz znaleźć taki driver który ma w środku zrobiony czas martwy, bo tutaj musiałbyś rozjechać tranzystory przez manipulację (RC+dioda) sygnałami wejściowymi, ale to też nie jest trudne.

Link do komentarza
Share on other sites

Logikę mam na 5V a zasilanie będzie wahało się od 8 do 14V. Z racji, że mosfety N są dużo wytrzymalsze niż P przy jednocześnie niższej cenie i stosunkowo mniejszych wymiarach zostanę przy nich, wcześniej zrobiłem sterowanie z N i P i nie spełniło moich oczekiwań.

Ale biorąc pod uwagę te założenia IR2302 albo podobny powinien być ok?

Link do komentarza
Share on other sites

Na razie z założeń znamy tylko zasilanie 5V i 2x MOSFET-N. To bardzo niewiele, ale owszem, do tego układu topologicznie 2302 będzie pasował, choć osobiście jestem przeciwnikiem używania elementów na granicach dopuszczalnych parametrów. Co z tego, że masz zasilanie 5V, jak kondensator naładowany przez diodę będzie miał już tylko 4.3V? Będzie działało czy nie? Jak pogorszą się parametry drivera i które? To loteria. Będąc w Twojej sytuacji i biorąc jednak tego 2302 zrobiłbym sobie sztywne zasilanie +10V jakimś prostym powielaczem (pompą ładunkową) lub z 12V małą przetwornicą boost i górny driver rozpiął między +5V a tym nowym +12V, albo nawet między +10V a GND. Jeśli ma być dobrze na końcu to nie warto iść na małe skróty po drodze licząc na szczęście.

Co było nie tak w poprzednim podejściu? Jakie to były tranzystory? Jak sterowane? Jakie obciążenie? Jakie warunki pracy?

Link do komentarza
Share on other sites

Układ będzie zasilany z Li-Po od 2 lub 3 cele więc minimum to jest 7.4V, a maksimum 13.6V przy pełnym naładowaniu 3 celowego Li-Po. Silnik w trakcie pracy pod obciążeniem pobiera ok 5A. Nie będzie to praca ciągła.

Sterownik musi mieć bardzo małe wymiary dlatego chcę ograniczyć ilość elementów. Wcześniej robiłem próby z pompą ładunkową, która zwiększała napięcie do ok 19V co pozwalało na sterowanie górnym mosfetem ale zajmowało to za dużo miejsca. I trudniej sterować za pomocą PWM niż driverem który potrafi szybko rozładować i naładować bramkę. Co do tranzystorów to ich charakterystyka RDSon przy VGS = 4.5V jest praktycznie taka sama jak przy VGS = 10V więc nie ma to dużego znaczenia.

Ostatecznie lepszym rozwiązaniem byłoby chyba podłączenie drivera do VCC tylko obawiam się czy spadek napięcia spowodowany pracą silnika albo jakieś przepięcie go nie zniszczy. Dodanie diody która nie przepuści np więcej niż 18V i kondensatora o większej pojemności rozwiązałoby problem?

Link do komentarza
Share on other sites

Dołącz do dyskusji, napisz odpowiedź!

Jeśli masz już konto to zaloguj się teraz, aby opublikować wiadomość jako Ty. Możesz też napisać teraz i zarejestrować się później.
Uwaga: wgrywanie zdjęć i załączników dostępne jest po zalogowaniu!

Anonim
Dołącz do dyskusji! Kliknij i zacznij pisać...

×   Wklejony jako tekst z formatowaniem.   Przywróć formatowanie

  Dozwolonych jest tylko 75 emoji.

×   Twój link będzie automatycznie osadzony.   Wyświetlać jako link

×   Twoja poprzednia zawartość została przywrócona.   Wyczyść edytor

×   Nie możesz wkleić zdjęć bezpośrednio. Prześlij lub wstaw obrazy z adresu URL.

×
×
  • Utwórz nowe...

Ważne informacje

Ta strona używa ciasteczek (cookies), dzięki którym może działać lepiej. Więcej na ten temat znajdziesz w Polityce Prywatności.