Gennemgang af high power H-bro

[Henrik R]

Jeg har været igang med at lidt schematic i eagle, og kunne godt tænke mig om der er en kyndig elektronik mand der kan 'godkende' min opstilling.

Lidt data:
MOSFETs'ne kan klare henholdvis 11 og 18 amp. begge ved 200Vdc.
Motoren er en Siemens DC servo motor ca 180Vdc 10amp. Som ved mit hobby brug aldrig vil blive belastet over 70%.
Optokobleren er en 16 pins med 4 enheder i. http://www.r2d2.faith.pl/zdjecia/pc827.pdf

X1-(1 til 4) er PWM signal direkte fra en dsPIC kreds (5v)
MOSFETs'ne kan klare op til 20v på gaten, så derfor skære jeg lidt af min 24v forsyning med 7818
X2-2 (Vdd) er Ca 180Vdc
X2-3 (Vdd-18v) er "0Vdc" fra en 7818 hvor + er lagt til X2-2(Vdd 180Vdc). 7818 sidder på en 24Vdc trafo.

Spørgsmål:
-  Skal GND fra X2 og X1 ligges sammen på dette board? eller kun som nu i 'forsyningsskabet'
-  Hvordan finder jeg ud af om C3 (670 uF) er tilstrækkelig?
-  Er C1 og C2 tilstrækkelig støjdæmpning eller skal der tilføjes andet? Jeg vil såvidt muligt skille SIGNAL og POWER af ved Optokobleren på printpladen så disse ikke krydser hinanden.

gode råd og konstruktiv kritik modtages gerne

Mvh
Henrik

[Merlin]

                                                                                                                                          Edit
                           
Du har en meget stor fejl der nok vil koste dine fetter livet, hvis du provede

 Gaten på en e-fet er som en kondensator, når den er ladet op leder fetten, når du slukker gate styrringen, er gaten
stadig  ladet op, den skal aflades igen inden fetten lukker

 Så alle dine fetter ville ende åbne forste gang du vender strømmen i motoren,

 Du er nød til at kører enten med push-pull trin, specielle driverkredse der kører push-pull, eller med transformatore det er
 meget effektivt da den vindning der oplader gaten automatisk også aflader den igen
 en optokobler isolere fint men, med en transformator er ens højspændning og styrekredsløb dejligt langt fra hinanden
 
 der findes megabytes af info om det på nettet

 Tage
 -Jammerbugten 

[Merlin]

http://www.ixysrf.com/pdf/switch_mode/appnotes/5mosfet_driver_theory_and_applications.pdf

 Her er en pdf der beskriver problemet , og en løsning , men de er på banen for at sælge komponenter

 Prøv at søg på en TD340

 Tage

[Henrik R]

Tak for forslagene Merlin

Jeg har valgt at bruge forslaget med tranformerne (se vedhæftet). For det første fordi det er stumper jeg har. Men ikke mindst fordi det er mere skalerbart, da projektet er til min metal-fræser, hvor jeg kan bruge transformer delen til at forsyne alle aksler og H-broen er billig i stumper.

Som jeg forstår MOSFET datasheetet. Så kan man enten styre fetten med 0v/+20v eller -20v/+20v for at 'lukke' fetten hurtigere. sidstenævnte er det jeg har forsøgt at lave, håber det er rigtig.

GND har jeg nu delt op.

Hvilken ting kan jeg gøre for at reducerer evt støj elektrisk?

[gerd]

Hej Henrik,

hvad er PWM frekvensen?

gerd

[Henrik R]

Har ikke sat mig fast på nogen bestemt frekvens.
Jeg har en ide om at starte lavt og så kigge på oscilloskopet for at kontrollerer om fets'ne kan nå at lukke. Desuden har min dsPIC mulighed for at indlægge dødbånd.
Jeg regner med at jeg kan have højere frekvens når jeg bruger -20v istedet for 0 til at hive gaten ned med.

[Henrik R]

Fandt lige et par små fejl og har opdateret tegningen.

[gerd]

Du kan vælge en frekvens fra 1 til 20 kHz.
1kHz: Lav varme og lav EMI
20kHz: Ingen lyd

Du har 180V og 10A.
Det tidspunkt, hvor omskifteren MOSFET der er 90V og 5A = 450Watt.

PC847:
VF=1.2V.
CTR: 50%

ILed = (5V-VF)/R = (5V-1.2V)/300R = 12mA
Iout = ILed * CTR = 12mA * 50% = 6mA

IRF640:
Qg (TotalGateCharge): 67nC

-> t = Q/I = 67nC / 6mA
-> Ton = 11μsec & Toff = 11μs

Frekvensen er 20kHz = 50μs.
2x 11μsec = 22μs = 44% af 50μs
Det er 44% x 450Watt = 198Watt !!

Frekvensen er 1kHz = 1000μs.
2x 11μsec = 22μs = 2.2% af 1000μs
Det er 2.2% x 450Watt = 10Watt !!

Problemet er, PC847 har kun 6mA.
Du skal have en GateDriver med 1A .. 4A
Du kan tage en IC eller transistorer

-20V eller -0V
-20V er hurtigere men også mere vanskeligt.

gerd

[gerd]

GateDriver med tranistorer

[Henrik R]

Hej Gerd
Det var godt nok noget af en smøre og et stykke over mit hobby niveau.

Jeg tror jeg holder mig til transistorer da jeg har opgivet gatedriverer. Jeg har igennem længere tid kæmpet en forgæves kamp med at få en IGBT H-bro til at køre vha gatedrivere(FGA30N120FTD/HCNW4506).

Vil det hjælpe hvis jeg skifter PC847 ud med PC923 og bruger TIP120(8stk ialt) darlington transistor der hvor du har skitseret?

Jeg kan se du bruger de 300ohm jeg har lagt ind. De stammer fra at min dsPIC30f4012 max må bruge 25mA pr I/O + lidt ekstra.

Henrik

[gerd]

Hej Henrik,
PC923 er en godt idé. Det har 0.4A, så Du har ikke brug for en ekstra transistor for frekvenser <= 20kHz.

Vmax af IRF640 er 200V.
Wvad er din spænding ?
Har Du 230VAC, VDC er 230V* 1.41 = 324V



Gerd

[Henrik R]

Min spænding bliver maks 167volt, da det er hvad der står på de Siemens dc servo motorer som sidder på min fræser.

PC923 er nu bestilt.

Skal der egentlig en strømbegrænsnings modstand ind imellem PC923 og MOSFET?

Skal highside IRF9640 pnp skiftes ud med IRF640 npn når jeg nu går over til PC923?

Kan se det nok bliver meget besværligt at bibeholde mulighed for -20v på gaten (især highside) når jeg skal bruge motor/midterben som reference når jeg bruger PC923. For min trafo del var tænkt til at være fælles for alle motorer.

Henrik

[gerd]

>Min spænding bliver maks 167volt, da det er hvad der står på de Siemens dc servo motorer som >sidder på min fræser.
Ja, men hvad er spændingen L1 <--> N. Er det ikke 230VAC ?

>Skal der egentlig en strømbegrænsnings modstand ind imellem PC923 og MOSFET?
Ja, start med 2R

>Skal highside IRF9640 pnp skiftes ud med IRF640 npn når jeg nu går over til PC923?
Ja ..  det er en godt idé. IRF640 har en bedre RDSon
RDSon af IRF640: 0.150R -> Ptot = 10A*10A*0.15R =  15W
RDSon af  IRF9640 : 0.500R -> Ptot = 10A*10A*0.5R = 50W !!

Men med en N-FET Du vil have en andre problem:
Source af an P-FET er en konstant spænding. Men Source af N-FET ikke.
Så du har brug for en ekstra transformer. Og det skal være en transformer med en lille kapacitet mellem den primære side og sekundære side.

Du skal også have en overspændingsbeskyttelse og en overstrømsbeskyttelse.
Hvis du bremser motoren, energien fra motoren vil strømme ind i kondensatoren og spænding vil stige.

Overstrømsbeskyttelse: Hvis du starter motoren, strømen er omkring 50A .. 200A

Gerd

[Danni-Hansen]

Hey trådstarter.

Jeg er selv igang med en 5-9 volt / 1 amp H-Bridge Driver.

Går udfra dette vejledning:

http://www.robotroom.com/BipolarHBridge.html

Hvis du erstatter transistore'ne med nogle der er bedre og som kan klare op til 200 volt, også bruger de komponenter du køre efter, bør det vel fungere? Eller er jeg helt gal på den?

Husker ikke så godt for tiden, så er ikke så knald god til elektronik, så skal lige "ind i varmen" igen, før jeg kan finde frem til en ordenlig løsning.

Mvh. Danni.

[Henrik R]

Så har jeg været igang igen.
Har set mig nødsaget til at skrotte ideen med PC923 da jeg ikke lige kunne overskue tilslutningen af disse på Highside uden brug af trafoer eller isolerede dc-dc convertere. H-bridge delen skal jeg jo bruge 3-4 stykker af. Hvorimod nuværende trafo del forsyner alle H-bridge.

Jeg håber jeg efterhånden er nogenlunde i mål. Mangler vel en stak strømbegrænsnings modstandere, som jeg ikke helt kan gennemskue størrelserne på.

Jeg har spekuleret på om min inverter skaber forsinkelse i signalet, som kan kolliderer med det ikke inverteret signal.

Gerd - Tusind tak for den store hjælp.

Danni - Jeg har kigget på de små transistor broer, men de er ikke bare lige sådan at skalerer op. Selvom jeg virkelig prøver på at 'keep it simple'.