H-Bridge Geri Dönüşü

Bu soru biraz uzunsa özür dilerim, ama burada soruyu sormadan önce en son teknolojiyi tartıştığım için ihtiyatlı davranıyorum.

KONU

Bir motorun iki yönlü bobinini sürmek için bir H köprüsü kullanırken, geri dönüş akımı ile başa çıkmanın en iyi yolu hakkında her zaman endişelerim vardı.

KLASİK SİNEK GERİ

Klasik olarak, köprü anahtarları arasındaki geri dönüş diyotlarının yeşil olarak gösterilen sürücü akımının güç kaynağına (kırmızı olarak gösterilen) geri bağlanmasına izin verdiği aşağıdaki devreyi görüyoruz.

Bununla birlikte, bu yöntem hakkında, özellikle besleme hattındaki akımdaki ani tersinmenin voltaj regülatörünü ve C1 üzerindeki voltajı nasıl etkilediği konusunda her zaman ciddi endişelerim vardı.

GERİ KAZANIM FLY-BACK

Klasikin bir alternatifi, devridaim geri dönüşünü kullanmaktır. Bu yöntem yalnızca anahtar çiftlerinden birini (düşük veya yüksek) kapatır. Bu durumda kırmızı akım sadece köprü içinde dolaşır ve diyot ve mosfette dağılır.

Açıkçası, bu yöntem güç kaynağı ile ilgili sorunları ortadan kaldırır, ancak daha karmaşık bir kontrol sistemi gerektirir.

Akım bozunması bu yöntemle çok daha yavaştır, çünkü bobine uygulanan voltaj mosfet üzerindeki diyot düşmesi + IR'dir. Bu nedenle, bobin içindeki akımı düzenlemek için PWM kullanırken klasik yöntem üzerinde çok daha iyi bir çözümdür. Bununla birlikte, akımı çevirme yönünden önce çekmek için yavaştır ve bobindeki tüm enerjiyi diyot ve mosfet'te ısı olarak boşaltır.

ZENER BYPASS

Ayrıca, kaynağı izole etmek ve burada gösterildiği gibi bir Zener bypass'ı kullanmak için değiştirilmiş klasik geri dönüş yöntemini gördüm. Zener, besleme rayından önemli ölçüde daha yüksek bir voltaj, ancak maksimum köprü voltajı ne olursa olsun bir güvenlik marjı olarak seçilir. Köprü kapatıldığında geri dönüş voltajı bu zener voltajı ile sınırlıdır ve devridaim akımının D1 tarafından beslemeye geri dönmesi engellenir.

Bu yöntem güç kaynağı ile ilgili sorunları ortadan kaldırır ve daha karmaşık bir kontrol sistemi GEREKMEZ. Bobin boyunca daha büyük bir geri voltaj uyguladığı için akımı daha hızlı çeker. Ne yazık ki, bobin enerjisinin hemen hemen hepsinin Zener'e ısı olarak dökülmesi sorunu yaşıyor. Bu nedenle, ikincisi oldukça yüksek watt değerine sahip olmalıdır. Akım daha hızlı bir şekilde sonlandırıldığından, bu yöntem PWM akım kontrolü için istenmez.

ENERJİ GERİ DÖNÜŞÜM ZENER BYPASS

Bu yöntemle önemli bir başarı elde ettim.

Bu yöntem, kaynağı D3 kullanarak tekrar izole etmek için klasik geri dönüş yöntemini değiştirir, ancak yalnızca Zener kullanmak yerine büyük bir kapasitör eklenir. Zener şimdi sadece kapasitör üzerindeki voltajın köprüdeki nominal voltajı aşmasını önleme rolünü oynuyor.

Köprü kapandığında geri dönüş akımı normalde güç kaynağı seviyesine şarj edilen kapasitöre şarj eklemek için kullanılır. Kondansatör ray voltajını aştığında, bobindeki akım azalır ve kapasitördeki voltaj sadece öngörülebilir bir seviyeye ulaşabilir. Doğru tasarlandığında, Zener hiçbir zaman gerçekten açılmamalı veya yalnızca akım düşük bir seviyede olduğunda açılmamalıdır.

Kondansatördeki voltaj artışı bobin akımını daha hızlı çeker.

Akım şarjın akmasını durduğunda ve bobindeki enerji kapasitörde sıkışır.

Bir dahaki sefer köprü açıldığında, demiryolu rayından daha büyük bir voltaj olacaktır. Bunun, bobinin daha hızlı şarj edilmesi ve depolanan enerjinin bobinin içine tekrar uygulanması etkisi vardır.

Bu devreyi bir kez tasarladığım bir step motor kontrol cihazında kullandım ve torku yüksek adım hızlarında önemli ölçüde geliştirdiğini ve aslında motoru çok daha hızlı sürmemi sağladığını buldum.

Bu yöntem, güç kaynağıyla ilgili sorunları ortadan kaldırır, daha karmaşık bir kontrol sistemi gerektirmez ve ısı olarak fazla enerji tüketmez.

Yine de PWM akım kontrolü için hala uygun değildir.

KOMBİNASYONU

Faz komütasyonuna ek olarak PWM akım kontrolü kullanıyorsanız bir yöntem kombinasyonunun ihtiyatlı olabileceğini hissediyorum. PWM kısmı için devridaim yöntemini ve belki de faz anahtarı için enerji geri dönüştürücüsünü kullanmak muhtemelen en iyi seçimdir.

Peki SORULARIM NEDİR?

Yukarıdakiler farkında olduğum yöntemler.

H-Bridge ile bir bobini sürerken geri dönüş akımını ve enerjiyi ele almak için daha iyi teknikler var mı?

Belki düşük yan mosfetli bir Frenleme direnci kullanabilirsiniz, bu yöntem Beslemenin (AC) rejeneratif enerjiyi işleyemediği AC motor sürücülerinde çok kullanılır.

LC filtresini kullanmak ve ESR'yi temelden kadar daha iyi düşünün$1/t_R$

Herhangi bir sarf malzemesinin Dc'de düşük Zo değeri olacaktır, ancak bant genişliği birlik geri bildirimi azaldıkça yük regülasyon hatalarına neden olan Zo büyük bir değere yükselir.

$f_{-3dB} = n/t_R$$n$

Anahtarlama hızında örneğin 30kHz ve 10ns risetime'de kapak empedansı, büyük kapakların ultralow ESR için üstesinden gelebileceğinden 4 yıl daha fazla 300MHz'e harmonikleri vardır, bu nedenle 3 kapak gereklidir. örneğin 1000 uF şap 10 u tantal 0.1 uF plastik

Cmax değeri, kapağın Zc ve motorun DCR ve ZL (f), MOSFET'lerin RdsOn ve ray kablolarının empedansına bağlıdır. Ölü zaman akımı başlatma sırasında emilmelidir. DCR maksimum akımı temsil eder.

Kelepçe Çığ Diyot akım yolu, PWM'nin ölü zamanı (~ 1us) sırasında geri dönüş darbesini emmek için MOSFET anahtarıyla aynı akımı ve yolu alır.

Matematiği her kap için <0,01 dağılım faktörü üzerinde yapabilirsiniz. 0.05'e karşı

PWM ile çalışan DC motorlar için (frekansları kHz aralığında ve üstü), bobinin arka EMF'si ile uğraşmak zorundayız ve sirkülasyonlu geri dönüş en mantıklı seçenektir. Bütün fikir, bobinden geçen akımı sabit tutmak ve açık MOSFET'lerin düşük direnci çok yardımcı olur.

BTW, her iki üst MOSFET'i açık tutmak istersiniz, çünkü açık bir MOSFET'in diyot olarak çok daha düşük voltaj düşüşü vardır. Geri dönüş diyotlarına güvenmek önemli kayıplara neden olur ve Zener / dirençli bypasslar onu daha da kötüleştirir.

Sabit akım motor kontrol sinyalleri için (çok daha düşük frekanslarda), ele almamız gereken en önemli faktör , kendi ataleti tarafından tahrik edilen bir jeneratör olarak hareket etmeye başlayan motorun geri EMF'sidir. Bu durumda, üretilen akım için düşük dirençli bir yol sağlamak, motoru aktif olarak frenlediğiniz anlamına gelir. İstediğiniz buysa, kinetik enerji MOSFET'leriniz ve geri dönüş diyotlarınız tarafından dağıtıldığından, devridaimli geri dönüşü belirli bir sınıra kadar kullanmaya devam edebilirsiniz. Bu sınırı aştıktan sonra ısıyı boşaltmak için bir balast direnci kullanmanız gerekir.

Aktif olarak fren yapmak istemiyorsanız, genellikle bir zener bypass'ı kullanırsınız. Özel durumlar haricinde (sürtünmenin gelen mekanik enerji tarafından engellendiği bir elektrikli otomobil gibi), bir DC motorunun henüz sürüldüğü daha yüksek voltaj üretemediğine dikkat edilmelidir. Bu nedenle zener tipik olarak sadece bobinin arka EMF'sini emmek için gereklidir ve daha sonra artık davranması gerekmez. Sadece bobin enerjisini emer, motorun kinetik enerjisini değil (MOSFET'lerin geri dönüşlü geri dönüş durumunda da emmesi gerekir).

Zener + kapasitör güzel bir fikirdir, ancak sadece MOSFET'leriniz ray voltajından önemli ölçüde daha yüksek bir voltaja sahip olduğunda ve motorunuzu tam olarak kontrol etmediğiniz bir voltajla sürmeyi göze alabiliyorsanız.

Geri dönüş akımı ile başa çıkmanın en iyi yolu nedir?

Sorun, LDO'ların tek yönlü akım tedarikçileri olma eğilimindedir (emitör veya drenaj takipçileri) ve bu nedenle regülatör çıkış empedansı, enerji verimli bir şekilde yeniden sirküle edilmedikçe daha yüksek bir besleme voltajı üreten devreyi açacaktır.

Bu, geri dönüş enerjisini depolayabildiği için pil gücüyle ilgili bir sorun değildir.

Flyback akım kaynakları:

1) değişim sırasında ölü zaman

• schottky diyotlar kullanarak düşük taraftaki PWM ile yüksek yan raylara devridaim geleneksel çözümdür
• N-ch şönt FET'leri kullanarak yüksek yan anahtarda devridaim, ancak kapı voltajı V + 'dan daha yüksek olması gerektiğinden bir önyükleme voltajına ihtiyaç duyuyor, şimdi motor tarafından kısa bir süre emilen sürücülerde daha pahalı ancak mümkün olan daha düşük aktif güç harcanıyor T = L / R .
  • Her iki durumda da VI düşüşü, L / R bozulma süresi sırasında kayıp enerjisini belirler, E = V (t) * I (t) * T için [watt-saniye] T, akımın komütasyondan önceki ile aynı şekilde başladığı ve ardından sıfıra düştüğü ve voltaj düşüşü anahtar boyunca kutupları tersine çevirirken, bobin boyunca aynı yöne gider. Diyotun I (t) * ESR * Vf'si anlık güç kaybını belirler, ancak bu diyot akımı görev döngüsü bir PWM döneminde normal olarak düşük olduğundan, akım değerleri FET ile aynı veya daha fazla olmalıdır, ancak ısı artışı termal anahtarlama öncesi ve sonrası diyotun gerilim düşmesinin FET'e direnci ve oranı.
  • biri sıfır-vadi senkron rezonant anahtarlara sahipse, kapatma sırasında enerjiyi bir LC yüküne aktarmak mümkün olabilir, ancak daha sonra süreksiz olduğundan LC rezonans frekansını PWM iletişim oranıyla senkronize etmek kolay veya hatta mümkün olmayabilir. sıfır faz kayması (sıfır vadi anahtarlama)

2) tork yönünü değiştirme

• bu modda, motor her ikisi için de depolanmış enerji üreteci olarak çalışır ve daha sonra elektronik fren görevi görür.
• rejeneratif mod , ultracap veya pil gibi enerjiyi depolamak için bir şeye sahip olduğunuz anlamına gelir ve LDO ile çalışmaz.
• dejeneratif mod , jeneratörde depolanan enerjiyi dağıtmak veya bir kukla yüke başka anahtarlar vermek istediğiniz anlamına gelir.
• çünkü bu, bobin endüktansında depolanan akımdan çok daha yüksek geri dönüş enerjisi olduğundan, depolanmış kinetik enerjiyi üretmek için motor ve yük ataletine sahiptir.