ELETTRONICA MICROSTEP

Sezione dedicata all'elettronica di controllo cnc.
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falcmax
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Messaggio da falcmax » venerdì 10 ottobre 2008, 22:21

Ciao Cickopa,

No, non ci sono altri sottoprogrammi. E' tutto nel file.

Credevo di averlo commentato a sufficienza!!! Comunque se hai domande io sono qui.

Io di motori a 5 fasi ne capisco meno che niente.

Se mi racconti qualcosa in più (tipo come vanno pilotati, se sono in continua o in alternata etc) magari mi viene qualche idea. Considera che però prima voglio terminare questo progetto.

Un saluto

Massimo

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Ciskopa
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Messaggio da Ciskopa » venerdì 10 ottobre 2008, 23:02

Grazie per la risposta...
http://www.q-tech.hu/pdf/SanyoDenki/5%2 ... motors.pdf
Qui c'è qualcosa che spiega il funzionamento,verso la pagina 29,ho alcuni motori vexta e sanyo.. da 2.5 A.
Il bello di questi motori è che nascono con 500 step a passo intero.. a micropasso credo che si arriverebbe a valori astronomici... :)
Finisci pure il tuo progetto che è interessantissimo.. io vado avanti con la mia elettronica homemade LX 1420 :) che va benissimo.Cercavo un sistema decente per fare andare i 5 phase,il tuo è di certo il migliore che ho trovato fin'ora.Bipolare e micropasso... cos'altro chiedere di più?
Poi a tempo debito dai un'occhiata al link,vedrai che potresti innamorarti anche tu di questi gioiellini.. piccoli sì,ma performanti.
Sono principalmente utilizzati nelle fotocopiatrici a colori,per muovere il carrello,poichè hanno un movimento estremamente fluido.
Grazie ancora
Odio l'smsese.... W l'italiano!

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falcmax
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Messaggio da falcmax » martedì 14 ottobre 2008, 21:01

Ciao Ragazzi,

Durante il week end sono riuscito a ripristinare la scheda e ho continuato a fare un po' di prove.

Con il mio motore da 2.2 A va abbastanza bene (devo ancora fare delle regolazioni ma tutto sommato sono abbastanza soddisfatto).

Il problema è con il motore di Aragon (10A) che già  alimentato a 60 V mi manda in fumo alcuni mosfet, pur avendo settato la regolazione a 5 A.

Il mio dubbio è questo: Il motore ha una resistenza degli avvolgimenti di 0,23 ohm che sommata alle resistenze di sense (0.25 ohm) fanno 0.48 ohm.

60 volt su 0.48 ohm fanno 125 Amper e anche se impulsivi penso che riescano a bruciare alcuni mosfet (e dopo anche i rispettivi driver).

Non avendo esperienza su motori con questi amperaggi ho alcune domande da fare:

1) E' normale che la resistenza degli avvolgimenti sia cosi bassa o esistono motori con resistenza più alta?

2) Per risolvere il problema è meglio cambiare mosfet o aggiungere una resistenza in serie agli avvolgimenti del motore?

3) Secondo voi è veramente questa la causa?

Avrei bisogno di qualche consiglio da gente più esperta di me in questo campo (e sicuramente qui sul forum c'è ne sono anche se mi pare che per questo progetto siano un po latitanti :P)!

grazie per qualsiasi consiglio o suggerimento vogliate darmi.

Un saluto a tutti

Massimo

tecno67
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Messaggio da tecno67 » martedì 14 ottobre 2008, 22:30

Ti rinnovo la domanda. Esiste un duty-cicle minimo come con L297? Com'è il ricircolo? Se il tuo driver lavora in modalità  continua (la corrente non si annulla completamente ad ogni ciclo di chopping), come dovrebbe essere, la minima corrente erogabile è pari a:

Imin = Valimentazione*duty-cicle/Rmotore

Indipendentemente dalla regolazione della Vref.

Un altro problema, potrebbe essere che con R di fase così basse il tempo di spegnimento dei Mosfet aumenti e si verifichi una cross-conduction dei Mosfet (alto e basso). In tal caso la corrente è limitata dalla sola Rsense con risultati ben immaginabili.
Per quanto riguarda la corrente, il picco max sopportabile dall'IRF530 da te usato è di 60A, tuttavia, se il controllo corrente lavora correttamente, dovrebbe aprire i Mosfet prima che la corrente, limitata dall'induttanza, raggiunga il valore limite dato da Valimentazione/Ravvolgimento. Vi sono però situazioni particolari come la frenatura ed il funzionamento con rotore bloccato che vanno analizzate. Specie con motori di grosse dimensioni. Ad esempio nella stragrande maggioranza dei driver casalinghi non è implementato alcun sistema di protezione da sovratensione sul Bus-DC (monitoraggio con relativa disabilitazione del ponte per over-voltage e/o resistenza di frenatura).

Ciao, Luca

masterx81
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Re: ELETTRONICA MICROSTEP

Messaggio da masterx81 » martedì 21 ottobre 2008, 15:16

WHAAAAA, mi assento per qualche periodo e guarda cosa mi ritrovo!!!!
Che dire, falcmax... COMPLIMENTI!!!!
Sei riuscito a fare quello che nella mia testa era solo un progetto!!!
MITICO!!! :D

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aragon
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Re: ELETTRONICA MICROSTEP

Messaggio da aragon » mercoledì 29 ottobre 2008, 12:48

Ciao, a che punto sei, il motore gira bene?

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Bit79
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Re: ELETTRONICA MICROSTEP

Messaggio da Bit79 » mercoledì 5 novembre 2008, 16:29

Finalmente sono riuscito a riorganizzarmi i lavori, a fare pulizia sul banco (cosa importantissima, la mia scheda micropasso a mos giaceva sotto tonnellate di altra roba....) e a ricominciare gli esperimenti. Così potrò portare anche le mie esperienze in questa discussione.

Tornando agli ultimi esperimenti di falcmax, vorrei ripescare questa sua nota:
La regolazione chopper(con il motore di Aragon da 10A) lavora a circa 4kHz con emissione di un fischio abbastanza fastidioso.
Mi riferisco all'uscita del flip flop (pin 5-9), la frequenza di clock ti confermo che è di 20kHz.
Da questo sembrerebbe che appunto il sistema di regolazione si accordi su un valore di frequenza sottomultiplo di quello di clock. La cosa è probabilmente accentuata dalla modalità  di regolazione adottata da falcmax, che mi pare sia una fast decay (vengono spenti tutti i mos). Puoi confermarci questo?
Il fatto che con il motore più piccolo non avvenga probabilmente è dovuto alla minore corrente richiesta da questo motore, abbinata anche al suo valore di induttanza. Ma bisognerebbe fare misure e calcoli precisi.

Per i mos in fumo con il motore più grosso, la resistenza degli avvolgimenti non dovrebbe influire più di tanto. Il parametro principale è invece l'induttanza. Il circuito di chopper (finchè lavora bene) commuta continuamente la tensione di alimentazione ai capi dell'avvolgimento, e la corrente dipende quindi dalla tensione di alimentazione, dal valore dell'induttanza e dal tempo di applicazione della tensione all'avvolgimento stesso.

Il mos andato in fumo mi fa però pensare ad un problema di corto-circuito temporaneo in un mezzo ponte. Non mi sto riferendo alla conduzione contemporanea dei due mos (facilmente evitabile con i soliti circuiti di dead-time, e mi pare che tu l'abbia implementato), ma alla conduzione contemporanea del mos e dell'opposto diodo di ricircolo, al momento dell'ingresso in conduzione del mos stesso.

Partendo infatti dal momento in cui, durante la fase di ricircolo, la corrente fluisce attraverso i diodi di free-weeling, al momento dell'ingresso in conduzione dei mos opposti la corrente dovrebbe scorrere in questi e annullarsi nei diodi. Se il diodo di ricircolo non è sufficientemente veloce esso tarda ad interdirsi anche se il mos opposto è già  in conduzione. Per un breve istante il ramo del ponte in commutazione cortocircuita l'alimentazione e si creano picchi di corrente anche molto elevati che possono portare alla distruzione dei mos. E tali picchi sono talmente rapidi che sono difficilmente visibili anche con l'oscilloscopio.

Da vedere che riguardo a questo problema il circuito di dead-time è ininfluente: esso serve solo per evitare che conducano entrambi i mos. La conduzione contemporanea tra un mos e l'opposto diodo di ricircolo avviene anche se per assurdo si togliesse il segnale sul gate di un mos. E' inevitabile che ci sia sovrapposizione tra la conduzione del diodo e del mos opposto, il carico induttivo impone la corrente e da qualche parte deve pur passare.
Esiste un duty-cicle minimo come con L297?
Il duty cicle minimo dipende dalla larghezza dell'impulso di clock, che setta il flip-flop in maniera prioritaria rispetto al comando di reset. Questa configurazione, adottata per prevenire reset indesiderati dovito agli spikes di commutazione ad on dei mos, inibisce di fatto il reset del flip-flop per un certo periodo, determinando un minimo valore del pwm.

Con la modalità  slow decay questo determina quindi un minimo di corrente al di sotto del quale non si può scendere (se non disinibendo completamente il mezzo ponte).
Con la modalità  fast decay, visto che comunque in fase di regolazione corretta il duty cicle è sempre superiore al 50%, tale inconveniente dovrebbe in teoria non esistere. Infatti il minimo duty cicle utilizzabile (50%) genera una corrente media nulla nell'avvolgimento (con DC 50% la tensione media è nulla).
Resta però il ripple di corrente, sommato al valore medio.
Non accontentarti mai, scegli gli strumenti giusti, usali bene, non accettare compromessi, pretendi il successo. Poi ricomincia da capo.

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Re: ELETTRONICA MICROSTEP

Messaggio da tecno67 » giovedì 6 novembre 2008, 10:03

Allora! Ho dato una riguardata allo schema ed a mio parerere, comfermato anche dal fatto che il chopper si accorda su di una frequenza sottomultipla dei 20KHz, vi sono evidenti problemi di eccessivi spike. Noto che come diodi di ricircolo sono stati impiegati i diodi di protezione interni ai MOSFET. Questo, sul ramo inferiore fà  si che le correnti di ricircolo sui diodi passino attraverso le Rsense creando su quest'ultime un forte di/dt che moltiplicato per la pur piccola induttanza parassita delle Rsense stesse crea gli spike. Vi consiglio di installare, almeno sui rami inferiori, dei diodi a sè collegati direttamente verso massa.
Vedo anche che sul pilotaggio dei gate vi è il classico circuito fatto con un parallelo di un diodo e di una resistenza. Questo fà  si che i MOSFET chiudano con una velocità  inferiore a quella con cui aprono, che è la massima consentita dalla capacità  in corrente dei Mosfet-driver. Ciò riduce ulteriormente il rischio di conduzione contemporanea, ma pùo essere che il tempo di apertura così ottenuto sia tale da generare spike e/o sovratensioni se i diodi di ricircolo non sono sufficientemente veloci e manchino gli snubber RC in parallelo agli avvolgimenti, come vedo dallo schema.
Occorre anche verificare che una chiusura troppo rapida dei mosfet non crei una corrente di scarica della capacità  parassita dei diodi di ricircolo superiore alla massima corrente di picco ripetitivo supportata dai mosfet stessi. In tal caso o si sostituiscono i mosfet o si rallenta ulteriormente la loro entrata in conduzione a discapito delle perdite di commutazione.
Infine Vi segnalo questa AN della IRF (vedi in particolare il paragrafo 5).

http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-978.pdf

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Re: ELETTRONICA MICROSTEP

Messaggio da Bit79 » giovedì 6 novembre 2008, 11:09

Nel circuito di falcmax gli spikes possono provocare reset prematuri del flip-flop di enable poichè non ha implementato la configurazione a set prioritario, che gli permetterebbe di realizzare un certo blank-time, in cui eventuali impulsi di reset sono ignorati.

Il blank-time si realizza facilmente usando un latch (non un flip-flop) con set dominante. Il clock del chopper deve ovviamente essere connesso al set del latch, ed avere una forma d'onda rettangolare, con livello attivo molto stretto. La durata del livello attivo è però importante, poichè blocca il latch nello stato settato. Poichè gli spikes si verificano durante la commutazione, quindi immediatamente dopo l'arrivo del fronte di clock, il fatto di mantenere il clock attico per un determinato tempo fa in modo che eventuali spikes di reset siano ignorati.
Ovviamente non si può allungare troppo questo tempo, perchè ciò provoca un aumento della corrente minima erogabile.

Nel circuito di falcmax il problema può essere anche questo, però nel mio ho implementato questa soluzione e ho ugualmente problemi di stabilità .

Riguardo alla chiusura rapida dei mos e alla conseguente corrente di scarica della capacità  parassita del diodo opposto avevo già  in passato rilevato il problema, e l'unica soluzione fu appunto rallentare la commutazione ad on dei mos (aumentando però la potenza dissipata).
Il circuito in cui feci la modifica però lavorava a 800 Hz, farlo su un circuito che lavora a 20 KHz non so quanto sia consigliabile.

Forse bisognerebbe selezionare dei mos con diodo integrato più rapido. Il circuito dove avevo il problema era realizzato con IRFP460, e funzionava a 310 V con correnti di 6-8 A. Per rallentarne la commutazione ad on ho aumentato la resistenza di gate fino a 1800 ohm (con diodo in parallelo per scarica rapida)....
Non credo però che sia la strada giusta...
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Re: ELETTRONICA MICROSTEP

Messaggio da tecno67 » giovedì 6 novembre 2008, 11:16

E riguardo snubber e diodi di ricircolo esterni cosa ne pensi?

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Re: ELETTRONICA MICROSTEP

Messaggio da tecno67 » giovedì 6 novembre 2008, 13:42

Una possibile soluzione al problema della cross-conduction ed alla corrente di scarica della capacità  parassita, potrebbe essere a mio parere l'adodione di una piccola induttanza tra drain e positivo nei rami alti del ponte. Su di un ponte come quello in esame del valore di 0.8-1uH. Assolutamente ininfluente ai fini del motore, che ha induttanze dell'ordine dei mH, ma in gardo di limitare i fronti di corrente a valori <90-100A/uS.
Cosa ne pensi?

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Re: ELETTRONICA MICROSTEP

Messaggio da falcmax » giovedì 6 novembre 2008, 19:56

Buongiorno a tutti,

Ringrazio bit79 e tecno67 per i loro preziosi consigli e suggerimenti.

Mi scuso per essere stato un po assente nell'ultimo periodo ma il lavoro mi ha portato di nuovo all'estero.

Vediamo di fare un punto della situazione:

Mi sono arrivate altre 4 schede (che devo terminare di montare).

Confermo che la modalità  utilizzata è la fast decay e che ho anche provato a montare dei diodi di ricircolo esterni più veloci ma senza risultati apprezzabili. Ho un forte dubbio sui mos utilizzati (in quanto sono da 100V) e quindi al limite (anche se durante le prove non sono mai andato oltre a 65V). Comunque li ho sostituiti con dei IRF540 che sono da 200V e appena posso provo con questi.
Meglio ancora sarebbero gli IRFB4227 ma hanno un prezzo proibitivo su RS.
Per quanto riguarda l'eventuale reset del flip flop, sinceramente non ho avuto modo di vederlo all'oscilloscopio ma anche se ci fosse non dovrebbe essere lui la causa della rottura dei mosfet(in quanto li disattiverebbe).
Anche a me è venuto il sospetto che potrebbe esserci un problema di cross conduction tra un mosfet e il diodo dell'altro ponte, ma in questo caso mi aspetterei di vedere bruciarsi i diodi di ricircolo esterni(che ho messo da 2A) piuttosto del mos!
Comunque appena finisco di montare le nuove schede prosegue con le prove e vi aggiorno.

Grazie ancora a tutti.

ciao

Massimo

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Re: ELETTRONICA MICROSTEP

Messaggio da tecno67 » giovedì 6 novembre 2008, 21:10

Io ho usato gli IRFB42N20D che sono di poco inferiori. Costati uno sproposito, ma alla fine considerato che ti perdonano qualche stupidata avendo caratteristiche stratosferiche, ne è valsa la pena. Considera che usando 80volt anche in caso di malfunzionamento del chopper fanno a tempo a salvarsi. per la cross conduction invece non c'è nulla da fare e sempre distruttiva. Hai letto l'AN che vi ho segnalato (riguarda gli IR2111 ma può darsi che avvenga anche coi gate driver che hai usato tu)), mi pare di capire che se il picco negativo sul pin HO supera i -5Volt l'uscita alta del gate driver puo rimanere bloccata. non vorrei fosse questa la causa della fumata. Se così fosse direi che i diodi di ricircolo esterni e qualche bel condensatore poliestere sul bus dc sono d'obbligo.

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Re: ELETTRONICA MICROSTEP

Messaggio da Bit79 » giovedì 6 novembre 2008, 21:48

E riguardo snubber e diodi di ricircolo esterni cosa ne pensi?
Gli snubber dovrebbero solamente limitare la potenza dissipata durante la commutazione, se ricordo bene (ho delle dispense da qualche parte, le avevo studiate anni fa...).

Il diodo di ricircolo esterno potrebbe risolvere il problema solo se impedisse di condurre al diodo integrato nel mos. Altrimenti conducono entrambi e non credo si abbia miglioramento apprezzabile. Casomai il diodo esterno più veloce entra in conduzione prima e limita il picco di tensione allo spengimento del mos (ma questo lo si può limitare anche con uno snubber).
...potrebbe essere a mio parere l'adodione di una piccola induttanza tra drain e positivo...
Boh, forse... il gradiente di salita della corrente al momento della commutazione ad on del mos dovrebbe limitarsi, senza innalzare la potenza dissipata in commutazione... però probabilmente peggiora la situazione durante la commutazione ad off. Qui infatti l'induttanza si oppone all'entrata in conduzione del diodo di ricircolo e probabilmente aumentano i picchi di tensione sul mos opposto (che va a off).
Per quanto riguarda l'eventuale reset del flip flop, sinceramente non ho avuto modo di vederlo all'oscilloscopio ma anche se ci fosse non dovrebbe essere lui la causa della rottura dei mosfet(in quanto li disattiverebbe).
Il discorso del flip-flop era per spiegare il fatto che il circuito si accorda su una frequenza sottomultiplo di quella di clock. Anche se la soluzione da me indicata non copre tutti i difetti. Questo non crea grossi problemi per i mos, in fondo le commutazioni sono sempre quelle (o meno). Casomai aumenta il ripple di corrente (e quindi la dissipazione del motore) e il rumore audio.
Il diodo esterno è l'unico componente che si salva proprio perchè è più veloce.... sono il mos e il diodo di ricircolo integrato opposto che si prendono la botta di corrente. Questo spiega la mia perplessità  nell'usare diodi esterni.
Probabilmente la soluzione migliore (anche se più costosa) è scegliere un mos più veloce (ponendo cura anche alle caratteristiche del diodo).
...mi pare di capire che se il picco negativo sul pin HO supera i -5Volt l'uscita alta del gate driver puo rimanere bloccata. non vorrei fosse questa la causa della fumata...
Non so, devo ancora leggere l'AN da te segnalata. Non credo mi sia mai capitato un blocco sul driver che abbia provocato la cross conduction....
Però sapere cosa fa un circuito del genere non è facile...
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Re: ELETTRONICA MICROSTEP

Messaggio da tecno67 » venerdì 7 novembre 2008, 9:46

Scusa Bit79 se ti correggo!

Gli snubber non riducono le perdite di commutazione le aumentano. Sui mosfet non cambia quasi nulla. Ma gli snubber stessi sono sede di perdita, sulla resistenza. Il loro effetto è che consentendo, almeno fino alla carica/scarica completa del condensatore, il ricircolo della corrente nell'intervallo dalla apertura dei mosfet fino all'entrata in conduzione dei diodi, riducono i picchi di tensione inversa generati dalla induttanza (e=L*di/dt) degli avvolgimenti aprendo/chiudendo i Mosfet.

I diodi di ricircolo esterni servono per evitare che nella fase di ricircolo il verso corrente nella Rsense si inverta, ma semplicemente si riduca a zero. Senza diodi esterni la corrente di ricircolo ha verso identico sugli avvolgimenti, ma inverso sulla Rsense perchè la corrente ricircola sul diodo opposto al mosfet basso che si spegne e sul diodo superiore. La direzione della corrente è quella della freccio sul diodo!

Per evitare che entri in conduzione anche il diodo interno al mosfet, basta che il diodo esterno abbia una Vf minore. Usate i BYW29-200 (Vf=0.85V 35nS If=8A e tensione inversa 200V)

Ultimo, per falcmax:

I mosfet col motore da 10A fumano: Subito, Con il motore fermo o Quando il motore gira e quindi si ha una inversione nel verso della corrente sugli avvolgimenti. In quest'ultimo caso, potresti modificare il software ed inserire una disabilitazione del ponte solo quando avanzi di un passo, anche dell'ordine di un 0.5mS. Così daresti tempo all'induttanza degli avvolgimenti di scaricarsi ed eviteresti di far chiudere i mosfet in controcorrente. Considerato che gli IRF530 sono solo da 100V questo va assolutamente evitato. Tieni conto che se, come nel tuo caso non vi sono snubber e non vi è un sistema di limitazione della tensione sul DCbus(resistenza di frenatura e/o diodi soppressori di sovratensione vedi il ponte per motori in CC su cui stà  lavorando DAG) i Mosfet dovrebbero essere minimo per il doppio della tensione di alimentazione, meglio 2.5volte, se i motori sono grossi e muvono carichi con grande inerzia.

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