Silniki pradu stałego (DC) i ich sterowanieMarek Wnuk

< marek.wnuk@pwr.wroc.pl >

KCiR K7/W4 PWr

MW: SteRo7 – p. 1

Model silnika pradu stałego (DC)

UM = EM+ IMRM

IM =UM−EM

RM

η =POUT

PIN=IMEM

IMUM=EM

UM

MW: SteRo7 – p. 2

Parametry silnika

IST =UM

RM

Mmax = KI(IST − I0) = KI(UM

RM− I0)

n0 = KnKI(IST − I0) = KnKI(UM

RM− I0)

MW: SteRo7 – p. 3

Dwa sposoby sterowania silnikiem DC

Sterowanie napieciowe (predkoscia):

UM = EM+ IMRM

UM = nKE +RM(I0+M

KI)

n=1

KE(UM−RM(I0+

M

KI))

Sterowanie pradowe (momentem):

IM =M

KI+ I0

M = KIIM−MR = KI(IM− I0)

MW: SteRo7 – p. 4

Zasada pracy mostka H

Rysunki: H-bridge secrets, Andras Tantos, 2004-2007 (http://www.modularcircuits.com

MW: SteRo7 – p. 5

Uwagi na temat pracy mostka HStraty mocy rozpraszanej jako ciepło:

spadek napiecia na kluczach w stanie nasycenia (IRDSondla unipolarnych,UCEsat dla bipolarnych)

praca w liniowym zakresie tranzystora w stanach

przejsciowych (ton, to f f ) - wysterowanie bramki lub bazy

Zagrozenie zniszczeniem mostka:

przebicie tranzystorów przez napiecie samoindukcji

(obciazenie indukcyjne) przy braku diod, lub ich

niedostatecznej szybkosci załaczania

przekroczenie dopuszczalnej mocy strat w elementach

(tranzystory, diody) lub przekroczenie dopuszczalnej

temperatury na skutek złego chłodzenia

zjawisko "przestrzelenia"(shoot through) - brak

zachowania martwej strefy (dead zone) przy

przełaczaniu tranzystorów w półmostku

MW: SteRo7 – p. 6

Sterowanie znak-moduł (1)

MW: SteRo7 – p. 7

Sterowanie znak-moduł (2)

MW: SteRo7 – p. 8

Aktywne wygaszanie pradu

MW: SteRo7 – p. 9

Synchroniczne wygaszanie pradu

MW: SteRo7 – p. 10

Sterowanie przeciwfazowe

MW: SteRo7 – p. 11

Wybór sposobu sterowania mostka

przy duzej czestotliwosci PWM – znak-moduł

(sign/magnitude); warunek: diody wygaszania o duzym

pradzie

przy braku duzych obciazen i niskich predkosci silnika –

przeciwfazowe locked anti-phase

jesli nie trzeba mierzyc napiecia samoindukcji (back-EMF) –

aktywne wygaszanie pradu (active-collapse) daje dobry

kompromis pomiedzy stratami mocy a złozonoscia układu

jesli pomiar napiecia samoindukcji jest potrzebny –

synchroniczne wygaszanie (synchron collapse)

przy duzych pradach – synchroniczne wygaszanie (jesli

mozna dokładnie mierzyc prad) lub przeciwfazowe

MW: SteRo7 – p. 12

Przykładowa realizacja mostka (1)

MW: SteRo7 – p. 13

Przykładowa realizacja mostka (2)

MW: SteRo7 – p. 14

Przykładowa realizacja mostka (3a)

MW: SteRo7 – p. 15

Przykładowa realizacja mostka (3b)

MW: SteRo7 – p. 16

Poczwórny półmostek L293D

MW: SteRo7 – p. 17

Sterowanie mostkami w L293D

MW: SteRo7 – p. 18

Wybrane parametry L293D

Symbol Warunki pomiaru Min. Typ. Max. Jedn.

VSS 4,5 36 V

VS VSS 36 V

VCE(sat)H IO = - 0,6 A 1,4 1,8 V

VCE(sat)L IO = + 0,6 A 1,2 1,8 V

VF IO = 600 nA 1,3 V

TJ -40 150 C

RΘJA 80 C/W

temperatura złacza przy pełnym obciazeniu jednego mostka:

Tj = TA+RΘJA ·Pt = 25+80 · (0,6 · (1,8+1,8)) = 197,8C

MW: SteRo7 – p. 19

Przykłady radiatorów dla L293D

Tj = TA+RΘJA ·Pt = 25+25 · (0,6 · (1,8+1,8)) = 79C

MW: SteRo7 – p. 20

Podwójny mostek TB6612FNG

MW: SteRo7 – p. 21

Sterowanie mostkami w TB6612FNG

MW: SteRo7 – p. 22

Fazy przełaczania TB6612FNG

MW: SteRo7 – p. 23

Wybrane parametry TB6612FNG

Symbol Warunki pomiaru Min. Typ. Max. Jedn.

VCC 2,7 3 5,5 V

VM 2,5 5 13,5 V

VU+L(sat)1 IO = 1,0 A 0,5 0,7 V

VU+L(sat)2 IO = 0,3 A 0,15 0,21 V

tD1 H-L dead time 50 ns

tD2 L-H dead time 230 ns

TSD 175 C

TSDH 20 C

RΘJA 160 C/W

MW: SteRo7 – p. 24

Układ aplikacyjny TB6612FNG

MW: SteRo7 – p. 25

TB6612FNG na płytce laboratoryjnej

MW: SteRo7 – p. 26

Układ aplikacyjny mostka MC33899

MW: SteRo7 – p. 27

Schemat blokowy mostka MC33899

MW: SteRo7 – p. 28

Sterowanie PWM wMC33899

MW: SteRo7 – p. 29

Sterowanie pradem w MC33899

MW: SteRo7 – p. 30

Sygnały sterujace i SPI w MC33899

MW: SteRo7 – p. 31

Wybrane parametry MC33899

Symbol Warunki pomiaru Min. Typ. Max. Jedn.

VCC 4,75 5,25 V

VIGNP 6 26,5 V

RDS(ON) IO = 3,5 A 135 mΩ

VF IO = 3,5 A 1,4 V

TJ -40 150 C

RΘJA 18 C/W

temperatura złacza przy pełnym obciazeniu mostka:

Tj = TA+RΘJA ·Pt = 25+18 · (3,52·2 ·0,135) = 84,5C

MW: SteRo7 – p. 32

Budowa silnika A-max 32

MW: SteRo7 – p. 33

Zakres pracy silnika A-max 32

MW: SteRo7 – p. 34