FeatherHard

Heb je een goed idee of ben je net met bouwen gestart? Laat het ons zien!

Moderator: Moderators

Post Reply
User avatar
A-men
Posts: 195
Joined: Tue Sep 30, 2003 10:35 pm
Location: Vilvoorde België

Post by A-men » Sun Dec 19, 2004 5:47 pm

Ik ga in ieder geval eerst proberen elke component zo goed mogelijk te berekenen.

Daarna ga ik ook het bouwen en testen hier documenteren. Ik hoop dat zodanig te doen dat iedereen met kennis van zaken (en daar ben jij dus bij Bugs) de kans heeft om me tegen te houden als ik uit de bocht ga.
Ik ga ook proberen om het op een zodanige manier weer te geven dat wie het wil over doen daar ook makkelijk in zal slagen door gewoon na te doen (ook de mensen met weinig kennis van electronica).

Ik zit hier alvast met een probleem waar ik niet uitgeraak. Jij vertelde gisteren dat men slechts een 95% open kan behalen want je moet de bootstrap capaciteit regelmatig aan de grond leggen om ze te kunnen laden en dus moet regelmatig de onderste FET van die tak in geleiding.
Dat is zonder meer waar als de PWM signalen op de bovenste FET's worden gezet. Maar juist om dat probleem te voorkomen zou ik de PWM signalen op de onderste FET's will zetten.
De onderste FET's halen hun gate spanning rechtstreeks uit de voedingsspanning van de HIP. Daar hoef ik dus geen capaciteit voor te laden. Voor de bovenste FET's volstaat dan de charge pump om de FET's om de seconde eens opnieuw in geleiding te brengen. Want dat in geleiding brengen zou dan alleen nodig zou zijn als ik van richting verander (vooruit naar stop en terug naar vooruit bijvoorbeeld).
MAAR ik zie geen enkele beschijving van de werking van een speedo waarbij ze de PWM signalen op de onderste FET's gebruiken. (en uit het schema van een Speedo kan ik niet aflzen hoe ze het doen). Allicht is het geen goed idee om de PWM signalen op de onderste FET's te zetten...maar waarom niet ?

En als ik dan toch aan het vragen ben...ooit al eens naar de TD340 gekeken (datasheet http://us.st.com/stonline/books/pdf/docs/7048.pdf ). Regen Bracking neemt hij voor zijn rekening, ook een 5 V uitgang voor een microprocessor... EN ZE DOEN AAN LOW SIDE PWM !

A-men

docproc
Posts: 228
Joined: Tue Jul 29, 2003 11:28 am

Post by docproc » Sun Dec 19, 2004 6:17 pm

Je wilt de fets in een tak in tegenfase sturen, om zo de interne diode te ontlasten. Vandaar ook high side switching. Los van regen braking dan nog.

Die TD340 lijkt ideaal maar kan maar weinig stroom leveren dacht ik. Niet te gebruiken dus.

Is dit niet een veel betere discussie voor de sectie 'Techniek'? Wordt dat ook weer eens gebruikt :)
Niels - [url=http://www.sater.nl/]Team Sater[/url]

User avatar
A-men
Posts: 195
Joined: Tue Sep 30, 2003 10:35 pm
Location: Vilvoorde België

Post by A-men » Sun Dec 19, 2004 6:50 pm

Ja, aan de verliezen die optreden als de FET via zijn ingebouwde diode in geleiding staat moest ik nog beginnen...en ja in tegenfaze schakelen is daarvoor een oplossing.

Wat TD340 zijn lage stromen betreft ...hij kan inderdaad slechts 50 mA typical leveren als gate sturing. 't Zal dus voor kleinere FET's en kleinere motoren gedacht zijn. Zonde.

Ik geef er de voorkeur aan om NIET van forum te verwisselen. Ik bouw een FeatherHard en dit is daar een onderdeel van.

A-men
Last edited by A-men on Sun Dec 19, 2004 8:11 pm, edited 1 time in total.

niels
Posts: 285
Joined: Mon Jul 28, 2003 10:21 pm
Contact:

Post by niels » Sun Dec 19, 2004 7:44 pm

De TD340 is bedoelt voor 12V, en kan dus voor de meeste robot toepassingen niet gebruikt worden. Er staat wel mooi in de datasheet hoe synchronous rectification werkt, en hoe je de FET's dus aan moet sturen.

Bij de HIP4081A kan je gewoon tot 100% PWM gaan, omdat die een ingebouwde ladingpomp heeft. Bij de IR2110 kan je dat niet doen, en moet je wat lager blijven. (Maar ik ga zonder problemen door tot 99.5%).

Een schottky diode heeft volgens mij helemaal geen interne weerstand, maar een niet lineaire verhouding tussen spanning en stroom. Bij 10V over de diode moet er makkelijk 2A kunnen lopen.

50W voor een IRF1404 is misschien wel mogelijk, maar dan ga je wel een heel serieus koelblok nodig hebben. Aangezien er altijd 2 FET's in geleiding zijn moet je in totaal 100W aan warmte kwijt. Ik zou voor 70A max altijd voor 2 of meer FET's gaan. Bij de OSMC (luchtkoeling zonder koelblok) kunnen ze ongeveer 4W per FET aan.

Ik zou overgens gewoon voor een wat lagere schakelfrequentie gaan, aangezien je dat een hoop schakelverliezen scheelt. Ik gebruik zelf 2 tot 4 kHz, vantec's en IFI controller soms zelf maar 300Hz. Voor robot toepassingen lijkt het me niet zo'n probleem dat de schakelfrequentie te horen is.

Niels
Niels

User avatar
A-men
Posts: 195
Joined: Tue Sep 30, 2003 10:35 pm
Location: Vilvoorde België

Post by A-men » Sun Dec 19, 2004 9:33 pm

Dat TD340 slechts tot 12V werkt was me ontgaan. Hoe dan ook was hij aan de kant gezet wegens te weing stroom kunnen leveren. En inderdaad, ik ben de manne die de datasheet van de TD340 geschreven hebben wel dankbaar voor hun mooie omschrijving van synchronous rectification... en het duidelijke overzicht van hoe je de FET's moet aansturen.

Zelfs bij een HIP4081A met zijn ingebouwde ladingspomp zou ik gedacht hebben dat die regelmatig eens de bootstrap capaciteit moet bijladen want de ladingspomp levert maar 30 µA. Ik heb echter uit de application note begrepen dat de HIP automatish de bootstrap capaciteit bijlaadt telkens je de bovenste FET uitschakelt. Je hoeft dat dus niet zelf te voorzien maar het heeft wel een invloed op het hoogste % PWM dat je kan gebruiken. Hoe dan ook is proportioneel regelen in kleine stapjes tot 95% en dan springen naar 100% (= geen pulsen meer) prima in orde. Ik heb met Hard gereden met een regelaar die maar 16 standen vooruit kende (dus meer dan 5 % tussen elke stap) en dat kon je niet merken aan het stuurgedrag.
De ladingspomp zorgt er wel voor dat je de bovenste FET oneindig lang kan open houden eens hij open staat (= compenseert wel alle verliezen).

Dat van de "weerstand" van de Schottky diode is OK. Ik bekeek die doorlaat grafiek als volgt : Eerst een heel on-lineair verloop tot je aan 0,35 a 0,40 volt komt. Daarna een lineair verloop voor de rest van de curve...en in die curve heb ik uit delta U/delta I een weerstand van 60 Ohm berekend. Op de datsheet die ik had is de curve maar getekend tot 1V. Hoe ze daarachter verloopt weet ik niet. Je zal wel gelijk hebben. Op zich is dat dan goed nieuws...ontladen gaat veel sneller dan gedacht. Dus ook minder vermogen te dissiperen bij het schakelen.

Wat de 50W betreft. Ik denk dat we ons hier veel te hard toetsen aan de worst case stroom. Zolang de motor niet blokkeerd verwacht ik me aan niet meer dan 20A. Op een IBC zit er een koellichaam van 1 X 2 X 5 cm en daarop staan alle 8 FET's (2 X een full bridge voor elk van de 2 motoren). Als ik de plaats heb dan steek ik op elke tak 2 FET's.
Als de OSMC maar 4 W aan kan per FET met zijn luchtkoeling dan kan die maar 16 W dissiperen voor hij in de problemen komt... dan denk ik dat hij helemaal niet bestand is tegen een geblokkeerde motor (toch niet langer dan een paar seconden... 2 bijvoorbeeld).

Wat de PWM frequentie betreft. Ik denk dat ik (op uw aanraden) voorzichtig zal beginnen met iets van een 2 kHz... en als dat goed loopt zal ik de frequentie opvoeren om dan hopelijk uit te komen op iets dat boven het hoorbare ligt.

A-men

User avatar
A-men
Posts: 195
Joined: Tue Sep 30, 2003 10:35 pm
Location: Vilvoorde België

Post by A-men » Sun Dec 19, 2004 11:17 pm

't Is ondertussen zondagavond 10h en ik wou dit WE zo ver gevorderd zijn dat ik de printplaat kon beginnen tekenen en de componenten kon bestellen. Effe op de gas duwen dus (en me laten leiden door de ontwerpen die ik ken).

Om te voorkomen dat de Gate/Source spanning te hoog zou oplopen (en er zijn voldoende inducties in de buurt om dat te laten gebeuren) plaats ik tussen de gate en de source twee zener diodes van 15V in tegengestelde richting. Daarmee kan die spanning alvast nooit beduidend over de 15V oplopen.

Om ervoor te zorgen dat de spanning tussen Source en Drain van geen enkele FET kan oplopen tot boven de 40 V (meer kan een IRF1404 niet aan) plaats ik over de hele brug een Transient Voltage Suppressor die de spanning begrenst tot 30V. Dat kan met een TVS van Diodes Inc. 1.5KE30CA-T kostprijs 0,6 Euro/stuk bij Digikey (datasheet http://rocky.digikey.com/WebLib/Diodes_ ... 00(c)a.pdf )

Er moet nog een manier zijn waardoor het zelfs met de TVS over de ganse brug mogelijk is om op de onderste FET's over de 30V te geraken. Ik kan die reden nu niet effe rap uitgewerkt krijgen :cry: . Zowel IBC als OSMC plaatsen over de twee onderste FET's nog eens een TVS. Kees gebruikt helemal geen TVS. Zonder tegenbericht zal ik dat wel doen...maar 't zou heel welkom zijn om te weten waarom ik dat doe. :wink:

Als we stromen tot 70A zitten te schakelen dan kan het minste beetje inductie van de voedigsdraden aanleiding geven tot serieuze spanningspieken. Die energie moet we ook opvangen en zo ongeveer iedereen doet dat met een dikke condensator pal over de voedingsaansluitingen. IBC steekt 4.700 µF, OSMC 2 X 680 µF Kees heeft 4 X 1.000 µF. Ik zal 4.000 µF steken. Of dat nu één maal 4.700 of 4 X 1.000 gaat zijn zal afhangen van het printplaat ontwerp.

Om de hoogfrequent storing van de Motor op te vangen plaatst men een RC keten parrallel over de motor aansluiting. Die moet een goede bipolaire capaciteit omvatten en een lage weerstand. Kees lijkt te rekenen op een goede ontstoring van de motor. Ik kan in elk geval op zijn schema geen RC keten over de motor aansluiting ontdekken. OSMC gebruikt een 0,1 µF polyester condensator en een 33 Ohm weerstand (ze steken er zelfs 2 in tegengestelde opstelling parallel aan elkaar). IBC denkt erover zoals Kees...niets op hun schema te vinden. Mijn aansluitingen naar de motor zullen en paar milimeter lang zijn. De motoren zijn perfect ontstoort (is standaard op speed 900 BB). Ik ga het (zoals Kees) erop wagen om op een goede ontsoring van de motor te rekenen en dus niets voorzien op mijn vermogenssturing.

De bootstrap capaciteit aan de HIP zou met een capaciteit die 10 keer groter is dan de FET capaciteit (en dat is dus 7,2 nF X 10 dus 70 nF) perfect moeten volstaan. Dat lijkt ook Kees te vinden want die steekt 100 nF. IBC en OSMC steken nog eens 10 keer meer namelijk 1 µF. Ik ga Kees volgen en 100 nF voorzien.
De bootstrap diode is bij Kees een 1N4148 en dat is ook voor mij goed genoeg ( datasheet http://rocky.digikey.com/WebLib/Diodes_ ... Diodes.pdf )

Het is aan te raden om plat naast elke digitale IC een snelle afvlakcondensator te plaaten (omdat C-mos en TTL IC's superkorte maar hevige piekstroompjes duren trekken). Ik ga voor een 1µF tantaal-druppel.

Blijft de voedingsspanning van de HIP. We willen 12V hebben. We moeten die halen uit 20V. Op dat vlak is IBC werkelijk geweldig. Als het moet dan halen ze die uit een spanning die mag variëren tussen 4 V (en daan gaan ze op-transformeren) of 24V en dan gaan ze switchen. Kees doet het met een LM317 maar komt ook naar 15V in plaats van 10V. Ik ga het met een 7812 doen. Dan hoef ik niets in te stellen gewoon 0,33 µF aan de ingang en 0,1 µF aan de uitgang en het zou perfect moeten werken. (datasheet http://rocky.digikey.com/WebLib/Texas%2 ... Series.pdf ).

Een LED en een 1 K Ohm weerstand om een lampje te hebben dat aangeeft dat hij onder spanning staat om het geheel af te ronden en dan zijn we met de vermogensschakeling rond.

Morgen teken ik dat op een schema in autocad en dan zokeen we alle afmetingen van alle componenten bij elkaar en dan tekenen we de printplaat.

A-men

docproc
Posts: 228
Joined: Tue Jul 29, 2003 11:28 am

Post by docproc » Mon Dec 20, 2004 11:27 am

Ik zou geen TVS gebruiken. Mijn ervaring met die dingen is dat die het als eerste begeven. Een goed printontwerp met dikke sporen en hele goede kwaliteit afvlakcondensatoren moet volstaan. Dus lage impedantie elco's, niet zozeer kijken naar capaciteit, maar vooral naar de impedantie (ESR). Als die goed zijn zorgen ze ervoor dat de spanning nooit hoger dan de accu spanning kan komen.

Als je de fets van 1 tak mooi in tegenfase stuurt zal al die Back-EMF mooi direct weggeleid worden naar +Vbatt en komt er over die onderste fets nooit meer te staan dan +Vbatt. Doe je dat niet en gebruik je enkel de ingebouwde diode dan kan het inderdaad zo zijn dat die onderste fets nog een hogere spanning te verwerken hebben, aangezien het wegvloeien van de back-emf dan lang(er) duurt.

Overigens hebben moderne fets ook een bepaalde spanning waarboven ze gaan geleiden en dus die pieken onderdrukken. TVS lijkt me dan overbodig.
Niels - [url=http://www.sater.nl/]Team Sater[/url]

User avatar
Henning
Posts: 618
Joined: Thu Aug 07, 2003 12:03 am

Post by Henning » Mon Dec 20, 2004 4:16 pm

Ff een vraagie:

Ik ben voor school bezig een simpele speedo te bouwen die aanstuurd word dmv een pot-meter.
Nu was ik van plan om dus wel die td340 te gaan gebruiken, omdat deze volgense de data sheet tot 60 volt kan. Hier op aangesloten 4 IRF1405 fets en 100 Ohm weerstanden...

Zal dit dan niet gaan lukken??

Moter specs:

36 volt
675 watt

(overgevolte 24 volt 300 watt rolstoeler)

De speed stuurt die moter aan voor onze electrische step...

Als die niet gaat lukken.. iemand anders een goede oplossing??

Moter moet geremd kunnen worden dus een H-brug leek me logisch... achteruit-rij-functie niet nodig maar voor de p1mp-factor toch wel leuk...

User avatar
A-men
Posts: 195
Joined: Tue Sep 30, 2003 10:35 pm
Location: Vilvoorde België

Post by A-men » Mon Dec 20, 2004 6:33 pm

Henning,

Het is geen goed idee om de TD340 te gebruiken om een IR1404 /IRF1405 aan te sturen. Je hebt een FET nodig die een gate capaciteit heeft van minder dan 4 nF. Pagina 10 in de datasheet van de TD340 http://us.st.com/stonline/books/pdf/docs/7048.pdf
De IRF1404 heeft tot 10 nF.

Het kan geen probleem zijn om een FET te vinden die slechts 4 nF gate capaciteit heeft. IRF1404 heeft wel de hoogste stroom Ids en de laagste IDS(on) die ik ken.

En TD340 levert "maar" 20 mA voor het aansturen van de Gate...dan ga je zeker met een IRF 1404 langzaam schakelen en krijg je veel schakelverlies = veel warmte in de FET...en als dat dan op 36V is... dan heb je een -allicht dodelijk- vermogen te dissiperen in de FET.

Als het niet hoog performant moet zijn zou ik gaan voor geschikte FET's en dan ook nog een zo laag mogelijke (300 Hz ?) PWM frequentie gebruiken. ...en dan lijkt het mij wel OK om de td340 te gebruiken.

A-men

niels
Posts: 285
Joined: Mon Jul 28, 2003 10:21 pm
Contact:

Post by niels » Mon Dec 20, 2004 11:05 pm

De IRF1404 is ondertussen al weer redelijk oud, en er zijn zeker betere FET's te vinden. (IRF1404Z of IRF2804 b.v.) Helaas levert reichelt deze nieuwe typen niet, digikey wel (Maar digikey is duur in kleine aantallen).

De TD340 is echt maar bedoelt voor 12V (operating conditions is 6.5 tot 18.5V), de overvoltage protection slaat aan op 20V. 300Hz zou ik persoonlijk niet doen, omdat je dan de kans loopt dat je motor geen gelijkspanning meer ziet. (Afhankelijk van de inductie van je motor). 2kHz is wel het minimum wat ik persoonlijk zou gebruiken.

De RC keten over de motor aansluitingen (snubber) is niet noodzakelijk. Hij staat nog wel in het schema van de OSMC, maar wordt meestal niet eens op de print gezet. Om de snubber te laten werken zou je een veel kleinere weerstand nodig hebben met veel meer vermogen.

Ik zou persoonlijk wel een TVS diode gebruiken om eventuele spanningspieken op te vangen. De FET's doen dit inderdaad ook bij ongeveer 40V, maar je wil die energie liever niet in je FET's hebben (En bij meerdere FET's per parallel zal altijd 1 van de FET's alle energie opnemen). Bij een goed ontwerp zal de TVS diode niet in hoeven grijpen, maar wat extra beveiliging kan nooit kwaad. Voor de condensatoren kan je waarschijnlijk beter 4x1000 µF nemen i.p.v. 4000 µF. Over het algemeen zal dat je een lagere ESR opleveren. Het probleem met kleinere condensatoren is wel dat ze wat kwetsbaarder zijn, en het is verstandig om ze extra vast te zetten.

Niels

User avatar
A-men
Posts: 195
Joined: Tue Sep 30, 2003 10:35 pm
Location: Vilvoorde België

Post by A-men » Tue Dec 21, 2004 12:35 pm

Alweer dank voor al de constructieve input.

Er komt geen snubber circuit op de Compactory Speedo. Ik reken op een degelijk onstoorde motor VOOR hij wordt aangesloten op de speedo...en zo hoort het ook.

Ik zal met zorg goede ELCO's kiezen met een lage impedantie en de voorkeur geven aan enkele in parallel in plaats van één grote (afhankelijk van wat ik op de print gedaan krijg). Welke gebruikt Kees ? (IBC gebruikt niets bijzonders).

Er zullen Transient Voltage Suppressors (TVS) op staan.

Ik overweeg om toch een step down spanningsregelaar te gebruiken (in plaats van een 7812 die ik hierboven aankondigde).
Een step down (switched) regelaar maakt het mogelijk om dezelfde print met een andere FET (bvb IRF1405) en andere TVS-en te gebruiken op een hogere spanning dan de 20 V waarvoor ik hier aan het ontwerpen ben (De ELCO zal ik hoe dan ook voor voldoende spanning kiezen).
Als 't goed zit lukt het om tot 48 V aan te kunnen met dezelfde print.

Als ik erin slaag om 2 of zelfs 3 FETs per tak te voorzien (of minstens om dat op de printplaat te voorzien of de printplaat nog eens op te splitsen in een printplaatje per H-brigde tak) dan zou de regelaar ook voor een half weight en een heavy weight bruikbaar worden. Maar mijjn focus blijft voorlopig echt wel featherweigt.

A-men

User avatar
Bugs
Site Admin
Posts: 5433718
Joined: Sun Jul 27, 2003 9:13 pm
Location: Delft
Contact:

Post by Bugs » Tue Dec 21, 2004 1:55 pm

Ik heb even wat dingen door gelezen. Kees gebruikt geloof ik 10u als bootstrap condensator, niet 100n.
Zoals ik de td340 datasheet lees mag de voedingsspanning maximaal 15v zijn en de motorspanning maximaal '60v' al houd hij dat maar kort uit. Da's meer bedoel om transienten op te kunnen vangen, maar een volt of 30 moet nog wel lukken lijkt me.
Ik heb zelf voor de 12v een soortgelijk schakelingetje als de IBC gemaakt, maar dan met een lm2577.
Kees gebruikt nichicon elco's voor de grote elco's, maar ik vermoed dat die niet bestand zijn tegen de klappen. In dat verband is het ook raadzaam om axiale elco's te gebruiken in plaats van radiale, omdat deze aan 2 kanten ondersteund worden inplaats van aan 1 kant. Overigens heb ik mezelf niet aan dit advies gehouden omdat het voor de print eigenlijk niet lekker uit komt :)
Voor stepdown met een hoge input voltage moet je meestal flink in de buidel tasten. Het is wel veel netter.

User avatar
A-men
Posts: 195
Joined: Tue Sep 30, 2003 10:35 pm
Location: Vilvoorde België

Post by A-men » Tue Dec 21, 2004 4:20 pm

Ik kon inderdaad op het schema van Kees niet echt goed lezen wat erop stond. Gezien ik me aan 100nf verwachtte (you'll see what you expect to see). Maar met je input... dan ga ik voor 1µF.

Nichicon ELCO... ik ga ervan uit dat die dan een uitstekende impedantie hebben. Axiaal of radiaal zal ook ik laten afhangen van hoe het printontwerp uitkomt.

Step down ik bekijk het nog wel.

A-men

User avatar
A-men
Posts: 195
Joined: Tue Sep 30, 2003 10:35 pm
Location: Vilvoorde België

Post by A-men » Thu Dec 23, 2004 11:17 pm

Ik ga beginnen aan de printplaten.

Vraagje : op de Datasheet van de IRF 1404 staat niet aangegeven welke aansluiting wat is.

Ik gok (maar graag bevestiging) 1 Gate 2 Drain 3 Source. Welke aansluitpin 1,2 en 3 is taat wel mooi aangegeven op het laatste blad van de datasheet.

A-men

User avatar
Bugs
Site Admin
Posts: 5433718
Joined: Sun Jul 27, 2003 9:13 pm
Location: Delft
Contact:

Post by Bugs » Fri Dec 24, 2004 2:03 am

Fet's in TO220 behuizing zijn vrijwel zonder uitzondering GDS. Alhoewel je dat niet direct moet aan nemen van iemand die al een flinke fout heeft gemaakt met de pin-out van bepaalde electronische componenten :)

Post Reply

Who is online

Users browsing this forum: No registered users and 46 guests