Задача : микроконтроллер по ШИМ-у управляет полевым транзистором , драйвер последнего способен обеспечить время нарастания и спада напряжения на затворе до 15 наносекунд (по даташиту фактически - неизвестно) , необходимо "сообщить" микроконтроллеру когда транзистор фактически находится в открытом состоянии. Ниже на рисунке затворного импульса необходимый момент обозначен цифрой 2. Задача осложняется тем что устройство питается от трех последовательно соединенных Li-ion аккумуляторов и соответственно должно уметь работать при напряжениях 12.6 - 8.7 вольт
РИС. 1
Попытка решения :
РИС. 2
Принцип работы :
На стабилитроне Х3 и резисторе R2 собран параметрический стабилизатор напряжения, рассчитанный на ток стабилитрона 1 миллиампер при напряжении импульса 8.7 вольт
8.7v-5.1v = 3.6v падение на резисторе при разряженном аккумуляторе 12.6-5.1 = 7.5v падение на резисторе при заряженом аккумуляторе
3.6v / 0.001a = 3600 ом при этом ток через него на полностью заряженном аккумуляторе составит 7.5 / 3600 = 0.002 a
таким образом во время нарастающего фронта на затворе транзистора Х1 произойдет следующее : 1) пока напряжение ниже 5.1 вольта стабилитрон закрыт , затвор транзистора Х4 подтянут к земле цепочкой R4 R2 , следовательно тоже закрыт 2) напряжение на затворе Х1 перевалило через 5.1 вольта , стабилитрон пробивает и так как разряженную емкость затвора Х4 можно считать коротким замыканием большая часть тока потечет по цепи R4 - затвор X4 и судя по расчетам пиковый ток через стабилитрон превысит максимальные 20 миллиампер , в этом-то и заключается проблема
увеличение номинала R4 - не вариант , снизится скорость открытия транзистора Х4
сначала думал использовать компаратор , но дешевые очень медленные - в среднем 1.3 микросекунды , а быстрые дорогие от 200р/шт и выше.
потом пришла мысль вычислять задержку программно но тут о точности можно забыть так как этот параметр зависит от напряжения питания , отклонения в номинале затворного резистора и емкости затвора , короче не вариант
сам решение вижу в использовании более мощного стабилитрона, например этого одноваттного красавца http://docs-europe.electrocomponents.co ... 04c31a.pdf , но тут я столкнулся с одной проблемой : во многих даташитах на стабилитроны указывают не диапазон рабочих токов а только один (так понимаю максимальный) а как вычислить минимальный я понятия не имею, а хотелось-бы
кстати по этой причине в приведенной выше схеме использован 1n5231 , изначально из за корпуса sod-523 планировалось использовать MM5Z5V1
ну и еще я не придумал ускоритель закрытия транзистора Х4 , хотя это проще
В разделе автоэлектроники имеются специализированные деталюшки с решением подобной задачи. И/или категория Smart Power Switches (ключи с дополнительными мозгами).
В разделе автоэлектроники имеются специализированные деталюшки с решением подобной задачи. И/или категория Smart Power Switches (ключи с дополнительными мозгами).
спасибо но то о чем вы говорите подходит для коммутации питания а не для моей задачи, когда по шим-у управляется нагрузка максимально потребляющая около 80 - 90 ампер , а максимальный размер управляющей платы 18х35мм с кучей тех. вырезов поэтому о таких переключателях в больших корпусах тоже речи не ведется
что-же до задачи то все просто , так как на плате нет места для токового шунта , вместо него буду мерить падение напряжения на открытом канале силового мосфета, а значит микроконтроллер должен четко понимать в какой период времени можно производить измерения
для этих задач я нашел заводское решение https://lib.chipdip.ru/033/DOC001033810.pdf но оно для 15-18 вольтового управления в высоковольтных схемах , как оно себя будет вести в моих условиях - не понятно. ну и ведет оно себя несколько иначе , оно не сообщает мозгам когда мерить а когда нет, эта микра просто подключает и отключает измерительную цепь когда это требуется
а что до моей попытки реализовать подобное то микроконтроллер будет производить измерения просто в определенный период а операционник будет защищен так :
раз больше 5-и вольт на вход давать нельзя то по входу стоят стабилитроны которые ограничат напряжение в то время пока транзистор закрыт , а когда откроется микроконтроллер должен начать измерения и закончить их в идеале за 10 - 50 наносекунд до закрытия
ps: номиналы резисторов будут другими, пока не выбрал какой коэфф усиления делать.
pps: сразу забыл выложить файл первой схемы в микрокапе для симуляции , вот он
Нашлось решение проблемы, которое хоть и не идеально но уже близко к этому - tl431 в режиме компаратора, однако в процессе создания возникли новые вопросы требующие ответов. Обо всем по порядку :
РИС.1 схема того что я "наваял"
РИС.2 график переходных процессов при открытии силового фета
РИС.3 график переходных процессов при закрытии силового фета
По графикам : v(3) синий - выходной импульс с генератора V1 (в конечном устройстве это будет выходом драйвера силового фета) v(2) черный - точка соединения R4 , R5 и катода TL431 (используется как выход компаратора для подачи данных к микроконтроллеру) v(6) красный - точка соединения истоков мосфетов Х4 , Х5 и резистора R17 (сюда будет подключен операционник измеряющий силу тока) v(7) зеленый - напряжение на затворе силового фета Х7 v(9) фиолетовый напряжение на стоке силового фета Х7
Как видно по графикам, скорость работы tl431 спокойно даст фору любому высокоскоростному компаратору и это при разнице в ценах LMV7219 - 200-150 руб против 7 рублей за tl431. Однако у всего своя цена, в случае tl431 высокий лог уровень - 4.5 вольта, а низкий 1 вольт (см РИС.2 РИС.3) , для avr судя по даташиту (attiny44a) низкий входной уровень при питании 2.4 - 5 вольт равен 0.3VCC тоесть 0.3*5 = 1.5 , а у нас 1 - значит укладываемся , высокий входной уровень при питании 2.4 - 5 вольт равен 0.6VCC тоесть 0.6*5 = 3 - тоже укладываемся. Если верить этим данным то можно заводить этот сигнал на простое внешнее прерывание и все будет тикать как часы , но вот только меня терзают сомнения насчет того что tl431 в реально собранной схеме будет держать эти параметры , допустим это я проверю собрав тестовую схему, но не будет-ли большого разброса в зависимости от партии , скажем +- 5% - не страшно но если разброс будет большим это уже не есть гуд.
Наверняка у многих тут возникает вопрос - почему я не использую встроенный в микроконтроллер компаратор? Да он хорош, при питании 5 вольт и хорошей разнице между входами время срабатывания 75 наносекунд + 1-2 такта микроконтроллера (1/8000000 = 125 наносекунд). Ответ прост - боюсь что паразитные выбросы на затворе прикончат его. Если кто-то развенчает этот страх - буду благодарен.
Теперь разберемся с микросхемой IR25750 , я опасаюсь ее использовать в связи с тем что производитель поленился в даташите https://lib.chipdip.ru/033/DOC001033810.pdf дать подробные электрические характеристики с графиками переходных процессов , а значит невозможно точно рассчитать ее поведение, поэтому я принял решение повторить ее схемотехнику на рассыпухе. В приведенной на РИС.1 схеме это выполнено на транзисторах BSS84 и BSS138 , в реальности буду делать на DMG1029SV из-за корпуса sot563 , однако его не было среди моделей microcap. По даташиту для N и P каналов максимальное затворное напряжение +-20 вольт , однако меня всегда настораживало то что в подробных характеристиках указывают лишь данные для 10-и вольт , полагаю это у меня паранойя ,но если их по шим-у дергать на +- 12.6 вольт не сократится-ли их срок службы?
Еще никак не могу понять зачем в IR25750 стоит резистор 1k в цепи стока N-канальника (РИС.4 между входом VS и стоком HVFET) ?
Следующий вопрос касается уже самого силового фета , точнее графиков его переходных процессов в микрокап. Возьмем например график заряда емкости затвора (РИС.2 кривая v(7) ) , в моем мозгу это выглядело иначе , например как на РИС.5 , а крутизна такого графика должна определяться постоянной времени RC , откуда на графике симуляции взялся резкий наклон этой характеристики - непонятно , это у меня вызывает сомнения в точности симуляции microcap. На графике закрытия силового фета тоже наблюдается подобное явление (РИС.3 кривая v(7) ). Кто работает в этой программе - каково ваше мнение о точности симуляции в ней?
Качественное и безопасное устройство, работающее от аккумулятора, должно учитывать его физические и химические свойства, профили заряда и разряда, их изменение во времени и под влиянием различных условий, таких как температура и ток нагрузки. Мы расскажем о литий-ионных аккумуляторных батареях EVE и нескольких решениях от различных китайских компаний, рекомендуемых для разработок приложений с использованием этих АКБ. Представленные в статье китайские аналоги помогут заменить продукцию западных брендов с оптимизацией цены без потери качества.
Задача : микроконтроллер по ШИМ-у управляет полевым транзистором , драйвер последнего способен обеспечить время нарастания и спада напряжения на затворе до 15 наносекунд (по даташиту фактически - неизвестно) , необходимо "сообщить" микроконтроллеру когда транзистор фактически находится в открытом состоянии. Ниже на рисунке затворного импульса необходимый момент обозначен цифрой 2. Задача осложняется тем что устройство питается от трех последовательно соединенных Li-ion аккумуляторов и соответственно должно уметь работать при напряжениях 12.6 - 8.7 вольт
Я вот подумал, а не проще еще одну ножку МК использовать для внешнего прерывания и таким образом сообщить о нужном событии? Что бы это понять нужно знать какой используется МК, на какой частоте и какая макс и мин длительность "момента 2", ШИМ - частота?
Компания EVE выпустила новый аккумулятор серии PLM, сочетающий в себе высокую безопасность, длительный срок службы, широкий температурный диапазон и высокую токоотдачу даже при отрицательной температуре.
Эти аккумуляторы поддерживают заряд при температуре от -40/-20°С (сниженным значением тока), безопасны (не воспламеняются и не взрываются) при механическом повреждении (протыкание и сдавливание), устойчивы к вибрации. Они могут применяться как для автотранспорта (трекеры, маячки, сигнализация), так и для промышленных устройств мониторинга, IoT-устройств.
attiny44a ; 8MHz от внутреннего генератора , шим на частоте приблизительно 3900 Hz (прескалер таймера 8) , минимальная скважность 10% , макс скважность 90%
Максимальную и минимальную длительность "момента 2" точно определить невозможно так как фронты импульса (моменты 1 и 3) зависят от отклонений в емкости затвора , отклонений во времени задержки включения , отклонений в номинале затворного резистора , единственное что можно точно утверждать это то что максимальное время импульса вместе с фронтами равно - 1/3900*0.9 = 0,00023 сек. а минимальное 1/3900*0.1 = 0,0000256 сек.
Я не понял как именно вы предлагаете завести туда прерывание, все вышеописанные "танцы с бубном" , в том числе c tl431, на это и нацелены , единственное почему стараюсь не заводить все напрямую с затвора - боюсь прибить микроконтроллер , а надежность у меня на первом месте .
...Я не понял как именно вы предлагаете завести туда прерывание... ....боюсь прибить микроконтроллер , а надежность у меня на первом месте .
Я не знаю всей вашей схемы - задумки, но не вижу ничего страшного, через делитель, защита стабилитроном... 220 заводят для отслеживания перехода через 0 и все работает надежно. Но речь не об этом пока.
acckyiboxxx писал(а):
attiny44a ; 8MHz от внутреннего генератора , шим на частоте приблизительно 3900 Hz (прескалер таймера , минимальная скважность 10% , макс скважность 90% можно точно утверждать это то что максимальное время импульса вместе с фронтами равно - 1/3900*0.9 = 0,00023 сек. а минимальное 1/3900*0.1 = 0,0000256 сек.
Вот исходя из этого и посчитаем примерно. Вы в любом случае собираетесь от внешней схемы завести сигнал в МК и дальше прерывание - иначе нет смысла. Минимальное время импульса у вас 25,6 микросекунды. Один такт МК 0,125 микросекунды или 125 наносекунд. Производитель драйвера вам обещает фронт импульса не более 15 наносекунд. Время реакции на прерывании у вас будет 4 такта (см. ДШ для подробностей), это составит 1 микросекунду. Как вы думаете, что должно случиться с драйвером и ПТ(полевым транзистором), чтобы фронт затянулся на 5 тактов хотя-бы?! То есть фронт на затворе должен быть 1,125 микросекунды вместо 0,015 микросекунды, обещанных как максимум? Понимаете к чему я это посчитал? Наверное, не до конца... Думаю левый или неисправный драйвер вы должны выявить на стадии монтажа, детали правильно рассчитать и такого затягивания не будет. Если, конечно, правильно учтете характеристики драйвера, резистор в затворе и емкость затвора. Но, похоже, вы делаете импульсный источник питания и для этого случая есть смысл следить, за нагрузкой например. В этом случае завести сигнал о потребляемом токе на прерывание, а лучше на компаратор. Тогда вы сможете остановить свой ШИМ в нужное время и у вас останутся целы не только МК и драйвер, но еще и транзистор с нагрузкой. Иначе, следя только за фронтами на выходе драйвера, есть риск потерять и драйвер и транзистор... Я так мыслю, но никого не уговариваю. На таком принципе (компаратор МК - ОУ - нагрузочный резистор) я разработал схему и программу для одного знакомого по удаленке. Он сделал себе такую защиту для ЛБП из ИБП АТХ. Как он ни закорачивал выход БП все остается целым и холодным.
Rtmip , спасибо за подсказку, перегрузки по току я собирался вычислять на АЦП , и на основе этого и останавливать работу, но как вы верно подметили время мне этого не позволит, нужен аналоговый компаратор с защелкой, который на вход будет брать напряжение с усилителя тока , и коротить вход драйвера в случае перегрузки по току , а ШИМ на вход драйвера тогда буду подавать через резистор 1ком. что-бы сработка компаратора не конфликтовала с ШИМ-ом МК.
Осталось придумать как прикрутить защелку к дешевому компаратору, например TL331. Буду думать.
Это не импульсный БП , это блок управление электродвигателем постоянного тока от аккумулятора (3 банки Li-Po) , в зависимости от положение переменного резистора (напряжение на одном из входов АЦП) нужно выдерживать выходную мощность на заданном уровне. Движок максимально потребляет 60 ампер , параллельно ему для защиты транзисторов стоит диод SS8P5C.
...Осталось придумать как прикрутить защелку к дешевому компаратору, например TL331. Буду думать...
Советую обратить внимание на быстрый, бесплатный и надежный компаратор, который уже есть у вас в МК. Тогда остается добавить токовый шунт и усилитель для него, и разумно написать программу.
на шунт нет места, а на целый огород из деталей есть. Если ток большой, низкоомный шунт и специальный усилитель для него. Если остановится на измерении падения напряжения, то для этого есть есть специальные MOSFET, с токовым выводом.
_________________ "То, что я понял, - прекрасно, из этого я заключаю, что остальное, что я не понял, - тоже прекрасно". Сократ.
на шунт нет места, а на целый огород из деталей есть.
Именно так, устройство будет разведено на 3 платы: 1) слаботочная (микроконтроллер + его обвес + усилители итд) размер 20х20мм монтируется под силовой платой и соединяется с ней этим https://www.chipdip.ru/product/pll-30 на пайку 2) сильноточная ( 2 транзистора PSMN2R4-30YLD , диод SS8P5C , драйвер fan3121 , затворный резистор) размер 20х20 с вырезом одного угла на 5мм и высотой 10 мм. И в довесок ко всему большей частью нижней стороны платы она будет прикручена через прокладку к аллюминиевому радиатору , а значит детали располагаем только на одной стороне. 3) сигнальная (3 1206 светодиода + шлейф 1.27мм 4 провода) соединяется со слаботочной платой шлейфом размер 7 * 12мм
токовый шунт можно ставить только на силовую плату на которой места мало! я прикидывал как туда воткнуть CSS2H-2512R-L500F (0.0005ом 6Вт 2512 , это очень гемморойно если вобще возможно (такой стоит в заводском варианте изготавливаемого устройства где все на одной плате) я не могу позволить себе другую конфигурацию плат , посему токовый шунт отпадает.
Rtmip писал(а):
Советую обратить внимание на быстрый, бесплатный и надежный компаратор, который уже есть у вас в МК. Тогда остается добавить токовый шунт и усилитель для него, и разумно написать программу.
Вы правы, сейчас отказываюсь от него лишь потому что нельзя использовать коммутацию пина AIN2 на входы АЦП в то время пока ацп включен , + я не знаю один момент - если я подключаю AIN1 к встроенному источнику опорного напряжения смогу-ли я использовать лапку микроконтроллера к которой AIN1 ПОДКЛЮЧАЕТСЯ ФИЗИЧЕСКИ как вход АЦП. Скорее всего так и поступлю , просто перекручу всю схему по-другому.
...Вы правы, сейчас отказываюсь от него лишь потому что нельзя использовать коммутацию пина AIN2 на входы АЦП в то время пока ацп включен , + я не знаю один момент - если я подключаю AIN1 к встроенному источнику опорного напряжения смогу-ли я использовать лапку микроконтроллера к которой AIN1 ПОДКЛЮЧАЕТСЯ ФИЗИЧЕСКИ как вход АЦП. Скорее всего так и поступлю , просто перекручу всю схему по-другому...
Я внимательно вашу схему не изучал, но видно, что у вас свободны порядка 7 выводов!!! Просто немного переделайте и освободите вывод AIN0. Далее используйте его как компаратор независимо от АЦП, думаю так будет проще...
В штатном режиме 60 ампер , если заклинит движок думаю и все 100 можно увидеть кратковременно, на слаботочной плате места хоть задницей кушай поэтому с измерением затвороного сопротивления проблем нет , а на сильноточную что-то большее чем 2 резистора 1206 в параллель не умещу 100% 3.5мм на 4мм
При вашем токе, можно даже без шунтирующего резистора обойтись, а мерить падение прям на проводе, ну или на плате, на крайний случай можно и на транзисторах померить, если они у вас на землю, то проблем составить это не должно, далее каким нибудь быстрым ОУ усиливаем, и подрубаем к компаратору в МК ну или быстрому компаратору в своем корпусе(все таки у AVR достаточно долгое время срабатывания, 2 такта на установку бита компаратора, 4 на старт прерывания, ну и 1-8 на действие), ну и выход схемы лучше прицепить на элемент И, в который входит ШИМ ну и наш запрещающий сигнал. Только при старте двигателя у нас будут проблемы, поэтому думаю имеет смысл добавить еще схему отключения запрещающего сигнала(подтяжка его к логической 1), например с ноги того же AVR, только у 8ми битных аврок нет режима с Open Source, поэтому придется переводить порт в режим чтения, при разрешении запрещающего сигнала(а когда надо этот сигнал запретить, просто переводим порт в режим вывода и ставим на нем высокий уровень), как то так, ну или можно обойтись еще одним лог элементом или, в который подаем запрещающий сигнал и отрицательный сигнал разрешения запрещающего. Накалякал я конечно запутанно, но думаю разобраться можно... А да, забыл вроде, при старте двигателя мы на некоторое время отключаем защиту, т.к. у нас двигатель будет жрать ток как заклинивший.
а биполярный тразистор не подойдет? (в исходную схему к стабилитрону)
_________________ Просто не учи физику в школе, и вся твоя жизнь будет наполнена чудесами и волшебством Безграмотно вопрошающим про силовую или высоковольтную электронику я не отвечаю, а то ещё посадят за участие в (само)убиении оболтуса...
Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 12
Вы не можете начинать темы Вы не можете отвечать на сообщения Вы не можете редактировать свои сообщения Вы не можете удалять свои сообщения Вы не можете добавлять вложения
Вход
Регистрация
Правила
FAQ
Поиск
