Un altra elettronica L297+MOS

Sezione dedicata all'elettronica di controllo cnc.
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tecno67
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Re: Un altra elettronica L297+MOS

Messaggio da tecno67 » mercoledì 24 giugno 2009, 21:23

Si! In effetti se il motore deve stare fermo parecchio i condensatori di bootstrap a lungo andare si scaricano.
Tuttavia mi domandavo se invece di stare a piazzare quattro ICM755 e relativa componentistica, non fosse possibile, considerato che noi non impieghiamo certo delle centinaia di volt (max una ottantina) mantenere carichi i condensatori con un semplice circuito costituito da una resistenza di elevato valore tra il positivo di potenza ed il piedino VB dell'IR2110 applicando poi uno zener da 15V tra VB e VS ed aumentando convenientemente la tensione inversa del diodo di carica del bootstrap.
Il circuito di bootstrap tradizionale continuerebbe a fornire l'energia di accensione del Gate. La resistenza verso il +Vbus col relativo zener saranno invece dimensionati per la sola corrente di fuga sul gate che è molto piccola. Non è molto elegante, sicuramente meno efficiente, ma decisamente più facile da implementare sullo stampato.
Intanto che ci sono, vorrei chiederti se hai già  provato a salire un pò sopra i 30Volt con la tensione di alimentazione e se si che problemi hai riscontrato nel caso. Da che tipo di chopper stai impiegando sul 297? Phase o inhibit?

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Re: Un altra elettronica L297+MOS

Messaggio da RsX » mercoledì 24 giugno 2009, 21:51

non è possibile mettere una semplice resistenza tra la Vr(sempre in riferimento allo schema precedente) e la Vb perchè, essendo il mosfet alto in conduzione, la tensione Vbs sarebbe uguale a Vds=Rdson*A (Vs è collegata al source del mosfet e Vb vede, tramite la resistenza, Vr)
posso usare sia phase che inhibit, ho provato con entrambi, ma il problema, se non ricordo male, persiste
forse serve un alimentazione maggiore di 12V perchè, nel caso del chop tramite inhibit, la carica di Cboot avviene tramite UDF4007 e il diodo di ricircolo del mosfet basso, i quali sottratti ai 12V potrebbero dare una tensione tale da attivare l'UV DETECT?
Immagine
questo schema è piuttosto simile, usa l'ICM755(o ICM7555? :?: ) e, con i mosfet adeguati, lavora a 350V :)
solo non riesco a trovare la lista dei componenti che ha utilizzato :(
mi interessano soprattutto R5-6-13-14, cioè quelle collegate in serie al condensatore di carica
ma non sono sicuro del suo funzionamento, anche perchè vedo che su cnczone disegnano parecchi schemi che rimangono solo teorici
quello che non capisco è il circuito che segue la corrente durante la carica di Cboot tramite ICM755

tecno67
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Re: Un altra elettronica L297+MOS

Messaggio da tecno67 » mercoledì 24 giugno 2009, 22:31

Anche a me non è molto chiaro. Personalmente vedrei molto più semplice e lineare creare una unica alimentazione ausiliaria isolata (tra l'altro condivisibile da più ponti) con GND riferita(collegata) al +Vbus da usare semplicemente in alimentazione a VB, tramite le resistenze di valore elevato e sempre con zener rispetto a VS.

RsX
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Re: Un altra elettronica L297+MOS

Messaggio da RsX » mercoledì 24 giugno 2009, 23:06

RsX ha scritto:posso usare sia phase che inhibit, ho provato con entrambi, ma il problema, se non ricordo male, persiste
forse serve un alimentazione maggiore di 12V perchè, nel caso del chop tramite inhibit, la carica di Cboot avviene tramite UDF4007 e il diodo di ricircolo del mosfet basso, i quali sottratti ai 12V potrebbero dare una tensione tale da attivare l'UV DETECT?
sbagliavo... funziona con inhibit, nonostante i 2 diodi (UDF4007 e mosfet), il condensatore rimane carico ad una tensione sufficiente
Isolated supplies are normally used for this purpose.
But isolated supplies add cost and are frequently responsible for spurious turn-on of the power
devices due to the coupling of the switching dv/dt through the inter-winding capacitance of their
transformer.
...non mi sembra ottimale per questa applicazione dove viene richiesta precisione...

ho riflettuto su quel circuito e dovrebbe funzionare, immagino che quelle resistenze servano a limitare la corrente di carica del condensatore, e saranno di valore molto basso, es. 100V -> 100V/200mA(massima corrente del 555)=500ohm
la carica del condensatore avviene tramite il mosfet, la resistenza posta al centrale del ponte, il diodo zener da 15V(polarizzato direttamente), la resistenza e il 555 e dovrebbe raggiungere una tensione pari a Vr-Vds-Vzener
quando il 555 porta la sua uscita a 12V il condensatore si trova in serie e a Vb vedremo una tensione di Vr-Vds-Vzener+12v con riferimento a massa
con riferimento a Vs avremo Vr-Vds-Vzener+12v+Vds => Vr-Vzener+12v, lo zener non dovrebbe entrare in conduzione, e il Cboot dovrebbe caricarsi ad una tensione di Vr-Vzener+12v-Vd (il diodo tra il condensatore e Vb)
Ultima modifica di RsX il mercoledì 24 giugno 2009, 23:18, modificato 1 volta in totale.

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Re: Un altra elettronica L297+MOS

Messaggio da tecno67 » mercoledì 24 giugno 2009, 23:13

Riguardo alle resistenze penso che dato che nella peggiore delle ipotesi (commutazione contemporanea da alto a basso su due ponti) si troverebbero a dover caricare/scaricare due condensatori da 2.2nF a 362Volt potendo impiegare ciascuna metà  della massima corrente erogabile dall'ICM755. Quindi sono in ogni caso di valore abbastanza elevato.
Dal data-sheet dell'ICM755 la max corrente erogabile è 100mA. Quindi 362Volt/0.05A=7250 Ohm minimo e la carica avverrebbe in 15.95uSec.

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Re: Un altra elettronica L297+MOS

Messaggio da RsX » giovedì 25 giugno 2009, 0:02

non credo sia solo quello il tempo di carica
Il risultato di tale prodotto viene chiamato " costante di tempo " e viene indicato con la lettera greca t (tau), e quindi:
t = R * C
dove R è espresso in Ohm e C in Farad ed il risultato in secondi.
Sempre sperimentalmente è stato verificato che il condensatore può essere considerato carico dopo un tempo
T = 4 à· 5 t perchè dopo il primo t si carica del 63% della tensione applicata e dopo ogni altra costante di tempo
( t ) si carica sempre di un ulteriore 63% , ma della differenza restante.
La carica rispetterà , all'incirca, la seguente tabella:
Tempo % di carica
1° t 63 %
2° t 86 %
3° t 95 %
4° t 97 %
5° t 99 %
se nel tempo tau si carica al 63%, non ce la facciamo proprio a superare la Vr
siccome serve una tensione di circa 10V sul gate, quindi sul Cboot, e alimentiamo il ne555/icm755 con 12V, possiamo perdere nel processo circa 2V
Vds sarà  Rdson*Imotore, 0.1ohm per un irf540 e supponendo un motore da 5A avremo 0.5V
Vzener circa 0.7V
Vr 80V (sarà  possibile con irf540? :? )
dandogli 5tau di tempo di carica, lo avremo ad una tensione di (Vr-Vds-Vzener)*99%=78.8V*99%=78.012V
quando andremo a caricare Cboot perderemo 0.7V sul diodo tra Vb e lo zener, si aggiungerà  la Vds, e avremo 77.8V
ma stiamo scaricando un condensatore...in un altro condensatore... alla fine che tensione avremo su Cboot?
2.2nF basteranno a far fronte alle perdite?
7.5Khz a duty 50% sono 66.6uS di carica
volendo 5tau, tau sarà  66.6uS/5=13.3uS da cui R=13.3uS/2.2nF=6045ohm
richiedendo così una corrente iniziale a condensatore scarico di 80V/6K=14mA...moltiplicato per i 4 condensatori Cboot sono 56mA
se non ho sbagliato niente, non sembra poi così tragica la faccenda
però ho un Cboot di 100nF e un condensatore di ricarica da 2.2nF...qualcuno li riesce a collegare?

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Re: Un altra elettronica L297+MOS

Messaggio da RsX » giovedì 25 giugno 2009, 0:39

RsX ha scritto:dandogli 5tau di tempo di carica, lo avremo ad una tensione di (Vr-Vds-Vzener)*99%=78.8V*99%=78.012V
quando andremo a caricare Cboot perderemo 0.7V sul diodo tra Vb e lo zener, si aggiungerà  la Vds, e avremo 77.8V
mi rendo conto che mi sono spiegato male qui
dobbiamo vedere che tensione ci ritroviamo a Vbs
Vb è a Vcondensatore+12V-Vd=78.012V+12V-0.7V= 89.3V
Vs è Vr-Vds=80V-0.5V= 79.5V
quindi Vbs è Vb-Vs=89.3V-79.5V= 9.8V

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Re: Un altra elettronica L297+MOS

Messaggio da RsX » giovedì 25 giugno 2009, 5:05

dopo 5 ore di calcoli sono riuscito a tirare fuori qualcosa...
se i miei calcoli non sono sbagliati, questo dovrebbe essere l'andamento del Cbs nello schema con 1 555 per tutti
Cbs: 1uF
Cpump: 2.2nF
frequenza charge pump: 7.5Khz
Immagine

a dimostrazione che i calcoli funzionano ecco la simulazione dello schema dell'application note
Immagine
Immagine
come si vede, qui il condensatore viene ricaricato correttamente
posso andare a dormire felice :D

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Re: Un altra elettronica L297+MOS

Messaggio da tecno67 » giovedì 25 giugno 2009, 8:48

Calcoli a parte, se prendiamo il circuito con un solo ICM755 da te postato, possiamo vedere che l'unica funzione di tale integrato è quella di fornire una onda quadra di 12V di ampiezza al piedino 3. Quando questo si trova al valore di Gnd i condensatori C5,C6,C15 e C16 vengono caricati attraverso i diodi zener polarizzati direttamente e quindi con bassa caduta al valore della corrispondente VS. Quando il valore sul piedino 3 dell'ICM755 passa a +12, l'armatura dei condensatori C5,C6,C15 e C16 rivolta verso gli zener, si innalza anch'essa di 12V superando il valore di VS e tende quindi a scaricarsi tramite D7,D10,D3 e D11 nei condensatori di bootstrap C1,C3,C13 e C11. In definitiva il limite di un tale sistema è costituito dal valore dei condensatori C5,6,15,16 e dalle resistenze R5,6,13,14. Le quali sono limitate in definitiva dalla max corrente erogabile dall'ICM755. Da notare che il valore di frequenza dell'ICM755 è dettato solo dall'esigienza di limitare la capacità  di C5,6,15,16.
Detto ciò ne butto li una grossa! E se noi invece di costruirci un oscillatore con l'ICM755, ci servissimo di un segnale a 100Hz che potremmo tranquillamente ricavare dal positivo del ponte raddrizzatore (magari interponendo un ulteriore diodo in serie prima del condensatore di livellamento) che alimenta il regolatore che ci produce i +12V di alimentazione degli IR2110? Potremmo disporre di una semionda pulsata tra l'altro a valore anche superiore ai 12V e sicuramente con una correte erogabile superiore ai 100mA dell'ICM755.
Che dici? Ce la si potrebbe fare?

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Re: Un altra elettronica L297+MOS

Messaggio da tecno67 » giovedì 25 giugno 2009, 9:16

A proposito di alimentazioni ausiliarie, ti chiedo perche usi 12V e non 15 o meglio 18V per darti più margine?
Volevo chiedereti anche se hai notato e cosa ne pensi dei circuti costituiti da R20 e D16, R21 e D15, R22 e D13, R23 e D14. Hanno tutta l'aria di essere una protezione contro overshoot negativo sul piedino Vs degli IR2110.

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Re: Un altra elettronica L297+MOS

Messaggio da RsX » giovedì 25 giugno 2009, 20:10

undershoot...ho notato e bisogna verificare con l'oscilloscopio se sono necessari
il problema è che se questo undershoot supera i 5V negativi, il driver si blocca temporaneamente e fin quando questa tensione non risale sopra i -5V
tecno67 ha scritto:Da notare che il valore di frequenza dell'ICM755 è dettato solo dall'esigienza di limitare la capacità  di C5,6,15,16.
si, ma ho visto che non può esserci una grande differenza di valori tra il Cbs e il Cpump
Cbs si calcola in modo che la sua tensione dopo aver caricato il gate del mos non scenda sotto il valore soglia dell'UV DETECT
Cbs=[(carica ricovero diodo)+(carica gate)]/(differenza di tensione desiderata)
il diodo è quello che carica il Cbs dai 12V
quindi avendo un IRF540 e un FR153 e volendo una differenza di 1V
Cbs=(75nC+71nC)/1V=146nF
avendo scelto nell'ignoranza di tutto ciò un 100nF avrò una scarica di 146nC/100nF=1,46V
e passerò da 11,3V(12V-Vdiodo) a 9,84V dopo l'accensione del mosfet
supponendo una frequenza del 555 di 7.5Khz avremo un Toff=Ton=66.6uS
con una Iqbs di 230uA max succhieremo nel Toff 230uA*66.6uS=15,3nC
Cbs passerà  a [(9,84V*100nF)-15,3nC]/100nF=9,69V
nel Ton il condensatore si scaricherà  di altri 15,3nC e per mantenerlo carico dovremo dargli almeno 15,3nC*2=30,6nC
avendo calcolato 9,8V forniti a Cbs tramite C5, non sarà  possibile ricaricarlo di 30,6nC
infatti la tensione di Cbs sarebbe (9,69V*100nF+30,6nC)/100nF=9,996V, cioè superiore a quela fornita da C5
il che significa che la tensione di assestamento sarà  + bassa
penso che qui per calcolarlo matematicamente si vada per il limite della serie... sono così matto? no :mrgreen:
...rimungino un altro pò...

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Re: Un altra elettronica L297+MOS

Messaggio da RsX » giovedì 25 giugno 2009, 21:42

ho tirato fuori queste due formule:
sapendo la tensione di Cpump, calcoliamo la sua minima capacità 
Cpump=(Cbs*Qric)/(Vcpump*Cbs-Qcbs-Qric)

Cpump= capacità  condensatore charge pump [Farad]
Cbs= capacità  condensatore da ricaricare [Farad]
Qric= carica da fornire ed è 2 volte quella consumata in Toff [Coulomb]
Vcpump= tensione di Cpump [Volt]
Qcbs= carica rimanente in Cbs dopo Toff [Coulomb]

sapendo la capacità  del condensatore Cpump, calcoliamo la tensione necessaria per ricaricare Cbs
Vcpump=[(Cbs+Cpump)*(Qcbs+Qric)-Qcbs*Cbs]/(Cpump*Cbs)

testate e funzionanti ...almeno in excel :)

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Re: Un altra elettronica L297+MOS

Messaggio da tecno67 » giovedì 25 giugno 2009, 23:07

Ma, un paio di provette empiriche con due o tre condensatori diversi no?... Direi che calcolare ti piace un bel pò eh! :) :)
Cmq non hai risposto alla mia domanda, 'Perchè solo 12V per alimentare gli IR2110 e l'ICM755?' a mio parere se avessi scelto 15V o al limite 18V, che è la max tensione accettabile dal 755, avresti avuto un pò più di margine nei confronti del UVL dell'IR2110.
Cmq si potrebbe anche valutare l'ipotesi di bufferizzare l'uscita dell'ICM755 oppure si potrebbe valutare la sostituzione dell'ICM755 con qualche integrato (tipo l'UC3845) destinato agli alimentari switching, da impiegare tramite qualche artificio come generatore di impulsi.

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Re: Un altra elettronica L297+MOS

Messaggio da RsX » venerdì 26 giugno 2009, 18:08

ho 12V perchè il mio alimentatore fornisce una tensione ausiliaria di 12v, nessuno mi vieta di metterne 15
il ICM7555 è un equivalente del ne555, versione migliorata con minor assorbimento
per l'idea dei 100hz non saprei...sarebbe una mezza sinusoide, forse non ci sarebbero picchi di corrente per caricare il condensatore...
però credo bisognerebbe aumentare il Cbs in quanto in circa metà  semiperiodo, il condensatore si scaricherebbe completamente
1/200*230uA=1150nC
però durante le prove il mosfet mi rimane acceso 2 secondi...forse il gate non viene spento dall'UV DETECT
tecno67 ha scritto:a meno che non sia possibile tenere acceso fisso il mosfet basso durante la fase di fermo del motore, la charge pump mi sembra la strada migliore
guardando il datasheet del l297 o l298 o l6203(chi si ricorda :? ) durante il fermo motore la corrente viene fatta scorrere nei mosfet alti per evitare che questa finisca nella resistenza di sense
però nel datasheet vengono utilizzati transistor con diodi che vanno direttamente a massa
nel mio caso i diodi sono interni ai mosfet e la corrente non può circolare nella Rsense nel caso venga fatta scorrere nei mosfet bassi...
il problema ci sarebbe solo nel caso del pilotaggio con inhibit, dove la corrente di ricircolo passerà  per forza nella Rsense
forse si potrebbe provare a invertire HIN e LIN di tutti i IR2110 per fare il modo che il L297 piloti il mosfet basso...

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Re: Un altra elettronica L297+MOS

Messaggio da tecno67 » venerdì 26 giugno 2009, 19:19

Mettiamo un pò di ordine! Il 297 ha due modalità  di ricircolo. Inhibit e phase chopping. Nella prima il problema che tu lamenti è eliminabile poichè durante il chopping avviene spegnendo sia il Mosfet alto che quello basso e quindi sarebbe sufficiente non lasciare completamente flottante la Vs con una resistenza di adeguato valore verso COM.
Nel caso del phase chopping il mosfet alto di un ramo rimane acceso, viene spento quello inferiore opposto ed attivato l'alto opposto. Qui il problema sul mosfet che rimane permanentemente acceso può sicuramente verificarsi, e và  risolto con una delle soluzioni che abbiamo visto.... O forse no! #-o #-o Ci devo pensare!

Ci sentiamo poi, perchè le bimbe vogliono il gelato!

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