Un altra elettronica L297+MOS

[tecno67]

Perchè hai tolto le resistenze di gate?
I picchi sulle Rsense li ho sempre avuti anche io sul mio ponte, ed a mio parere sono dovuti, o ad una apertura troppo veloce dei mosfet, ed in tal caso le Rgate sono da aumentare, oppure sono dovuti ad una cross conduction momentanea, ed allora va aumentato il tempo tra l'apertura di un mosfet e la chiusura di quello opposto. Oppure ancora, va considerato che essendo i diodi di ricircolo nel ramo basso interni ai mosfet, il picco di corrente inverso a seguito dell'undershoot sul ramo basso, passa attraverso le Rsense. Prova a mettere dei diodi veloci in parallelo alle Rsense ed ad aumentarle un pò di valore.

[RsX]

ho fatto un pò di letture
la sonda è 10x accoppiata in AC
5v:


vref:


15v:


70v:


Rsense:


da tenere conto che la vref era regolata al minimo e il motore dopo qualche minuto è diventato piuttosto caldo

[tecno67]

Una domanda. Quanti Ohm di resistenza di fase hanno i tuoi motori? Che tipo di ricircolo stai usando?
Avrei dovuto dirtelo prima, ma a quanto pare non non hai ancora fatto danni, per fortuna!
Il 297 adotta una metodologia di chopping di tipo a frequenza fissa e duty-cicle variabile in funzione del carico. Tuttavia gli ingressi di sense del 297 per evitare che gli spike di commutazione possano resettare prematuramente il flip-flop di chopping viene forzato ad ON per un tempo pari al 10% del tempo totale di ciclo. questo porta come conseguenza che a motore fermo od a bassa velocità , anche con Vref al minimo la tensione media di uscita non pùo essere inferiore al 10% della tensione di alimentazione. In altre parole, se non usi una limitazione esterna della tensione di alimentazione, la corrente minima potrebbe essere superiore a quella del motore (ecco perchè il motore scalda). Se poi usi il phase chopping, la situazione potrebbe diventare addiritura incandescente. L'unico sistema per ovviare a ciò, continuando ad usare il 297, è quella di fornirgli sul piedino di sink una onda quadra don un duty-cicle di valore maggiore del 90%. questo tuttavia aggiunge altra circuiteria e ti costringe a curare molto di più le problematiche relative agli Spike.

Oppure se vuoi stare alto con la tensione di alimentazione devi:

1) Aumentare la resistenza di fase dei motori con una resistenza esterna in modo che Valimentazione/(Rmot+Rest)<=Inom motore
oppure
2) Prevedere una alimentazione a due livelli od addiritura crescente linearmente con la velocità .
oppure
3) Passare ad un chopping di tipo Fixed Off-time, cambiando integrato.

Guardando le immagini postate, vedo che ovunque sono presenti i classici disturbi dovuti agli spike in fare di commutazione a falsare il potenziale di GND. Ti consiglio di aumentare ed aggiungere su ogni integrato dei condensatori di disaccoppiamento locali e se i mosfet non scaldano molto di raddoppiare o triplicare le resistenze di gate. Eventualmente utilizzare resistenze di valore diverso in accensione e spegnimento per tutelarti dal rischio di cross-conduction. Sai come fare?

[RsX]

ah questa non la sapevo ma in qualche modo me l'aspettavo
un altra soluzione che mi viene subito in mente è aumentare la frequenza di chopping in modo che il 10% corrisponda ad un aumento di corrente negli avvolgimenti di tipo 0.5A

per quanto ne so potrebbe essere questo:

Sanyo Denki 103H7823-1710:

The small and cheap power package with NEMA23 size (60mm flange). The motor works optimal with our famous HP-Step or our new HP-Step.pro power stages.
* 2-phase stepper motor
* 2.7 Nm holding torque
* 1.8° stepping angle (200 full steps/rev.)
* 4 wires, bipolar
* size: 60x60x85,8mm, shaft diameter: 8.0mm
* electrical data: 4.0 A, 1.4 V, 0.35 Ohm, 2.4 mH
* ideal for micro step drives

[tecno67]

No aumentando la frequenza di chopping non risolvi nulla.
Devi immaginare il tuo driver come un alimentatore Buck dove il carico è la resistenza di fase del motore e la sua induttanza, l'induttanza di uscita. Il rapporto tra tensione in entrata e tensione di uscita dipende solo dal duty-cicle. Se tu aumenti la R di fase a parità  di corrente di fatto aumenta la tensione nominale dell'insieme motore+resistenza e cosi facendo ritorni a soddisfare in rapporto 1/10 tra Vmotore(+Raggiunta) e Valimentazione. Contemporaneamente migliori il Rapporto L/R e quindi la prestazione velocistica del motore. Il rendimento globale invece ovviamente scende. Non a caso molti integrati moderni sviluppati per il microstepping usano la regolazione fixed-Off-time.

[RsX]

inserendo una resistenza in serie si peggiorano le prestazioni del motore in quanto l'induttanza impiegherà  più tempo a caricarsi
più che un buck mi sembra un boost visto che un capo dell'induttanza è sempre connesso a vcc tramite mosfet(pilotaggio originale del l297)

quello che ci interessa non è la tensione ai capi dell'induttore, ma la corrente che scorre in esso
se per esempio un induttore ci mette 1/10 di secondo per variare la corrente da 2,5A a 3A significa che necessiterà  di un duty cycle di:
- 10% a 1Hz
- 20% a 2Hz
- 50% a 5Hz

[RsX]

ho fatto la modifica
il problema adesso è che ringa troppo e questo ringing dura più del 10% del periodo
con tensioni basse (l'ali limitato in corrente) e frequenze basse vedo che dopo il 10% si forma una rampa e che questa risponde al trimmer della vref: se aumento la vref il ton dura di +, se diminuisco dura di meno
come fa quel disturbo a passare sulle altre alimentazioni?
perchè me lo trovo dappertutto: 12v, 5v e quindi vref e, non meno importante, il pin OSC del l297
c'è qualche modo per isolare o stabilizzare?

[tecno67]

Quel disturbo è sul GND. Per questo devi mettere su ogni integrato un condensatore di disaccoppiamento. E se ti è possibile aumenta i condensatori sugli IR2110 (non quelli di bootstrap) magari 4.7uF o meglio 10uF.

[RsX]

quindi metto un condensatore da 10uF per ogni integrato...
mi sono accorto di aver collegato la logica degli ir2110 a 5V e non a 12V
può causare problemi? conviene seguire lo schema del datasheet e collegare la logica a 12v o poi ho problemi con gli input che riceveranno 5v?
comunque vada a finire grazie per il supporto tecno67
ora vado a dormire... giorno!

[tecno67]

Non ho capito se hai collegato il pinVdd(logic supply) o il pin Vcc(Low side supply) al +5V. Nel primo caso va bene così se il Vcc è a +12V. Nel secondo non avrebbe nemmeno dovuto funzionare a causa dell'UVL del ramo inferiore.
Qmq ti invito a riflettere sul fatto che impiegando il tuo ponte a 70V con un motore avente una tensione nominale di 1.4V, da fermo lo stai alimentando con una tensione che è 50 volte la sua. Se per assurdo il chopper non funzionasse la corrente che andrebbe a scorrere nel tuo motore sarebbe 70Volt/0.35Ohm=200Ampere, contro 4A di targa(Pauroso!).
Questo significa che utilizzando il Phase chopping che da minor ripple di corrente, per poter avere la tua corrente nominale di 4Ampere dovresti avere da fermo un duty-cicle di 1/50 contro l'1/10 minimo del 297.
Se invece utilizzi l'inhibit avrai un ripple molto elevato dato che essendo elevata la tensione di alimentazione la pendenza di salita del successivo ricircolo verso l'alimentazione saranno elevate. Non si scappa!
In altre parole, se non cambi metodologia di chopping, il tuo motore mi sembra molto più adeguato ad essere alimentato a tensioni dell'ordine di una una ventina di volt max con phase-chopping (20volt*1/10/0.35Ohm=5.71Ampere min a motore fermo). Occorre però sapere quale è il suo valore di f.c.e.m a 1000rpm per sapere quale sarà  la massima velocità  che potrà  sviluppare. Se questo valore fosse elevato la velocità  max impiegabile non potrà  essere elevata.

[tecno67]

Vdd e Vcc mi sembrano a posto, ma le piste che hai impiegato sulle alimentazioni mi sembrano molto piccole. Il che rafforza la necessità  dei condensatori di disaccoppiamento. Anche se 10uF per il 297 e le porte logiche sono mooolto più del necessario. Ma se ci stanno male non fanno. Saldali però proprio a cavallo dei pin di alimentazione dei relativi integrati.

[tecno67]

Ah! dimenticavo...

Buonanotte!

[RsX]

hai ragione, non avevo tenuto conto che 70V sono 50 volte la tensione nominale del motore
in giro ho letto che questa deve essere 15-20 volte meggiore
quello che mi ha accecato è stato il fatto che nella macchina che ho depredato c'era:
-trasformatore 692VA con 48Vac 6A e 60Vac 4A
-driver AEC SMD506, uno connesso diretto ai 48Vac e uno che aveva il raddrizzatore esterno per i 60Vac(non ci feci caso)
-sanyo denki 4A
-57STH76 2.8A

ho controllato solo uno di questi driver e usa ir2112+irf540 senza diodi di ricircolo esterni ai mosfet
non usa resistenze di gate, ha la resistenza-diodo anti-undershoot
le resistenze di sense hanno un valore basso, troppo basso per essere letto col multimetro e troppo cancellato per essere letto con gli occhi
non condivido la teoria del duty cicle per impostare la tensione sull'avvolgimento perchè quello che a noi interessa è impostare la corrente e questa è funzione del tempo in un induttanza
un duty cicle di 1/50 non è un tempo
certo può essere convertito in un tempo sapendo la frequenza, ma a frequenze diverse corrisponderà  un tempo diverso, quindi una variazione di corrente maggiore nell'avvolgimento a basse frequenze
se il chopper non funzionasse ci sarebbe sempre il fusibile da 10A di protezione
a proposito di questo fusibile... mi è saltato quando è scoppiato il condensatore 100nF 100V sui 70V...
sicuramente deve essere stata colpa degli spike di tensione e/o eccessivo ripple di tensione
nelle ultime prove ho notato che ho un ton minimo di 3.7uS a 25khz e 4.8uS a 55Khz
da un lato essere colpa del filtro su Vsense da 10K+220pF con frequenza di taglio 75Khz
dall'altro del latch...
http://www.stmicroelectronics.fr/stonli ... n/1679.pdf

An important characteristics of this circuit implementation
is that, during the reset time, the flip-flops are
kept reset. The reset time can be selected by selecting
the impedance of the R/C network or pin 16. In
this way, the current spike and noise across the sense
resistors that may occur during switching will not
cause a premature setting of the flip-flop.

dove il minimo ton si imposta tramite l'impedenza del pin 16 ... eh?!?
certo sarebbe stato apprezzato se lo avessero messo nel datasheet del l297 con tanto di formula
forse se usassi l'inhibit chopping, come mi suggerisci, avrei tempi maggiori per la carica dell'avvolgimento e riuscirei a pilotarlo ad alte tensioni, ma con alto ripple di corrente negli avvolgimenti
per cosa sta f.c.e.m.? forza contro elettro motrice? boh

[tecno67]

Il discorso del duty cicle vale solo nel caso di phase chopping. La f.c.e.m. ti serve per fare una stima veloce della tensione effettiva che tu applichi sull'avvolgimento. In effetti tu puoi vedere l'avvolgimento del tuo motore passo-passo come un circuito equivalente formato da una Resistenza pura, in serie ad una induttanza ed un generatore puro di tensione (proporzionale alla velocità  attuale del motore). E' evidente che a motore fermo o a velocità  molto basse, ove la fcem è minima ti trovi esattamente nella condizione di un carico ohmico-induttivo alimentato da un SMPS di tipo Buck per cui vale la relazione Vout(tensione applicata alla R di fase)=Valim*duty-cicle indipendentemente dal valore dell'induttanza e del tempo, se la corrente non si annulla completamente ad ogni ciclo. Ecco quindi che il limite max di tensione di alimentazione che puoi usare senza superare la Inominale, a motore fermo, dipende dal duty-cicle minimo che puoi impiegare.
Quello che non sapevo, è che questo fosse possibile variarlo sul 297.

[RsX]

bene, il phase chopping è da escludere ad alte tensioni
come si fa a calcolare la variazione di corrente con l'inhibit chopping?
all'inizio ci sono 2 mosfet accesi che fanno salire la corrente nell'avvolgimento, poi si spengono tutti ed entrano in funzione i diodi di ricircolo che ...fanno tornare la corrente nell'alimentatore?
l'induttanza che tensione/resistenza vede ai suoi capi e dove scorre la corrente di ricircolo?