Skocz do zawartości

Dobór tranzystorów do mostka H


marlus

Pomocna odpowiedź

Witam,

Chcę zbudować mostek H do sterowania silnikiem 36V/800W, który docelowo znajdzie się w małym quadzie. Zasilanie z trzech akumulatorów żelowych połączonych szeregowo. Przestudiowałem wiele wątków poświęconych mostkom H i nie jestem pewien co do dobranych tranzystorów - dlatego proszę kolegów o radę.

Wstępnie dobrałem po 3 sztuki IRF5210 (ID=-40A, VDSS=-100V) i IRF3710 (ID=57A, VDSS=100V) w każdej gałęzi mostka, pytanie czy to trafny wybór?

Czy może lepiej byłoby zastosować IRF4905 (ID=-74A, VDSS=-55V) i IRF3205 (ID=110A, VDSS=55V)?

Schemat mostka:

Link do komentarza
Share on other sites

Witam,
Nie jestem specjalnie elektronikiem, ale jak patrzę na ten schemat - niezła plątanina. Po co sobie utrudniać życie i marnować czas, jeśli nie lepiej byłoby kupić gotowy mostek H, który na pewno będzie w mniejszej obudowie i łatwy do przylutowania lub umieszczenia w podstawce.

L293D https://botland.com.pl/sterowniki-silnikow-dc/176-l293d-dwukanalowy-sterownik-silnikow-36v06a.html?search_query=Mostek+H&results=79

Max. Napięcie 36V Prąd 0,6A

SN754410NE - półmostek H sterownik MOSFET https://botland.com.pl/sterowniki-silnikow-dc/2153-sn754410ne-polmostek-h-sterownik-mosfet.html?search_query=Mostek+H&results=79

Max. Napięcie 36 V Prąd 2A

Podałem ci tu dwa chyba najlepiej pasujące przykłady mostków H ze strony botland.

Wybór oczywiście należy do Ciebie ja tylko sugeruję ci taki wybór.

Pozdrawiam

Link do komentarza
Share on other sites

marlus, zacznij może od początku. jakie mają być prądy, częstotliwość PWM. Jeśli to quad to pewnie prądy są spore i przy tym schemacie żadne tranzystory nie pomogą. Ale jeśli oczekujesz pomocy, musisz podać więcej szczegółów.

Przemyśl też radę, którą dał Philip, gotowy moduł może być lepszym rozwiązaniem.

Link do komentarza
Share on other sites

Jak już napisałem, quad ma być zasilany z trzech akumulatorów żelowych. Więc napięcie znamionowe wynosi 36V. Po pełnym naładowaniu 43.2V. Silnik ma 800W, prąd w warunkach znamionowych wyniesie 22A. Ciężko przewidzieć cykl obciążenia quada, dlatego wydajność prądowa mostka powinna być większa.

Częstotliwość PWM 1kHz.

Nie znalazłem żadnego gotowego modułu, który spełniłby te wymagania.

Elvis czemu napisałeś, że żadne tranzystory nie pomogą?

Philip dzięki za radę, ale przecież te mostki od razu pójdą z dymem...

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

marlus, producenci tranzystorów (chociaż nie tylko oni) robią ciekawą sztuczkę, którą można byłoby nazwać oszustwem, więc wymyślono ładniejszą nazwę - marketing. Podają parametry elementów, ale nie piszą w jakich warunkach pracy.

To trochę jak z samochodami - spróbuj kupić nowy samochód, odmierzyć dokładnie ilość paliwa której spalanie deklaruje producent i pojedź np. na wakacje. Na 100% paliwa zabraknie zanim dojedziesz do celu, może nawet w połowie drogi.

Producenci elektroniki stosują inne sztuczki. Podają prądy maksymalne, ale one odnoszą się tylko do pracy statycznej i idealnego chłodzenia. Czyli jeśli weźmiesz swój tranzystor, wysterujesz go tak, żeby w pełni przewodził, nic nie będziesz zmieniał (na pewno nie przełączał), do tego podłączysz chłodzenie ciekłym azotem, to przy zadeklarowanym prądzie np. 44A odpadną tranzystorowi nóżki (tzn. połączenie między strukturą, a nóżkami).

Ale w "normalnych" warunkach pracy nie masz szans na uzyskanie takich prądów - po prostu wcześniej tranzystor zmieni się w dymiącą kupę śmieci. Z drugiej strony nic producentom nie można zarzucić - w odpowiednich warunkach taki prąd popłynie i nic się złego nie stanie. Tylko te warunki muszą być odpowiednie. To jak z samochodami - jak będziesz jechał tylko z górki, z wiatrem i nigdy nie przyspieszał ani hamował, może spalanie będzie jak deklarowane.

A wracając do Twojego ukłądu - przełączasz tranzystory potwornie wolno, wtedy wydziela się ogromna ilość energii, która zamieni się w ciepło i nawet ciekły azot nie pomoże. Tranzystory są więc bez szans, a typ nie ma znaczenia.

Zbudowanie sterownika nie jest tak proste jak się wydaje - więc lepiej przemyśl kupienie gotowego. To pewnie jedyna opcja żeby zbudować cokolwiek innego niż przenośny piekarnik.

Link do komentarza
Share on other sites

Nie bardzo Cię rozumiem, przecież elementami wykonawczymi scalonych mostków H są również tranzystory, więc według mnie to również będzie "przenośny piekarnik".

Piszesz że przełączam tranzystory wolno, masz na myśli częstotliwość PWM? Wyczytałem że im wyższa tym silnik bardziej traci na mocy. Dlatego startuję z 1kHz z myślą jej zmniejszenia. A straty cieplne powstają w momencie przełączania tranzystorów (przeładowanie bramek) i na rezystancji kanału. Dlatego myślę że kluczowe jest to czy Q15 i R3/R6 odpowiednio szybko te bramki przełączą, a nie to jaką częstotliwość ma PWM. Po za tym przyjąłem strategię że mosfety kanału P włączam na "stałe", a kanały N kluczuję z PWM żeby ograniczyć te straty.

Domyślam się, że jak przepuszczę te powiedzmy 44A przez tranzystor w obudowie TO220 to będzie dym, dlatego dałem po 3 tranzystory w każdej gałęzi mostka. I uważam że więcej jak 30A tam nie popłynie, bynajmniej na tyle był oryginalny bezpiecznik.

Link do komentarza
Share on other sites

Chociaż jestem zdecydowanym przeciwnikiem quadów, mogę na chwilę zapomnieć o idiotach rozjeżdżających tymi sprzętami lasy i rezerwaty i pochylić się nad mostkiem.

Otóż.. może nie będzie tak źle jak pisze Elvis. Masz rację marlus, straty w tranzystorach pochodzą ze stanu przewodzenia i z przełączania. Podejrzewam, że Elvisowi chodzi właśnie o czas przełączania a nie o częstotliwość. Obaj piszecie o tym samym, ale jak zwykle trzeba przejść do konkretów, niech liczby rozsądzą.

Te pierwsze straty policzyć łatwo, bo to I²R więc mając te trzy tranzystory i prąd powiedzmy 30A to dostajemy:

30A²*(0.03Ω/3) = 9W

Oczywiście po drodze są jeszcze druty, lutowania itp, ale nawet dwa razy więcej na trzech tranzystorach w TO220 na wspólnym radiatorze z 5K/W nie wygląda tragicznie. Zakładamy, że mostek pracuje wtedy na prawie maksimum wypełnienia (powiedzmy 99%) a silnik jest chwilowo przeciążony np. szybkim startem.

No a teraz przełączanie. Rzeczywiście, driver jest słabiutki. Tak zrozumiałem, że te górne będziesz włączał na stałe więc tam masz tylko straty I²R. Liczyłeś to? Może nie potrzeba aż trzech sztuk na kanał?. Te dolne mają gorzej, bo nie dość że PWM to jeszcze sterowanie takie sobie. Obliczenia utrudnia fakt, że masz tutaj sporą niesymetrię - do dołu ciągnie bramki mały MOSFET a do góry opornik 4.7k. Ponieważ jednak nawet cieniutki BS170 to w końcu tylko kilka(naście) omów, to wyłączanie tranzystorów będzie megaszybkie w porównaniu z ładowaniem bramek przez 4.7k. Mając połączone 3xIRF3710, od strony wejścia musisz wpompować 3x130nC ładunku by je do końca otworzyć. Przyjmijmy 400nC. Taki ładunek przepłynie przez 4.7k zasilany z 36V w czasie

400e-9*4.7e3/36=52us

Czas będzie naprawdę dłuższy bo prąd opornika maleje z czasem, ale też nie cały ten ładunek musi przepłynąć by całkiem dobrze otworzyć IRFy. Fakt jest faktem: 50us to makabrycznie długo. Oczywiście problemem jest słaby prąd z opornika. Prawdziwy driver, gdybyś wykosztował się 15zł na scalak wypuszcza z siebie 2-3A prądu i przeładuje bramki w ułamek mikrosekundy. No ale jeszcze nie spisujmy tego na straty, policzmy moc strat. Przy prądzie 30A i 36V zasilania, na obciążeniu wydziela się ponad 1kW mocy. W czasie przełączania na kluczu (u Ciebie to 3 tranzystory razem) w szczytowym momencie wydzieli się zatem połowa tego, czyli ok. 500W. Ponieważ jednak krzywa tej mocy jest mniej lub bardziej trójkątem równoramiennym, to możemy spokojnie przyjąć, że przez czas 50us na kluczu będzie się średnio wydzielać znowu połowa tego, czyli ok. 250W. Jeżeli takich przełączeń zrobisz w ciągu sekundy 1000, to masz całkowity czas (trwania klucza w stanie nieustalonym) 50ms a to jest 5% całkowitego czasu 1s, co daje

5%*250W=12.5W

Nie doliczam tu strat na wyłączanie (kolejny 1000 zmian stanu kluczy w ciągu sekundy), ale przy rozładowywaniu bramek przez BS170 będzie to może 5% tego co przy włączaniu. Moim zdaniem przy tej dokładności obliczeń można to spokojnie pominąć.

Sumując to z policzonymi stratami I²R dostajesz coś w okolicach 20-25W. Moim zdaniem do przyjęcia, choć niewielkim nakładem można by to zmniejszyć wielokrotnie. Najłatwiej kupić lepsze tranzystory. Lepsze pod względem mniejszego ładunku bramek (total gate charge), bo to kluczowe przy tak kiepskim sterowaniu. Drugie to oczywiście porządny driver.

Ciekawi mnie też jakie tam akumulatory wpakujesz. Możesz podać coś więcej niż tylko "żelowe"?

Link do komentarza
Share on other sites

Chodziło mi właśnie o czasy przełączania tranzystorów - może i przesadziłem, ale nadal mam wrażenie, że straty mocy przez takie sterowanie będą ogromne. Po prostu chciałem napisać, że do budowy mostków trzeba mieć odpowiednią wiedzę i doświadczenie. Inaczej pewnie niewiele z tego wyjdzie. Ale w sumie sam jestem ciekaw, może tym razem byłem czarnowidzem 🙂

[ Dodano: 21-01-2018, 13:07 ]

Update: Wybacz Marku, ale nie do końca zgodzę się z Twoim sposobem obliczania czasu przełączenia. Oczywiście jest to pewne oszacowanie, tylko chyba nazbyt optymistyczne i uproszczone (co sam zauważyłeś). Postanowiłem przesymulować ten układ w LTSpice i wychodzi koszmarnie - polecam jako ćwiczenie 🙂

Link do komentarza
Share on other sites

Akumulatory zostawiam takie jakie były, a są niewielkie 3x 12V 12Ah.

Dowiedziałem się też, że skoro silnik jest obciążeniem indukcyjnym to prąd przez niego płynący jest przesunięty względem napięcia. W takim przypadku N-MOS włączane są w bez przepływu prądu drenu. Straty powstaną na rezystancji kanału i przy wyłączaniu tranzystorów. Prawda?

Link do komentarza
Share on other sites

Update v2: Zachęcam do zasymulowania układu - przynajmniej ja się z tego czegoś nauczyłem. Stała czasowa przy R=4k7 jest koszmarna, napięcie na bramce tranzystora w symulacji jest zaznaczone na niebiesko (to właśnie mi się nie podobało we wcześniejszych szacunkach).

Z drugiej strony przy zasilaniu z 36V już relatywnie szybko tranzystor zaczyna przewodzić i nawet jeśli sterownik jest do niczego moc strat jest całkiem znośna - ale co dla mnie zaskakujące zależy od użytego tranzystora. Jednak nie tyle od ładunku bramki co do napięcia Vgs koniecznego do przewodzenia. Ale ogólnie podtrzymuję moją teorię - do budowy sterowników silników trzeba mieć sporą wiedzę i doświadczenie, ja takową nie dysponuję więc z wątku się wyłączam. Jeszcze tylko przykładowy wynik symulacji:

Link do komentarza
Share on other sites

No ale przecież wyniki moich szacunków nie są rewelacyjne. 20W mocy strat to jednak kiepsko. A wolno rosnące (później po włączeniu MOSFETa) napięcie bramki nie ma wielkiego znaczenia. Najważniejszy jest moment osiągnięcia napięcia " półki" na bramce - a to dzieje się szybko. Potem jest czas pompowania ładunku do bramki i braku narastania napięcia Ugs a potem.. to już nieważne. Oglądasz niebieski przebieg w złej skali pionowej i poziomej. Ażeby mieć z takiej symulacji jakieś konstruktywne wnioski popatrz na przebieg mocy w kanale tranzystora w czasie jednego załączenia, przez pierwsze 100us od zbocza generatora. Dopiero po tym można coś szacować.

Kwestią gustu jest ocena czy 20W strat to dużo czy mało. "Bezwzględnie" wygląda to na dużo, ale w dużym pojeździe z mocą chwilową 1kW to znika. Poza tym zwykle będzie to pewnie ok. 8-10W bo moc średnia napędu też będzie dużo niższa. Do tego trzeba oczywiście dodać moc strat górnych tranzystorów.

Z tą indukcyjnością silnika to bym tak nie upraszczał. Jeśli do końca nie rozumiesz zjawisk, to nie stosuj do nich bezkrytycznie każdej nowej rzeczy, którą przeczytasz w internecie. Silnik jest szeregowym obwodem RL (ze stalowym rdzeniem) tylko gdy stoi w miejscu. A wtedy, jeśli driver wymusi w nim prąd, ten prąd płynie cały czas. Tak w fazie załączenia jak i wyłączenia (przez diody przy tranzystorach). To nie jest czysta indukcyjność włączona po szkolnemu do generatora sinusoidalnego wiec trudno tu mówić o przesunięciu fazy mierzonym w stopniach. A gdy silnik zaczyna się obracać i oddawać moc mechaniczną jest jeszcze gorzej, bo generuje sobie back-EMF przeciwdziałającą wzrostowi prądu. W tym stanie, w czasie włączenia mostka prąd oczywiście narasta ale nie wiesz, czy opadnie do zera w fazie wyłączenia. Prędkość opadania jest zależna od oddawanego momentu i prędkości obrotowej. Tak, na pewno driver zrobiony w ten sposób (szybkie wyłączanie a wolniejsze załączanie) jest sprawniejszy niż odwrotny. Ale gdybyś oba zbocza miał szybkie, byłoby jeszcze lepiej.

Link do komentarza
Share on other sites

W symulacji na zielono jest moc wydazielana na tranzystorze. Napięcie sterujące bramką zostawiłem jako ciekawostkę. Wartość w tabelce to uśredniona po czasie tracona moc, czyli to o czym rozmawialiśmy.

Link do komentarza
Share on other sites

Hm, dla tranzystora potrzebującego 180nC z Rdson=0.04Ω mamy zatem 6W przy prądzie 18A. W sumie zbieżne z tym co ja szacowałem z bardzo łopatologicznych obliczeń dla (gorszej) trójki równoległych IRFów. Dałeś jeden większy tranzystor więc ładunek się nie skumulował, czasy skróciły i wyszło trochę lepiej - to jest to o czym pisałem: dobrze jest znaleźć lepsze tranzystory, lżejsze w sterowaniu. Dobrze, że odpaliłeś symulator (mi się nie chciało, kalkulator był bliżej) bo sam widzisz, że warto mieć jakieś liczby niż pozostawać w oparach czarnowidztwa i dociekań. Ani moje ani Twoje wyniki nie pogrążają tego projektu, będzie ciepło ale raczej po kontrolą. Zgadzamy się?

Link do komentarza
Share on other sites

Nie przepadam za symulatorami, ale uznałem że użyje bardziej zaawansowanych modeli niż ja jestem w stanie policzyć. Wcześniej używałem trzech NMOS-ów połączonych równolegle, ale niewygodnie było zmieniać typ tranzystora więc zostawiłem tylko jeden. W każdym razie projekt jest jak najbardziej wykonalny, po prostu widząc ten tranzystor jako sterownik tranzystora założyłem że niewiele z tego wyjdzie - i to nie tylko ze względu na schemat, są jeszcze inne problemy, chociażby prowadzenie ścieżek dla takich prądów. Ale obym się mylił i quad jeździł idealnie 🙂

Link do komentarza
Share on other sites

Do obliczeń inżynierskich gdy potrzebujesz szacunku do jednej cyfry znaczącej i prostej oceny zadziała-nie ma szans, zwykle proste przybliżenia wystarczają.

Nie, nie, oby quad nawet nie ruszył. Daleko szukać - dziś pojechałem do Góry Kalwarii, żeby choć raz w tygodniu zrobić coś więcej niż codzienne 10km praca-dom i nie zardzewieć zimą. Wracając do Wawy jak zwykle lewą stroną Wisły (podwójne rękawice i neoprenowe ochraniacze na buty bo jednak zimno pod wiatr) fantastyczną drogą wzdłuż wału, na wysokości Konstancina mam po prawej stronie długi na kilka km porośnięty drzewami i krzaczorami dziki brzeg rzeki. Co kilkaset metrów stoi czerwona tablica "Obszar Natura 2000", ale pięciu ćwoków na quadach ma to w dupie i z rykiem silników ryje oponami wszystko jak leci: plażę, zarośla, krzaki, małe drzewka. Nie wiem, strzelać do takich? Bo przecież jak ktoś się wroną urodził to kanarkiem nie umrze. Głupota jest raczej chorobą dożywotnią i nieuleczalną to po co mają męczyć siebie i otoczenie? We własnych oczach są pewnie prawdziwymi mężczyznami alfa, żałosne.

Oczywiście to nie ten przypadek, jasne, bo quad z silniczkiem 800W i akumulatorem 12Ah daleko nie ujedzie. To bardziej podpada pod modelarstwo niż motoryzację, ale jakoś mimo wszystko blisko tematycznie..

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.