Spindelstyrning, Meccanica Cortini

[papabear]

Jag har skissat lite på en dc-motorstyrning med en IGBT-modul som jag tänkt driva med en IR2184.
Jag har försökt hitta lite information om hur jag skall välja bootstrap-konding och undrar om någon har tips om detta?

ir2184.jpg

Jag läste nåt inlägg på interwebs som sa 10x gatens kapacitans som tumregel. Mkay, då får man ju kika på IGBTn, men där blir jag lite osäker på vilken siffra jag ska plocka?
11,2nF, 1,25nF eller 0,75nF? Eller nåt helt annat?

Efter kapacitansen är specad måste den ju klara spänningen också.
Drivern har jag tänkt mata med 12V och IGBTn 325V (likriktad nätspänning).
Jag gissar att jag måste anpassa kondingen för det högre?

I diodväg har jag en 1N4973 som jag räddat ur ett datornätagg, som jag hoppas ska duga (600V 1A 150nS rev. recovery time).

Jag har säkert glömt något viktigt för att kunna svara på frågorna, men om ni hjälper mig ställa en bra fråga så kanske vi kan hitta ett bra svar?

[sodjan]

Hittade ett dokument som talar en del om olika kapacitanser i IGBT'er.
Google på "AND9068/D"...

[H.O]

Efter kapacitansen är specad måste den ju klara spänningen också.
Drivern har jag tänkt mata med 12V och IGBTn 325V (likriktad nätspänning).
Jag gissar att jag måste anpassa kondingen för det högre?

Nej, det behövs inte. Spänningen över kondensatorn blir ju i princip aldrig mer än vad du matar drivern med. Det är inte så himla kritiskt med storleken på kondensatorn, för liten är såklart inte bra. Vill du verkligen grotta ner dig i detaljerna så finns IRF DT04-04

[Borre]

Det är \(Q_{G}}\) du ska använda, alltså 480nC.

Enkelt kan man räkna:
\(\frac{Q_{G}}{Spänningsfall}\)

Där spänningsfallet är det största variationen som tålts mellan till/frånslag.
Så tillåter du spänningsfall på 1V som mest blir det alltså:

\(\frac{480Q_{G}}{1V}=480nF\)

För stor kondensatorn påverkar laddtiden av den, vilket kan gör att det tar för lång tid att ladda den eller att den inte laddas upp i tillräckligt hög spänning vid hög dutycycle.

Kondensatorn kommer inte se högre spänningen än vad VCC är, 12V.

Tumregeln du läst om är nog för avkopplingen av VCC på drivkretsen du läst om. Eftersom drivkretsen skapar stora strömpulser på VCC behövs ordentlig avkoppling, helst med keramiska kondensatorer.

[papabear]

Ok, det hjälper ju en del. Tack.

Är det någon viss typ som är att föredra i detta sammanhang?

Om jag har fel värde eller kör för hög duty, är det då troligt att det helt enkelt slutar fungera? Och isf borde jag ju kunna se det med scopet gissar jag. Att jag får för låg spänning över kondingen alltså.

[H.O]

Om inte kondingen hinner laddas upp till rätt spänning så kommer du ju inte få rätt spänning mellan gate och source när switchen ska leda vilket ju då riskerar att sätta switchen i det linjära området istället för "fullt öppen".

Om du tänker mäta på kondingen med skopet så tänk vad och hur du gör. Du har 12V relativt GND när den låga switchen leder men ~340V relativt GND när den höga switchen leder!

[papabear]

Förstås.

Ja jag vill ju varken skada mig själv eller utrustning, så det blir att tänka efter några gånger extra om jag ska göra nåt med spänningen påkopplad.

Men det är väl inget som hindrar att jag sänker matningen och hänger på en annan motor för de inledande testerna?

Ska försöka läsa lite på sodjans pdf.

edit:
Hittade en annan app.note från Fairchild som jag tyckte var enklare att läsa (an-6076).

Så om vi tar Borres matte (vilket också styrks och förklaras närmare i an-6076), så kan jag ta ett lägre värde på kondingen om jag tolererar ett högre spänningsfall.
Vboot = Vdd - Vf (för bs-dioden) - Vge

Vill jag då ha 330nF på kondingen (vilket jag har ligger) blir Vboot = 480/330 =1,45....
Vdd = 1,45 + Vf + Vge
Vdd = 1,45 + 1,2 + 10 = 12,65V

Så jag får alltså höja Vdd lite om jag vill ta min 330nF konding.

[papabear]

Nu har jag ritat lite och tänkte att det kunde vara bra med lite feedback från er som kan.

Jag har en liten svarv, Meccanica Cortini H75, som står utan styrning till spindeln.
Tanken är alltså ersätta originalstyrningen inklusive själva släden som den monteras i då kortet är skrot och släden är i dåligt skick. Blir nog nån laserskuren historia när jag väl får min laser.
Bifogar lite bilder från http://www.lathes.co.uk/meccanica/.

Lite om hur det är tänkt att fungera med styrningen. (U1 = ATMEGA328@16MHz)
En pot för att styra hastigheten (org 50-3000 RPM).
En knapp, S2, för start och stopp.
En knapp, S3, för att välja riktning, vilket bara kommer gå att göra när spindeln står still.

Feedback på spindelhastigheten sker med två gafflar, VO2 + VO3. De sitter monterade med en skiva med 100 hål, men jag har inte kollat delningen på dem ännu.

Displayen får visa vald hastighet plus ett par dioder som visar CCW och kanske indikation när den kompenserar.
De sista dioderna är lite flytande ännu. Det finns ju möjlighet att hänga på 32 dioder till (utöver 4dig-displayen) för allehanda status indikeringar.

[H.O]

Stämmer värden du angivit i schemat med vad du tänkt använda?
Jag ser två ställen där det står 330uF men jag antar att det skall vara 330nF. 330uF tvärs over 230VAC/50Hz blir nog inte så bra.

Vad har du för PWM-frekvens?
Jag har dålig koll på beräkning av snubberkretsar etc men jag tänker att om du har typ 20kHz PWM-frekvens så snubbernätverkets totala impedans ungefär 140ohm, det blir rätt mycket ström (och effekt) när spänningen är 230V.

Antar att det finns interna pullup i uC? Om inte så saknas externa sådan på flera ställen.

Behövs det ingen som helst filterkonding efter likriktaren?

Du skall inte mäta/övervaka motorströmmen? I enklaste fallet, en shunt och en komparator vars utgång drar SD-ingången på drivkretsen låg.

Optokopplaren VO1 verkar "onödig", varför inte driva en transistor direkt?

[papabear]

Nej du har rätt, 330nF ska det vara på de två kondingarna.
- Till rev 2: Fel värden på C1 och C4 uF -> nF

PWM-frekvensen har jag inte spikat ännu, och nuvarande RC-snubber är plockad från originalkortet.
- Till rev 2: Måste beräknas efter pwm-frekvens

Ja, det är tänkt att använda interna pull-up.

Jag minns att jag tänkte på konding efter likriktaren vid några tillfällen, men den har glömts bort.
- Till rev 2: Lägg till konding efter likriktaren.

Övervakning av motorströmen låter vettigt. Inget jag har tänkt på.
- Till rev 2: Lägg till övervakningskrets av motorström.

Ang. VO1 så tänkte jag, "why not". Men jag har både transistorer och optokopplare på hyllan.
- Till rev 2: VO1 -> lämplig transistor?

[H.O]

Vid närmare eftertanke så är det inte SÅ enkelt att mäta strömmen eftersom returen går olika håll beroende på vilket håll motorn körs (till skillnad mot en ordinär H-brygga) där strömmen alltid "kommer ut" i botten på brygga så att säga. Här måste du mäta antingen i serie med motorn eller på "höga sidan", vilket båda är lite krångligare än en simpel shunt "i botten".

Kanske en bipolar hall-givare ur Allegros ACS-serie (eller liknande kan vara lämpligt) - det ger dig också isolation från den den höga spänningen.

Angående transistorn för reläet.... Det är inte FEL med optokopplaren men den tillför inget direkt. I princip vilken transistor/MOSFET som helst kan användas bara den klarar strömmen som reläet drar - och det gör nog de flesta.


EDIT: Fler reflektioner.... Befintlig styrning är/var sannolikt tyristor-/triacbaserad vilket betyder att switchfrekvensen i princip var 100Hz.

[papabear]

ACS712 med flip-chip-technology, jo man tackar. Verkar lätt att använda.

Ja det stämmer, den är/var tyristorbaserad.

Har ett schema jag fick tag i på ett italienskt forum.

[papabear]

Nu har jag fixat en del med rev. 2.
Överströmsdelen är tagen ur databladet för ACS712 men med lite justerade motstånd för att komma ner till 8A istället för 10A som i databladet.
Justeringen gjorde jag för att org. styrkort var avsäkrat med 8A, men jag kanske tänker galet där?

Det är ju intressant att man nästan alltid hittar fel när man skriver ut det på papper och kollar på vad man gjort.

Hyfsat ordnad todo:

1. Hitta lämpligt värde på C2. Vet inte om man kan räkna ut denna eller om man bara ska klämma in så mycket man har plats för?
2. Bestämma avkoppling med C3+C6
3. Beräkna RC-snubber över motorn.
4. Välja transistorer och beräkna basmotstånd. Får se vad som finns i hyllan.
5. Hitta ett relä och ackompanjerande diod. Också hyllinventering.
6. Mjukvara
7. PCB
8. Monteringssläde

Hmm, kanske skulle ha tråden flyttat till projekt?

[H.O]

Om du väljer en komparator med öppen-kollektorutgång och switchar pinnen på uC mellan high-z (ingång) och låg (istället för hög/låg) så kan du skippa AND-grinden.

Storleken på kondensatorn beror på hur mycket rippel du kan du acceptera. Du kommer ha en DC-spänning på ~325V, om vi tänker att du vill ha max 25% rippel vid 8A last behöver du en konding på (8A*0.01s) / (325*0.25) = 1000uF.

[papabear]

Ja, jag ritade så först, men sen började jag kika i datablad efter datablad och fattade det som att de komparatorer jag tittade på inte var open collector. Har du nån bra opamp/familj att tipsa om?

Hur mycket rippel jag kan klara vet jag inte riktigt. Jag börjar väl med 1000uF och ser vart det tar mig.