FeatherHard
Moderator: Moderators
De vermogensdissipatie in de FET's
De IRF 1404 heeft een RDS(on) van 0,004 Ohm. Als ze volledig in geleiding staan loopt er in het slechtste geval een stroom van 70A door. Op zich zou dat dan een te dissiperen vermogen geven van 0,004 X 70^2 = 19W (uit P = RI^2). (Als hij helemaal dicht is dan is de stroom nul en het te dissiperen vermogen is dan natuurlijk ook nul)
Maar we moeten ook rekening houden met schakelverliezen.
Dat moet je zo bekijken. Telkens we met de FET van aan naar uit gaan en telkens we van uit naar aan gaan is de weerstand gedurende die overgang veel groter dan RDS(on) en de stroom ligt ergens tussen nul en maximum.
Een veel gebruikte vereenvoudiging is om te stellen dat gedurende het schakelen de spanning over de FET de helft is van de voedingsspanning en de stroom de helft is van de stroom die loopt als de FET helemaal open staat. In ons geval is dat dan 20V/2 en 70A/2. Het te dissiperen vermogen is dan (P = U X I) 10 X 35 = 350 W.
Amai...da's veel meer dan wat de IRF 1404 kan dissiperen. Hij kan 50W dissiperen in zijn TO -220AB behuizing. IRF 1404 in de T0-220AB behuizing is de enige die je in kleine hoveelheden kan kopen. Gelukkig zijn we maar een klein gedeelte van de tijd daadwerkelijk aan het schakelen.
De FET kan (indien aangeloten op een perfecte sturing) aanschakelen in 0,14 micro Seconden µS en uitschakelen in 0,026 µS... maar niet te vroeg victorie kraaien ! ... In een speedo heb je nooit het geld noch de plaats om een ideale aansturing uit te bouwen. Je gebruikt een FET-driver-IC en dat heeft heel goede aanstuursignalen maar niet de ideale.
Waarom het aansturen van een FET zoveel moeite kost is dit. Om de FET in geleiding te brengen moet je ongeveer 10V aanleggen over de Gate en de Source. (dat zijn twee aansluitpinnen van de FET). Op zich is dat geen groot probleem maar...inherent verbonden aan de manier waarop een FET intern werkt is er een relatief grote interne capaciteit tussen de Gate en de Source aansluiting. Voor de IRF 1404 kan je rekenen op 7,4 nano Farrad nF. Het is dus alsof er een condensator van 7,4 nF tussen de Gate en de Source aansluiting zit en om dan de gate naar 10V te brengen moet je die condensator wel eerst opladen.
Als je dat heel snel wil doen dan heb je een hele grote stroom nodig... en die hele grote stroom kan een driver IC NIET leveren.
Om de driver IC niet te beschadigen gaat men een weerstand opnemen tussen het driver IC en de Gate aansluiting op de FET. Bij de OSMC controller is die weerstand 150 Ohm, bij een Mythras (Keesje) is dat 10 Ohm en bij de IBC heb ik hem net uitgemeten als 150 Ohm. Wat het voor mijn speedo moet worden weet ik nog niet maar laat ik hier rekenen op 150 Ohm. Als het een lagere weerstand wordt dan schakelt de FET sneller en zal er minder warmte gedissipeerd worden. 150 Ohm is dus "worst case".
En hoe snel kunnen we nu zo een 7,4 nF capaciteit laden tot ongeveer 10V doorheen een weerstand van 150 Ohm? Awel daarvoor is er een formule... maar laat je niet afschrikken...
De spanning op een bepaald ogenblik over een condensator = de ingangsspanning X ( 1 - e^(-t/RC)).
Daaruit kan je berekenen welke de tijd is die nodig is nodig om 9 volt te bereiken als je aan de ingang 10 V legt... korte pijn... 't is 2,6 µs.
Stel we gebruiken een pulsfrequentie van 20 KHz. Dan zullen we om de 1/20.000 seconden aan schakelen en ook om de 1/20.000 seconden uitschakelen. Dus schakelen we eigenlijk om de 25 µs. Het schakelen zelf duurt 2,6 µs. Dat wil zeggen dat we maar 2,6/25 X 100 % van de tijd aan het schakelen zijn. In ons geval dus 10,4 %.
Dus gedurende het schakelen dissiperen we 350 W en 10% van de tijd zijn we aan het schakelen dan is dat 35W schakelverliezen. En we hadden al 19W dus hebben we nu 54 W te dissiperen... en dat kan een IRF 1404 in een T0-220AB behuizing niet !
Oplossingen :
A) Met een lagere frequentie schakelen.
Op 10 kHz zal de vermogensdissipatie ten gevolge van het schakelen slechts 17,5 W bedragen. Randopmerking is wel dat 10 kHz een frequentie is die mensen kunnen horen. Als ik echt aan 10 kHz ga werken dan heb ik een fluitende robot. 't kan een attractie zijn maar 't kan ook vreselijk hinderlijk zijn... misschien toch beter dat risico niet nemen.
B) Een kleinere weerstand gebruiken.
Als we een half zo grote weerstand gebruiken bijvoorbeeld 75 Ohm in plaats van 150 Ohm dan worden de schakelverliezen nog eens gehalveerd en komen we aan 8,75 W schakelverliezen. Maar de driver IC moet dat aankunnen en 't gaat ook niet op tot in het oneindige want minder dan 0,14 µs kan je ook niet halen. Ik ga toch zeker proberen om een zo laag mogelijke weerstand te gebuiken maar dat zal dus afhangen van de gekozen H-brigde driver.
Hoe dan ook moet er een serieus koellichaam gemonteerd worden... en nog eens, een ventilator die FET's, motor en batterij van verse lucht voorziet is ook welkom.
Volgende update : De keuze van de H Bridge driver en de daaraan verbonden weerstandskeuze voor de FET Gate driver weerstand.
A-men
De IRF 1404 heeft een RDS(on) van 0,004 Ohm. Als ze volledig in geleiding staan loopt er in het slechtste geval een stroom van 70A door. Op zich zou dat dan een te dissiperen vermogen geven van 0,004 X 70^2 = 19W (uit P = RI^2). (Als hij helemaal dicht is dan is de stroom nul en het te dissiperen vermogen is dan natuurlijk ook nul)
Maar we moeten ook rekening houden met schakelverliezen.
Dat moet je zo bekijken. Telkens we met de FET van aan naar uit gaan en telkens we van uit naar aan gaan is de weerstand gedurende die overgang veel groter dan RDS(on) en de stroom ligt ergens tussen nul en maximum.
Een veel gebruikte vereenvoudiging is om te stellen dat gedurende het schakelen de spanning over de FET de helft is van de voedingsspanning en de stroom de helft is van de stroom die loopt als de FET helemaal open staat. In ons geval is dat dan 20V/2 en 70A/2. Het te dissiperen vermogen is dan (P = U X I) 10 X 35 = 350 W.
Amai...da's veel meer dan wat de IRF 1404 kan dissiperen. Hij kan 50W dissiperen in zijn TO -220AB behuizing. IRF 1404 in de T0-220AB behuizing is de enige die je in kleine hoveelheden kan kopen. Gelukkig zijn we maar een klein gedeelte van de tijd daadwerkelijk aan het schakelen.
De FET kan (indien aangeloten op een perfecte sturing) aanschakelen in 0,14 micro Seconden µS en uitschakelen in 0,026 µS... maar niet te vroeg victorie kraaien ! ... In een speedo heb je nooit het geld noch de plaats om een ideale aansturing uit te bouwen. Je gebruikt een FET-driver-IC en dat heeft heel goede aanstuursignalen maar niet de ideale.
Waarom het aansturen van een FET zoveel moeite kost is dit. Om de FET in geleiding te brengen moet je ongeveer 10V aanleggen over de Gate en de Source. (dat zijn twee aansluitpinnen van de FET). Op zich is dat geen groot probleem maar...inherent verbonden aan de manier waarop een FET intern werkt is er een relatief grote interne capaciteit tussen de Gate en de Source aansluiting. Voor de IRF 1404 kan je rekenen op 7,4 nano Farrad nF. Het is dus alsof er een condensator van 7,4 nF tussen de Gate en de Source aansluiting zit en om dan de gate naar 10V te brengen moet je die condensator wel eerst opladen.
Als je dat heel snel wil doen dan heb je een hele grote stroom nodig... en die hele grote stroom kan een driver IC NIET leveren.
Om de driver IC niet te beschadigen gaat men een weerstand opnemen tussen het driver IC en de Gate aansluiting op de FET. Bij de OSMC controller is die weerstand 150 Ohm, bij een Mythras (Keesje) is dat 10 Ohm en bij de IBC heb ik hem net uitgemeten als 150 Ohm. Wat het voor mijn speedo moet worden weet ik nog niet maar laat ik hier rekenen op 150 Ohm. Als het een lagere weerstand wordt dan schakelt de FET sneller en zal er minder warmte gedissipeerd worden. 150 Ohm is dus "worst case".
En hoe snel kunnen we nu zo een 7,4 nF capaciteit laden tot ongeveer 10V doorheen een weerstand van 150 Ohm? Awel daarvoor is er een formule... maar laat je niet afschrikken...
De spanning op een bepaald ogenblik over een condensator = de ingangsspanning X ( 1 - e^(-t/RC)).
Daaruit kan je berekenen welke de tijd is die nodig is nodig om 9 volt te bereiken als je aan de ingang 10 V legt... korte pijn... 't is 2,6 µs.
Stel we gebruiken een pulsfrequentie van 20 KHz. Dan zullen we om de 1/20.000 seconden aan schakelen en ook om de 1/20.000 seconden uitschakelen. Dus schakelen we eigenlijk om de 25 µs. Het schakelen zelf duurt 2,6 µs. Dat wil zeggen dat we maar 2,6/25 X 100 % van de tijd aan het schakelen zijn. In ons geval dus 10,4 %.
Dus gedurende het schakelen dissiperen we 350 W en 10% van de tijd zijn we aan het schakelen dan is dat 35W schakelverliezen. En we hadden al 19W dus hebben we nu 54 W te dissiperen... en dat kan een IRF 1404 in een T0-220AB behuizing niet !
Oplossingen :
A) Met een lagere frequentie schakelen.
Op 10 kHz zal de vermogensdissipatie ten gevolge van het schakelen slechts 17,5 W bedragen. Randopmerking is wel dat 10 kHz een frequentie is die mensen kunnen horen. Als ik echt aan 10 kHz ga werken dan heb ik een fluitende robot. 't kan een attractie zijn maar 't kan ook vreselijk hinderlijk zijn... misschien toch beter dat risico niet nemen.
B) Een kleinere weerstand gebruiken.
Als we een half zo grote weerstand gebruiken bijvoorbeeld 75 Ohm in plaats van 150 Ohm dan worden de schakelverliezen nog eens gehalveerd en komen we aan 8,75 W schakelverliezen. Maar de driver IC moet dat aankunnen en 't gaat ook niet op tot in het oneindige want minder dan 0,14 µs kan je ook niet halen. Ik ga toch zeker proberen om een zo laag mogelijke weerstand te gebuiken maar dat zal dus afhangen van de gekozen H-brigde driver.
Hoe dan ook moet er een serieus koellichaam gemonteerd worden... en nog eens, een ventilator die FET's, motor en batterij van verse lucht voorziet is ook welkom.
Volgende update : De keuze van de H Bridge driver en de daaraan verbonden weerstandskeuze voor de FET Gate driver weerstand.
A-men
- Cavecrusher
- Berichten: 1497
- Lid geworden op: ma sep 01, 2003 5:35 pm
- Locatie: Tilburg
Idd, die clusterbot van de Bam Bam crew rijdt ook in het hoorbare bereik, is heel irritant.A-men schreef:Als ik echt aan 10 kHz ga werken dan heb ik een fluitende robot. 't kan een attractie zijn maar 't kan ook vreselijk hinderlijk zijn... misschien toch beter dat risico niet nemen.
piiiiiiiiiiiieeeeeeeeeeeeep BONK piiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiieeeeeeeeeeeeeep BONK etc. (ervan uitgaande dat de arena te klein is voor die overpowered doosjes)
Keuze van de H-Bridge drivers en de keuze van de weerstand voor de Gate-sturing van de FET.
Eerst en vooral waarom heb ik hoe dan ook een H-Bridge driver nodig ?
Om een FET in geleiding te brengen moet je ongeveer 10V zetten tussen de Source aen de Gate aansluiting. In een H Bridge is dat geen enkel probleem voor de twee onderste FET's. Voor die FET's ligt de Source aan massa (de min van de batterij) en dus kan je die gemakkelijk aansturen als je maar ergens ongever 10V hebt.
Voor de bovenste Fet's ligt dat echter anders. Stel dat de FET rechts onderden NIET in geleiding is en je zou de Gate van de FET rechts boven aansturen. Het minste beetje dat je daarin success hebt schiet de Drain (de bovenste aansluiting van de FET op het schema) omhoog naar de voedingsspanning van de batterij. En dus schiet ook de Source van de FET rechts boven naar de voedingsspanning van de batterij. Om dan de FET rechts boven toch in geleiding te houden moet je een spanning aan de gate leggen die ongeveer 10 V hoger is dan de batterij voeding... en die heb je niet zomaar ergens beschikbaar. Precies die spanning levert een H-bridge driver probeemloos.
Daarnaast zorgt een goede H-Brige driver er ook voor dat in de linker of de rechter tak van een H Brigde nooit de bovenste en de onderste FET's gelijktijdig in geleiding komen. Dat zou een kortsluiting zijn.
Ik ga hiermee verder na het niews...
A-men
Eerst en vooral waarom heb ik hoe dan ook een H-Bridge driver nodig ?
Om een FET in geleiding te brengen moet je ongeveer 10V zetten tussen de Source aen de Gate aansluiting. In een H Bridge is dat geen enkel probleem voor de twee onderste FET's. Voor die FET's ligt de Source aan massa (de min van de batterij) en dus kan je die gemakkelijk aansturen als je maar ergens ongever 10V hebt.
Voor de bovenste Fet's ligt dat echter anders. Stel dat de FET rechts onderden NIET in geleiding is en je zou de Gate van de FET rechts boven aansturen. Het minste beetje dat je daarin success hebt schiet de Drain (de bovenste aansluiting van de FET op het schema) omhoog naar de voedingsspanning van de batterij. En dus schiet ook de Source van de FET rechts boven naar de voedingsspanning van de batterij. Om dan de FET rechts boven toch in geleiding te houden moet je een spanning aan de gate leggen die ongeveer 10 V hoger is dan de batterij voeding... en die heb je niet zomaar ergens beschikbaar. Precies die spanning levert een H-bridge driver probeemloos.
Daarnaast zorgt een goede H-Brige driver er ook voor dat in de linker of de rechter tak van een H Brigde nooit de bovenste en de onderste FET's gelijktijdig in geleiding komen. Dat zou een kortsluiting zijn.
Ik ga hiermee verder na het niews...
A-men
Gloeps, everthing you wanted to know about speedo's and were afraid to ask.
Geweldig ik leer hier een hoop van!
... maar ...
A-men, zou jij misschien eens tijd hebben om op de DRG site
[Bouwen] 9.2-Speedos te lezen en te becommentarieren?
Reden:
a) je snapt het onderwerp
b) zo mogelijk nog belangrijker, je schrijft het begrijpelijk op!
en ik ben zwaar op zoek naar mensen die wat over de bouw van een robot willen schrijven (please).
Als je Redacteur van de DRG site wilt worden ....
Geweldig ik leer hier een hoop van!
... maar ...
A-men, zou jij misschien eens tijd hebben om op de DRG site
[Bouwen] 9.2-Speedos te lezen en te becommentarieren?
Reden:
a) je snapt het onderwerp
b) zo mogelijk nog belangrijker, je schrijft het begrijpelijk op!
en ik ben zwaar op zoek naar mensen die wat over de bouw van een robot willen schrijven (please).
Als je Redacteur van de DRG site wilt worden ....
DRG Webmaster
- Bugs
- Site Admin
- Berichten: 5433718
- Lid geworden op: zo jul 27, 2003 9:13 pm
- Locatie: Delft
- Contacteer:
opmerkingetjes:
-de to220 behuizing kan maar to 75A aan, dus wat er in de datasheet voor een fet gespecificeerd staat is piek piek piek stroom.
-Practisch gezien zou ik niet veel verder dan 30 a 40 A per FET gaan.
-de irf2110 kan 1/2A aan. dus 10 Ohm voor de gate is zat. Hij heeft echter geen beveiliging die voorkomt dat je hoog en laag tegelijk open stuurt. Bovendien zal je niet veel verder komen dan 95% van vol pwm. Dat zal zowiezo een probleem worden met de meeste driver ic's
-In de practijk zal je nooit voor 20 seconden vol vermogen vragen, tenzij je Marcon of John heet ofzo
-de to220 behuizing kan maar to 75A aan, dus wat er in de datasheet voor een fet gespecificeerd staat is piek piek piek stroom.
-Practisch gezien zou ik niet veel verder dan 30 a 40 A per FET gaan.
-de irf2110 kan 1/2A aan. dus 10 Ohm voor de gate is zat. Hij heeft echter geen beveiliging die voorkomt dat je hoog en laag tegelijk open stuurt. Bovendien zal je niet veel verder komen dan 95% van vol pwm. Dat zal zowiezo een probleem worden met de meeste driver ic's
-In de practijk zal je nooit voor 20 seconden vol vermogen vragen, tenzij je Marcon of John heet ofzo
NaN, ergens na nieuwjaar gaat team compactory zijn website publiek maken. Daar gaat een hele boel technische info instaan over de bouw van HARD (voorlopig nog wel zonder de ultra theoretische bijdragen van A-men). Wat mij betreft mag je daar zoveel naar doorverwijzen of van copiëren als je zelf wil.en ik ben zwaar op zoek naar mensen die wat over de bouw van een robot willen schrijven (please).
En ik ga hier ondertussen ook eens even op de theoretici hun tenen trappen.
A-men heeft ooit een geweldige theoretische berekening gemaakt over de nodige batterij capaciteit in een heavyweight robot (ik ga hem eens vragen of ik die ook op de site moet zetten) alleen bleek achteraf dat de praktijk nogal anders was. Niet dat het slecht was, juist het tegenovergestelde we hadden gewoon 3 maal teveel capaciteit.....
Alleen had A-men ondertussen dus wel behoorlijk wat geld uitgegeven dat achteraf helemaal niet nodig bleek.
Dit alles om maar te zeggen dat hoe je het ook uitrekent, vroeg of laat moet het toch in de praktijk bewezen worden en dat kan heel anders zijn dan 10 bladzijden berekeningen.
Dus mijn raad aan beginnnende robotbouwers: koop gewoon de onderdelen waarvan ze bewezen hebben dat ze werken onder gelijkaardige omstandigheden. Het kan bij aanvang misschien duur lijken maar ik verzeker jullie dat het uiteindelijk goedkoper is dan zelf beginnen experimenteren (wat op zich zelf een leuke hobby kan zijn natuurlijk).
Ik ben zeker dat de meeste ervaren robotbouwers mij hierin ondertussen gelijk geven. Is het niet Maddox ?
Dus hier komt mijn vraag terug: weet er iemand hoe lang de leveringstijd van een electrolize speedo is?
Geert, jullie 12Ah Cyclons waren gebaseerd op de toenmalige concensus van 15 tot 17 Ah 24V in de Uk robots.
De verlaging van Ah is pas goed doorgekomen toen de Kees's zich bewezen als hebbende goeie regen braking, en de 8Ah cyclons in TAN net een gevecht niet konden uithouden.
De 9Ah PBQ's van nu zijn de meest kosteffectieve accu's tot nu toe.
In alle geval, zonder proberen geen nieuwe technologien of producten.
Maar om te starten, gebruik de geijkte weg. Experimenteren kan later nog.
De verlaging van Ah is pas goed doorgekomen toen de Kees's zich bewezen als hebbende goeie regen braking, en de 8Ah cyclons in TAN net een gevecht niet konden uithouden.
De 9Ah PBQ's van nu zijn de meest kosteffectieve accu's tot nu toe.
In alle geval, zonder proberen geen nieuwe technologien of producten.
Maar om te starten, gebruik de geijkte weg. Experimenteren kan later nog.
Beter nu creperen, dan in de wars repareren.
Wel wel...'t is echt een forum aan het worden...
Effe proberen iedereen van antwoord te dienen :
NaN :
Van mij mag je alles wat hier staat gebruiken voor het DRG forum. DocProc heeft hetzelfde aangeboden en ik heb zijn tekst eens gaan lezen. Die is uitstekend. Wat vooral knap is aan die tekst is dat hij met veel minder woorden tot resultaat komt. Dat komt allicht omdat DocProc ervan uitgaat dat de lezer al iets aan electronica kennis heeft. Ik ga er in mij uitleg van uit dat men die kennis wil verwerven.
Voorlopig ga ik me concentreren op de bouw van mijn eigen speedo. Want ik zou het zelf straf vinden om commentaar te geven op anderen als ik zelf niet bewezen heb het zelf te kunnen. (Lees eerst tonen dat mijn eigen speedo in de praktijk ook goed werkt en pas dan zal ik me er wagen om op anderen commentaar te geven.)
En omgekeerd, ik heb er nog geen gebouwd en het commentaar van derden die dat wel gedaan hebben is dan ook zeer zeker welkom in dit forum.
Bugs :
A) Inderdaad de IRF 1404 in TO 220 behuizing kan slechts 75 A continu aan. In de praktijk kan je daar beter een flink stuk onder blijven.
Ik heb hierboven alles "worst case" uitgerekend. Als ik me baseer op het feit dat de 900 BB bij 12V zijn beste rendement haalt bij 8A dan ga ik ervan uit dat de FET bij normaal gebruik (zolang de motoren niet geblokkeerd worden) ergens in de buurt van de 20 A moet verwerken.
B) IRF2110 kan 1 a 2 A gate sturing leveren. De application note van de HIP4081A geeft 2,5 A piek aan en de datasheet heeft het over minimum 1,3 A. Laten we daarom 1A nemen. Beiden gebruiken ongeveer de voedingsspanning al gate stuur spanning. Dat zal bij mij 12V worden. Dus de weerstand mag dan 12 Ohm bedragen. Ik zal voor 22 Ohm gaan... dan is het ook nog makkelijk mogelijk om 2 FET's per tak te gebruiken.
C) Het is me niet duidelijk wat je bedoelt met 95% van vol PWM. Bedoel je dat ik bij vol gas niet 100% open zal staan ? Dat was anders weldegelijk de bedoeling.
D) ifr2110 geen beveiliging tegen shoot trought (bovenste en onderste FET van dezelfde kant open op hetzelfde ogenblik)... dat lijkt me toch wel heel erg zonde. Natuurlijk is het met weinig extra componenten wel mogelijk om het toch te implementeren (en met een zuivere programmatie kan het ook)... en toch is het zonde.
E) Ik geloof ook dat 20 seconden best lang is in wedstrijden dus daar maakte ik me inderdaad niet te veel zorgen over.
F) BEDANKT VOOR JE OPMERKINGETJES !
G-lap
A) De berekening die ik destijds gemaakt heb voor de batterij was 3,2 Ah per motor. Je hebt die berekening in de Compactory presentatie staan...dus je kan het nakijken. Dat was dan 6,4 Ah voor een 2-motorige robot. Mij eigen voorstel was een veiligheidsmarge van 20% te gebruiken en dat geeft dan 8 Ah (eigenlijk 7.68). Het is juist de praktijk input van derden die me heeft aangezet om 12Ah te kopen. En wat blijkt vandaag ? ... 8 Ah is in 99% van de gevallen prima en de 9 Ah PBQ's zijn de beste oplossing. Vergeef me maar uw opmerking is ten onrechte.
B) Aan allen die overwegen om zelf te bouwen. VOOR DE PRIJS MOET JE HET ZEKER NIET DOEN. Je mag er zeker van zijn dat je aan een eigen ontwerp en bouw MEER zal uitgeven dan aan een gekochte versie EN dat de gekoche versie beter zal werken dan wat je zelf gemaakt hebt. Pas als je een pak ervaring hebt zal je de koopbare versies overtreffen. Als het voor een feather is dan is een goede oplossing voor een lage prijs 2 X Electronize ( http://www.electronize.co.uk/model_elec ... frames.htm ) aan 58 EURO per stuk bij Technobots ( http://www.technobots.co.uk/ )
Cavecrusher
OK, ik zal het op 20kHz (of meer) houden want fluitende robots zijn dus irritant.
A-men
Effe proberen iedereen van antwoord te dienen :
NaN :
Van mij mag je alles wat hier staat gebruiken voor het DRG forum. DocProc heeft hetzelfde aangeboden en ik heb zijn tekst eens gaan lezen. Die is uitstekend. Wat vooral knap is aan die tekst is dat hij met veel minder woorden tot resultaat komt. Dat komt allicht omdat DocProc ervan uitgaat dat de lezer al iets aan electronica kennis heeft. Ik ga er in mij uitleg van uit dat men die kennis wil verwerven.
Voorlopig ga ik me concentreren op de bouw van mijn eigen speedo. Want ik zou het zelf straf vinden om commentaar te geven op anderen als ik zelf niet bewezen heb het zelf te kunnen. (Lees eerst tonen dat mijn eigen speedo in de praktijk ook goed werkt en pas dan zal ik me er wagen om op anderen commentaar te geven.)
En omgekeerd, ik heb er nog geen gebouwd en het commentaar van derden die dat wel gedaan hebben is dan ook zeer zeker welkom in dit forum.
Bugs :
A) Inderdaad de IRF 1404 in TO 220 behuizing kan slechts 75 A continu aan. In de praktijk kan je daar beter een flink stuk onder blijven.
Ik heb hierboven alles "worst case" uitgerekend. Als ik me baseer op het feit dat de 900 BB bij 12V zijn beste rendement haalt bij 8A dan ga ik ervan uit dat de FET bij normaal gebruik (zolang de motoren niet geblokkeerd worden) ergens in de buurt van de 20 A moet verwerken.
B) IRF2110 kan 1 a 2 A gate sturing leveren. De application note van de HIP4081A geeft 2,5 A piek aan en de datasheet heeft het over minimum 1,3 A. Laten we daarom 1A nemen. Beiden gebruiken ongeveer de voedingsspanning al gate stuur spanning. Dat zal bij mij 12V worden. Dus de weerstand mag dan 12 Ohm bedragen. Ik zal voor 22 Ohm gaan... dan is het ook nog makkelijk mogelijk om 2 FET's per tak te gebruiken.
C) Het is me niet duidelijk wat je bedoelt met 95% van vol PWM. Bedoel je dat ik bij vol gas niet 100% open zal staan ? Dat was anders weldegelijk de bedoeling.
D) ifr2110 geen beveiliging tegen shoot trought (bovenste en onderste FET van dezelfde kant open op hetzelfde ogenblik)... dat lijkt me toch wel heel erg zonde. Natuurlijk is het met weinig extra componenten wel mogelijk om het toch te implementeren (en met een zuivere programmatie kan het ook)... en toch is het zonde.
E) Ik geloof ook dat 20 seconden best lang is in wedstrijden dus daar maakte ik me inderdaad niet te veel zorgen over.
F) BEDANKT VOOR JE OPMERKINGETJES !
G-lap
A) De berekening die ik destijds gemaakt heb voor de batterij was 3,2 Ah per motor. Je hebt die berekening in de Compactory presentatie staan...dus je kan het nakijken. Dat was dan 6,4 Ah voor een 2-motorige robot. Mij eigen voorstel was een veiligheidsmarge van 20% te gebruiken en dat geeft dan 8 Ah (eigenlijk 7.68). Het is juist de praktijk input van derden die me heeft aangezet om 12Ah te kopen. En wat blijkt vandaag ? ... 8 Ah is in 99% van de gevallen prima en de 9 Ah PBQ's zijn de beste oplossing. Vergeef me maar uw opmerking is ten onrechte.
B) Aan allen die overwegen om zelf te bouwen. VOOR DE PRIJS MOET JE HET ZEKER NIET DOEN. Je mag er zeker van zijn dat je aan een eigen ontwerp en bouw MEER zal uitgeven dan aan een gekochte versie EN dat de gekoche versie beter zal werken dan wat je zelf gemaakt hebt. Pas als je een pak ervaring hebt zal je de koopbare versies overtreffen. Als het voor een feather is dan is een goede oplossing voor een lage prijs 2 X Electronize ( http://www.electronize.co.uk/model_elec ... frames.htm ) aan 58 EURO per stuk bij Technobots ( http://www.technobots.co.uk/ )
Cavecrusher
OK, ik zal het op 20kHz (of meer) houden want fluitende robots zijn dus irritant.
A-men
Laatst gewijzigd door A-men op zo dec 19, 2004 4:13 pm, 3 keer totaal gewijzigd.
Een H-bridge driver kiezen :
De twee meest gebruikte H-bridge drivers zijn IRF2110 en HIP4081A.
De HIP4081A ( Datasheet http://www.intersil.com/data/fn/fn3659.pdf Application Note http://www.intersil.com/data/an/an9405.pdf )
Een full H-Bridge driver. Hij heeft alles aan boord om de twee kanten (links en rechts) aan te sturen in een enkele 20 pin IC.
Hij wordt gebruikt in de OSMC controller en in de IBC controller.
Ik hoor niet veel mensen die OSMC gebruiken alleen Leo-rcc doet dat en die is er best tevreden over. De IBC heeft wel veel aanhangers en die zijn ook tevreden.
Hij kost bij Digikey ( http://www.digikey.com/digihome.html ) 4,83 EURO.
De IR2110 ( Datasheet http://www.irf.com/product-info/datashe ... ir2110.pdf )
Een halve H-Bridge driver. Hij heeft alles aan boord om één kant (links of rechts) aan te sturen in een enkele 14 pin IC.
Hij wordt gebruikt door Mythras (Kees) en heeft ook de voorkeur van Bugs gekregen. In onze lage landen is het daarmee DE voorkeurs-oplossing. (Ook onze robot HARD rijdt met een Mythras speedo set.)
Hij kost bij Digikey 3,18 Euro . Je hebt er echter 2 nodig voor één Speedo. Voor de prijsvergelijking moet je dus 6,36 Euro rekenen.
Zonder veel overtuiging kies ik hier voor de HIP4081A. Hij is compacter (want maar eentje nodig per speedo) hij kost iets minder en over hem heb ik de beste documentatie.
De keuze van de weerstand tussen de H-Bridge driver IC en de Gate van de FET.
Die moet zo zo klein mogelijk zijn. Hoe kleiner hoe sneller we schakelen en hoe sneller we schakelen hoe minder schakelverliezen en minder schakel verliezen betekent minder koelingsproblemen.
De HIP4081A kan volgens de application note 2,5 A piek leveren. Volgens de datasheet is het 2,4 A bij gebruik van een 12V voedingsspanning (en dat is inderdaad de voedigsspanning die ik plan te gebruken). Laat ik het toch maar op 2 A houden.
De HIP levert als gate stuurspanning ongeveer de voedingsspanning, 12V dus. Met een Gate to Source spanning van 12V wil dat zeggen dat we er met 12/2 = 6 Ohm (uit R= U/I) geraken. Dat zal dan in de praktijk 6,8 Ohm worden want 6 Ohm is niet vlot te koop. Dat is veel kleiner dan waar ik gisteren op had durven hopen !
We kunnen nu opnieuw uitrekenen hoeveel tijd we nodig hebben om de Gate/Source capaciteit op te laden U = Us(1-E^(-t/Rc))...of ook t= -R X C X Ln(U/Us)... en dat geeft dan 115,8 nanno seconden. Met dergelijke korte schakeltijden komen we in de buurt van wat de FET echt aan kan want met een ideale aansturing doet de FET er 157 ns over om helemaal open te gaan en 98 ns om helemaal dicht te gaan.
Welk vermogen moet die weerstand aan kunnen ?
Eerst weer met P = U X I ... en dat is dan 2,4 X 12 = 28,8 W. Een serieuze klopper zou dat worden...maar we kennen het verhaal al..
Hij hoeft alleen vermogen te verwerken gedurende het opladen van de capaciteit en dat duurt 157 ns. Twee maal per cyclus moet hij schakelen dus 314 ns per cyclus. Bij 20 Khz duurt één cyclus 50 µs en dus is het nodige vermogen (28,8 X 314X 10^-9)/(50X10^-6) =0.181 W. Dat zal dan in de praktijk 0.25 W worden.
Door deze weerstand te plaatsen vertragen we het aanschakelen van de FET dus "een beetje" en het enige nadeel daarvan is dat de schakelverliezen iets hoger liggen.
MAAR door deze weerstand vertragen we ook het uitschakelen van de FET "een beetje". In princiepe is de vertraging natuurlijk even groot bij het aanschakelen als bij het uitschakelen. Een verschil in tolerantie kan echter zware gevolgen hebben. Want als we een iets grotere weerstand hebben bij een FET die we willen uitschakelen en een iets kleinere weerstand voor een FET die we willen aanschakelen...dan kan het wel eens gebeuren dat de FET die verondersteld werd van uit te zijn nog aan staat op het ogenblik dat de ander FET aan gaat. Als je dat voor hebt in bijvoorbeeld de linker tak ... dan heb je een kortsluiting !
We gaan dadelijk werken aan een oplossing daarvoor. In ieder geval is het al de moeite waard om te noteren dat het zinvol is om voor die H-bridge driver naar FET-Gate weerstand te kiezen voor weerstanden met een kleine tolerantie zodat ze allemaal heel dicht bij elkaar liggen wat hun weerstandswaarde betreft. 1% metaalfilmweerstanden is wat we willen hebben.
H-bridge driver naar FET-Gate weerstand : 6,8 Ohm 0,25 W 1% tolerantie
Als de weerstanden een tolerantie hebben van 1% dan is het perfect mogelijk dat twee waarden 2% uit elkaar liggen. Als ik dan nog wil rekening houden met verschillen in de geleiding van de aansluitingen (omdat bijvoorbeeld de afstand over de printbaan een paar cm verschilt en bij 6,8 Ohm kan dat een rol spelen) dan kunnen we best rekening houden met een verschil van 5%. Dat vertaalt zich dan in een verschil in schakeltijd van 7,85 ns (= 157 X 5%).
De FET heeft hoe dan ook al een tijd van 72 + 26 ns nodig om uit te schakelen. Daar komt nu die 8 ns nog bij. Dat geeft dan 106 ns.
Als we heel zeker willen zijn dat we NOOIT een kortsluiting hebben dan moeten we ervoor zorgen dat de het aansturen van het openen van een FET altijd 106 ns na het uitschakelen van de andere FET's gebeurd. 5en dat is heel veilig werken want eigenlijk heeft een FET ook tijd nodig om open te gaan op zijn allerminst is dat 17 ns).
Speciaal om die vertraging tussen uitschakelen en inschakelen te kunnen instellen heeft Intersil (de producent van de HIP) een aansluiting voorzien: de Delay aansluiting. Op de pinnen HDEL en LDEL kan je een weerstand aansluiten waarmee je de tijd kan instellen die je wenst te laten verlopen tussen het uitschakelen en het inschakelen van verschillende FET's. (er zijn zo twee aansluitingen voorzien omdat het best zou kunnen dat iemand in de bovenste takken andere FET's nodig heeft dan in de onderste takken. Gezien dat bij onze speedo niet het geval is zullen de twee weerstanden die wij gebruiken identiek zijn).
Uit een tabel in de datasheet kan je aflezen dat je voor een vertraging van 106 ns een weerstand van 238K moet gebruiken. Laten we daar toch maar een veiligheidsmarge van 10% op verrekenen dat geeft dan 261k.. dat wordt dan 270K in de praktijk.
HDEL en LDEL weerstanden : 270k 0,25W tolerantie mag 10% zijn
Een andere oplossing om ervoor te zorgen dat je altijd sneller uit-schakelt dan in-schakelt is dit:
Parallel met de Gate stuur weerstand plaats je een Schottky diode zodang dat bij het ontlanden van de Gate/Source capaciteit deze diode in geleiding staat. De Schottky diode is bijzonder snel en heeft een lage drempelwaarde... het ontladen gaat dus pakken sneller over deze diode dan het oplaten over de weerstand (een diode kan je beschouwen als een éénrichtingsventiel voor stroom).
Zeker een uitstekende methode. Je hebt wel 4 Schottky diodes nodig en de weerstanden die ik gebruikt heb moet je hoe dan ook plaatsen (ze mogen alleen een kleinere weerstandswaarde hebben dan wat ik hier gebruik). Een Schottky diode kost bij Digikey 0,36 Euro, maal 4 voor elke FET dat is nogaltijd maar 1,44 Euro.
Dat zal het zijn voor vandaag. Morgen wat uitleg over het berekenen van de spanning pomp en wat aandacht voor de beveilinging tegen inductieve spanningspieken. Als alles vlot gaat kan ik ook nog de voeding van de HIP behandelen en dan hebben we morgen avond het ganse schema van de vermogenssturing klaar.
A-men
De twee meest gebruikte H-bridge drivers zijn IRF2110 en HIP4081A.
De HIP4081A ( Datasheet http://www.intersil.com/data/fn/fn3659.pdf Application Note http://www.intersil.com/data/an/an9405.pdf )
Een full H-Bridge driver. Hij heeft alles aan boord om de twee kanten (links en rechts) aan te sturen in een enkele 20 pin IC.
Hij wordt gebruikt in de OSMC controller en in de IBC controller.
Ik hoor niet veel mensen die OSMC gebruiken alleen Leo-rcc doet dat en die is er best tevreden over. De IBC heeft wel veel aanhangers en die zijn ook tevreden.
Hij kost bij Digikey ( http://www.digikey.com/digihome.html ) 4,83 EURO.
De IR2110 ( Datasheet http://www.irf.com/product-info/datashe ... ir2110.pdf )
Een halve H-Bridge driver. Hij heeft alles aan boord om één kant (links of rechts) aan te sturen in een enkele 14 pin IC.
Hij wordt gebruikt door Mythras (Kees) en heeft ook de voorkeur van Bugs gekregen. In onze lage landen is het daarmee DE voorkeurs-oplossing. (Ook onze robot HARD rijdt met een Mythras speedo set.)
Hij kost bij Digikey 3,18 Euro . Je hebt er echter 2 nodig voor één Speedo. Voor de prijsvergelijking moet je dus 6,36 Euro rekenen.
Zonder veel overtuiging kies ik hier voor de HIP4081A. Hij is compacter (want maar eentje nodig per speedo) hij kost iets minder en over hem heb ik de beste documentatie.
De keuze van de weerstand tussen de H-Bridge driver IC en de Gate van de FET.
Die moet zo zo klein mogelijk zijn. Hoe kleiner hoe sneller we schakelen en hoe sneller we schakelen hoe minder schakelverliezen en minder schakel verliezen betekent minder koelingsproblemen.
De HIP4081A kan volgens de application note 2,5 A piek leveren. Volgens de datasheet is het 2,4 A bij gebruik van een 12V voedingsspanning (en dat is inderdaad de voedigsspanning die ik plan te gebruken). Laat ik het toch maar op 2 A houden.
De HIP levert als gate stuurspanning ongeveer de voedingsspanning, 12V dus. Met een Gate to Source spanning van 12V wil dat zeggen dat we er met 12/2 = 6 Ohm (uit R= U/I) geraken. Dat zal dan in de praktijk 6,8 Ohm worden want 6 Ohm is niet vlot te koop. Dat is veel kleiner dan waar ik gisteren op had durven hopen !
We kunnen nu opnieuw uitrekenen hoeveel tijd we nodig hebben om de Gate/Source capaciteit op te laden U = Us(1-E^(-t/Rc))...of ook t= -R X C X Ln(U/Us)... en dat geeft dan 115,8 nanno seconden. Met dergelijke korte schakeltijden komen we in de buurt van wat de FET echt aan kan want met een ideale aansturing doet de FET er 157 ns over om helemaal open te gaan en 98 ns om helemaal dicht te gaan.
Welk vermogen moet die weerstand aan kunnen ?
Eerst weer met P = U X I ... en dat is dan 2,4 X 12 = 28,8 W. Een serieuze klopper zou dat worden...maar we kennen het verhaal al..
Hij hoeft alleen vermogen te verwerken gedurende het opladen van de capaciteit en dat duurt 157 ns. Twee maal per cyclus moet hij schakelen dus 314 ns per cyclus. Bij 20 Khz duurt één cyclus 50 µs en dus is het nodige vermogen (28,8 X 314X 10^-9)/(50X10^-6) =0.181 W. Dat zal dan in de praktijk 0.25 W worden.
Door deze weerstand te plaatsen vertragen we het aanschakelen van de FET dus "een beetje" en het enige nadeel daarvan is dat de schakelverliezen iets hoger liggen.
MAAR door deze weerstand vertragen we ook het uitschakelen van de FET "een beetje". In princiepe is de vertraging natuurlijk even groot bij het aanschakelen als bij het uitschakelen. Een verschil in tolerantie kan echter zware gevolgen hebben. Want als we een iets grotere weerstand hebben bij een FET die we willen uitschakelen en een iets kleinere weerstand voor een FET die we willen aanschakelen...dan kan het wel eens gebeuren dat de FET die verondersteld werd van uit te zijn nog aan staat op het ogenblik dat de ander FET aan gaat. Als je dat voor hebt in bijvoorbeeld de linker tak ... dan heb je een kortsluiting !
We gaan dadelijk werken aan een oplossing daarvoor. In ieder geval is het al de moeite waard om te noteren dat het zinvol is om voor die H-bridge driver naar FET-Gate weerstand te kiezen voor weerstanden met een kleine tolerantie zodat ze allemaal heel dicht bij elkaar liggen wat hun weerstandswaarde betreft. 1% metaalfilmweerstanden is wat we willen hebben.
H-bridge driver naar FET-Gate weerstand : 6,8 Ohm 0,25 W 1% tolerantie
Als de weerstanden een tolerantie hebben van 1% dan is het perfect mogelijk dat twee waarden 2% uit elkaar liggen. Als ik dan nog wil rekening houden met verschillen in de geleiding van de aansluitingen (omdat bijvoorbeeld de afstand over de printbaan een paar cm verschilt en bij 6,8 Ohm kan dat een rol spelen) dan kunnen we best rekening houden met een verschil van 5%. Dat vertaalt zich dan in een verschil in schakeltijd van 7,85 ns (= 157 X 5%).
De FET heeft hoe dan ook al een tijd van 72 + 26 ns nodig om uit te schakelen. Daar komt nu die 8 ns nog bij. Dat geeft dan 106 ns.
Als we heel zeker willen zijn dat we NOOIT een kortsluiting hebben dan moeten we ervoor zorgen dat de het aansturen van het openen van een FET altijd 106 ns na het uitschakelen van de andere FET's gebeurd. 5en dat is heel veilig werken want eigenlijk heeft een FET ook tijd nodig om open te gaan op zijn allerminst is dat 17 ns).
Speciaal om die vertraging tussen uitschakelen en inschakelen te kunnen instellen heeft Intersil (de producent van de HIP) een aansluiting voorzien: de Delay aansluiting. Op de pinnen HDEL en LDEL kan je een weerstand aansluiten waarmee je de tijd kan instellen die je wenst te laten verlopen tussen het uitschakelen en het inschakelen van verschillende FET's. (er zijn zo twee aansluitingen voorzien omdat het best zou kunnen dat iemand in de bovenste takken andere FET's nodig heeft dan in de onderste takken. Gezien dat bij onze speedo niet het geval is zullen de twee weerstanden die wij gebruiken identiek zijn).
Uit een tabel in de datasheet kan je aflezen dat je voor een vertraging van 106 ns een weerstand van 238K moet gebruiken. Laten we daar toch maar een veiligheidsmarge van 10% op verrekenen dat geeft dan 261k.. dat wordt dan 270K in de praktijk.
HDEL en LDEL weerstanden : 270k 0,25W tolerantie mag 10% zijn
Een andere oplossing om ervoor te zorgen dat je altijd sneller uit-schakelt dan in-schakelt is dit:
Parallel met de Gate stuur weerstand plaats je een Schottky diode zodang dat bij het ontlanden van de Gate/Source capaciteit deze diode in geleiding staat. De Schottky diode is bijzonder snel en heeft een lage drempelwaarde... het ontladen gaat dus pakken sneller over deze diode dan het oplaten over de weerstand (een diode kan je beschouwen als een éénrichtingsventiel voor stroom).
Zeker een uitstekende methode. Je hebt wel 4 Schottky diodes nodig en de weerstanden die ik gebruikt heb moet je hoe dan ook plaatsen (ze mogen alleen een kleinere weerstandswaarde hebben dan wat ik hier gebruik). Een Schottky diode kost bij Digikey 0,36 Euro, maal 4 voor elke FET dat is nogaltijd maar 1,44 Euro.
Dat zal het zijn voor vandaag. Morgen wat uitleg over het berekenen van de spanning pomp en wat aandacht voor de beveilinging tegen inductieve spanningspieken. Als alles vlot gaat kan ik ook nog de voeding van de HIP behandelen en dan hebben we morgen avond het ganse schema van de vermogenssturing klaar.
A-men
Laatst gewijzigd door A-men op zo dec 19, 2004 4:15 pm, 1 keer totaal gewijzigd.
amen (woordgrapje )A-men schreef:Een H-bridge driver kiezen :
De twee meest gebruikte H-bridge drivers zijn IRF2110 en HIP4081A.
De HIP4081A ( Datasheet http://www.intersil.com/data/fn/fn3659.pdf Application Note http://www.intersil.com/data/an/an9405.pdf )
Een full H-Bridge driver. Hij heeft alles aan boord om de twee kanten (links en rechts) aan te sturen in een enkele 20 pin IC.
Hij wordt gebruikt in de OSMC controller en in de IBC controller.
Ik hoor niet veel mensen die OSMC gebruiken alleen Leo-rcc doet dat en die is er best tevreden over. De IBC heeft wel veel aanhangers en die zijn ook tevreden.
Hij kost bij Digikey ( http://www.digikey.com/digihome.html) 4,83 EURO.
De IR2110 ( Datasheet http://www.irf.com/product-info/datashe ... ir2110.pdf )
Een halve H-Bridge driver. Hij heeft alles aan boord om één kant (links of rechts) aan te sturen in een enkele 14 pin IC.
Hij wordt gebruikt door Mythras (Kees) en heeft ook de voorkeur van Bugs gekregen. In onze lage landen is het daarmee DE voorkeurs-oplossing. (Ook onze robot HARD rijdt met een Mythras speedo set.)
Hij kost bij Digikey 3,18 Euro . Je hebt er echter 2 nodig voor één Speedo. Voor de prijsvergelijking moet je dus 6,36 Euro rekenen.
Zonder veel overtuiging kies ik hier voor de HIP4081A. Hij is compacter (want maar eentje nodig per speedo) hij kost iets minder en over hem heb ik de beste documentatie.
De keuze van de weerstand tussen de H-Bridge driver IC en de Gate van de FET.
Die moet zo zo klein mogelijk zijn. Hoe kleiner hoe sneller we schakelen en hoe sneller we schakelen hoe minder schakelverliezen en minder schakel verliezen betekent minder koelingsproblemen.
De HIP4081A kan volgens de application note 2,5 A piek leveren. Volgens de datasheet is het 2,4 A bij gebruik van een 12V voedingsspanning (en dat is inderdaad de voedigsspanning die ik plan te gebruken). Laat ik het toch maar op 2 A houden.
De HIP levert als gate stuurspanning ongeveer de voedingsspanning, 12V dus. Met een Gate to Source spanning van 12V wil dat zeggen dat we er met 12/2 = 6 Ohm (uit R= U/I) geraken. Dat zal dan in de praktijk 6,8 Ohm worden want 6 Ohm is niet vlot te koop. Dat is veel kleiner dan waar ik gisteren op had durven hopen !
We kunnen nu opnieuw uitrekenen hoeveel tijd we nodig hebben om de Gate/Source capaciteit op te laden U = Us(1-E^(-t/Rc))...of ook t= -R X C X Ln(U/Us)... en dat geeft dan 115,8 nanno seconden. Met dergelijke korte schakeltijden komen we in de buurt van wat de FET echt aan kan want met een ideale aansturing doet de FET er 157 ns over om helemaal open te gaan en 98 ns om helemaal dicht te gaan.
Welk vermogen moet die weerstand aan kunnen ?
Eerst weer met P = U X I ... en dat is dan 2,4 X 12 = 28,8 W. Een serieuze klopper zou dat worden...maar we kennen het verhaal al..
Hij hoeft alleen vermogen te verwerken gedurende het opladen van de capaciteit en dat duurt 157 ns. Twee maal per cyclus moet hij schakelen dus 314 ns per cyclus. Bij 20 Khz duurt één cyclus 50 µs en dus is het nodige vermogen (28,8 X 314X 10^-9)/(50X10^-6) =0.181 W. Dat zal dan in de praktijk 0.25 W worden.
Door deze weerstand te plaatsen vertragen we het aanschakelen van de FET dus "een beetje" en het enige nadeel daarvan is dat de schakelverliezen iets hoger liggen.
MAAR door deze weerstand vertragen we ook het uitschakelen van de FET "een beetje". In princiepe is de vertraging natuurlijk even groot bij het aanschakelen als bij het uitschakelen. Een verschil in tolerantie kan echter zware gevolgen hebben. Want als we een iets grotere weerstand hebben bij een FET die we willen uitschakelen en een iets kleinere weerstand voor een FET die we willen aanschakelen...dan kan het wel eens gebeuren dat de FET die verondersteld werd van uit te zijn nog aan staat op het ogenblik dat de ander FET aan gaat. Als je dat voor hebt in bijvoorbeeld de linker tak ... dan heb je een kortsluiting !
We gaan dadelijk werken aan een oplossing daarvoor. In ieder geval is het al de moeite waard om te noteren dat het zinvol is om voor die H-bridge driver naar FET-Gate weerstand te kiezen voor weerstanden met een kleine tolerantie zodat ze allemaal heel dicht bij elkaar liggen wat hun weerstandswaarde betreft. 1% metaalfilmweerstanden is wat we willen hebben.
H-bridge driver naar FET-Gate weerstand : 6,8 Ohm 0,25 W 1% tolerantie
Als de weerstanden een tolerantie hebben van 1% dan is het perfect mogelijk dat twee waarden 2% uit elkaar liggen. Als ik dan nog wil rekening houden met verschillen in de geleiding van de aansluitingen (omdat bijvoorbeeld de afstand over de printbaan een paar cm verschilt en bij 6,8 Ohm kan dat een rol spelen) dan kunnen we best rekening houden met een verschil van 5%. Dat vertaalt zich dan in een verschil in schakeltijd van 7,85 ns (= 157 X 5%).
De FET heeft hoe dan ook al een tijd van 72 + 26 ns nodig om uit te schakelen. Daar komt nu die 8 ns nog bij. Dat geeft dan 106 ns.
Als we heel zeker willen zijn dat we NOOIT een kortsluiting hebben dan moeten we ervoor zorgen dat de het aansturen van het openen van een FET altijd 106 ns na het uitschakelen van de andere FET's gebeurd. 5en dat is heel veilig werken want eigenlijk heeft een FET ook tijd nodig om open te gaan op zijn allerminst is dat 17 ns).
Speciaal om die vertraging tussen uitschakelen en inschakelen te kunnen instellen heeft Intersil (de producent van de HIP) een aansluiting voorzien: de Delay aansluiting. Op de pinnen HDEL en LDEL kan je een weerstand aansluiten waarmee je de tijd kan instellen die je wenst te laten verlopen tussen het uitschakelen en het inschakelen van verschillende FET's. (er zijn zo twee aansluitingen voorzien omdat het best zou kunnen dat iemand in de bovenste takken andere FET's nodig heeft dan in de onderste takken. Gezien dat bij onze speedo niet het geval is zullen de twee weerstanden die wij gebruiken identiek zijn).
Uit een tabel in de datasheet kan je aflezen dat je voor een vertraging van 106 ns een weerstand van 238K moet gebruiken. Laten we daar toch maar een veiligheidsmarge van 10% op verrekenen dat geeft dan 261k.. dat wordt dan 270K in de praktijk.
HDEL en LDEL weerstanden : 270k 0,25W tolerantie mag 10% zijn
Een andere oplossing om ervoor te zorgen dat je altijd sneller uit-schakelt dan in-schakelt is dit:
Parallel met de Gate stuur weerstand plaats je een Schottky diode zodang dat bij het ontlanden van de Gate/Source capaciteit deze diode in geleiding staat. De Schottky diode is bijzonder snel en heeft een lage drempelwaarde... het ontladen gaat dus pakken sneller over deze diode dan het oplaten over de weerstand (een diode kan je beschouwen als een éénrichtingsventiel voor stroom).
Zeker een uitstekende methode. Je hebt wel 4 Schottky diodes nodig en de weerstanden die ik gebruikt heb moet je hoe dan ook plaatsen (ze mogen alleen een kleinere weerstandswaarde hebben dan wat ik hier gebruik). Een Schottky diode kost bij Digikey 0,36 Euro, maal 4 voor elke FET dat is nogaltijd maar 1,44 Euro.
Dat zal het zijn voor vandaag. Morgen wat uitleg over het berekenen van de spanning pomp en wat aandacht voor de beveilinging tegen inductieve spanningspieken. Als alles vlot gaat kan ik ook nog de voeding van de HIP behandelen en dan hebben we morgen avond het ganse schema van de vermogenssturing klaar.
A-men
Hoe dan?
- Bugs
- Site Admin
- Berichten: 5433718
- Lid geworden op: zo jul 27, 2003 9:13 pm
- Locatie: Delft
- Contacteer:
Wat betreft de kosten, kijk eens hier: http://www.reichelt.de
Wat betreft het verhaal. Hou er rekening mee dat in de electrotechniek alles onder de 10% verwaarloosbaar is. Daarbij komt dat in fabricage technieken voor halfgeleiders zoals chips en FET's een variatie van tot wel 30% kan zitten.. dus die tijden die je berekend zijn veel te precies. Je moet er voor zorgen dat je daar niet te dicht in de buurt van drijgt te komen, anders zou je er wel eens voorbij kunnen zitten met alle 'gevolgen' van dien.
Je kan een aantal dingen doen, of je probeert de gevolgen van die variatie op te vangen, of je gaat 'matchen' waarbij je onderdelen uitzoekt die precies bij elkaar passen. Dat laatste heeft vanwegen het arbeits intensieve karakter niet de voorkeur. Het is wel iets waar 'audiofielen' het nog wel eens over hebben. Voor mij is dat genoeg reden om dat te meiden.
Wat betreft het verhaal. Hou er rekening mee dat in de electrotechniek alles onder de 10% verwaarloosbaar is. Daarbij komt dat in fabricage technieken voor halfgeleiders zoals chips en FET's een variatie van tot wel 30% kan zitten.. dus die tijden die je berekend zijn veel te precies. Je moet er voor zorgen dat je daar niet te dicht in de buurt van drijgt te komen, anders zou je er wel eens voorbij kunnen zitten met alle 'gevolgen' van dien.
Je kan een aantal dingen doen, of je probeert de gevolgen van die variatie op te vangen, of je gaat 'matchen' waarbij je onderdelen uitzoekt die precies bij elkaar passen. Dat laatste heeft vanwegen het arbeits intensieve karakter niet de voorkeur. Het is wel iets waar 'audiofielen' het nog wel eens over hebben. Voor mij is dat genoeg reden om dat te meiden.
Ik heb persoonlijk niet zulke goede ervaringen met de HIP4081A. Op papier ziet die er erg goed uit, maar in de praktijk valt dat wat tegen. De HIP is erg kwetsbaar, en je zult dus met je ontwerp heel goed moeten oppassen.
De belangrijkste reden voor de gate weerstand is vaak niet om je driver chip te beschermen, maar oscilaties, overshoot etc. te voorkomen. Door parasitaire capaciteiten en inducties krijg je namelijk spanningpieken op het moment dat je snel schakeld. De HIP4081A is erg gevoelig voor deze spikes, dus je zult deze spikes dus zo goed mogelijk moeten onderdrukken. Je kan het best gewoon alle waardes van het OSMC ontwerp kopieren. (Dus 150 Ohm gate weerstanden en een schottky parallel.)
Niels
De belangrijkste reden voor de gate weerstand is vaak niet om je driver chip te beschermen, maar oscilaties, overshoot etc. te voorkomen. Door parasitaire capaciteiten en inducties krijg je namelijk spanningpieken op het moment dat je snel schakeld. De HIP4081A is erg gevoelig voor deze spikes, dus je zult deze spikes dus zo goed mogelijk moeten onderdrukken. Je kan het best gewoon alle waardes van het OSMC ontwerp kopieren. (Dus 150 Ohm gate weerstanden en een schottky parallel.)
Niels
Bugs, Niels,
Dank u voor de input.
Reichelt heeft de IR 2110 voor 2,05 Euro. De HIP 4081A heb ik niet gevonden.
Voor de aan en de uit schakeltijden van de IRF 1404 geeft de datasheet inderdaad geen minimum en maximum waarden op maar alleen een typical waarde. Als ik er rekening mee hou dat die waarden met 30% kunnen variëren dan kan het uitschakelen dus 72 + 26 = 98 X 1,3 = 127 ns duren. De vertraging die mijn 6,8 Ohm weerstand veroorzaakt is dus 116 ns. Je hoeft die twee tijden echter ook niet gewoon bij elkaar op te tellen. De FET zal tijdens het laden van de Gate/Source capaciteit ook al bezig zijn met intern te schakelen dus die tijd heb je gewonnen. Laat ik erop rekenen dat ik in het ergste geval nog eens de helft van de uitschakeltijd laat nadat de capaciteit is opgeladen. Dan komen we op 179,5 ns.
Hoe dan ook is dat dan niet meer corrigeerbaar door een goede keuze van de Delay weerstanden. Die kunnen volgens de datasheet maar helpen tot en vertraging van hooguit 130 ns.
OSMC en IBC (die beiden gebruik maken van de HIP) gebruiken inderdaad een Shottky diode.
Een Schottky diode heeft een lage dremplespanning 0,35 V (= de spanning nodig voor de diode in geleiding gaat. Bij een normale diode is dat minstens 0,7V en je kan best rekenen op 1V). De interne weerstand van een Schottky diode is ongeveer 60 Ohm.
Als we een Schottky diode gebruiken om het uitschakelen te versnellen ten opzichte van het inschakelen dan moeten we er wel voor zorgen dat de weerstand bij het inschakelen beduidend groter is dan de weerstand bij het het uitschakelen.
Bij het inschakelen is de diode niet geleidend en kan de stroom alleen door de weerstand lopen. Bij het uitschakelen is de diode wel geleidend en zal de stroom door de diode en door de weerstand lopen.
Als de diode een weerstand heeft van 60 Ohm en de weerstand in de gate aansturing is slechts 6,8 Ohm dan is er bijna geen verschil tussen de situatie bij het inschakelen en de situatie bij het uitschakelen.
Om ervoor te zorgen dat het inschakelen dubbel zo lang duurt als het uitschakelen moeten we een weerstand van 60 Ohm gebruiken. Als we rekening houden met Bugs' 30% regel dan moet dat 80 Ohm zijn.
Dan heeft gelijk Niels ook zijn punt (= copiëer het OSMC schema als je geen last wil hebben bij het gebruik van de HIP), want die 80 Ohm komt aardig in de buurt van de 150 Ohm die OSMC gebruikt.
Met de formules die ik al eerder in mijn betoog gebruikt heb kan je uitrekenen dat de piek stroom door de Schottky diode 194mA ( = 11,65/60) zal bedragen. Het ontladen van de GS-capaciteit zal 1 µs (- 60 X 7,4 X 10^-9 X Ln(0,1)) duren. Bij 20 kHz als PWM frequentie zal er een vermogen van 45 mW ( = 11,65 X 0,194 / 50) gedissipeerd moeten worden. Daardoor zijn er heel veel Schottky diodes die in aanmerking komen. Waarom dan niet voor dezelfde kiezen die ze bij OSMC gebruiken? Dus LLSD101A van Diodes Incorporated ( datasheet http://www.diodes.com/datasheets/ds30067.pdf ).
Het gevolg is nu wel dat ik de het te dissiperen vermogen bij het schakelen opniew moet doorrekenen.
Met 1 µs om uit te schakelen en 2 µs om aan te schakelen zal bij 50 µs duty cycle ( = periode bij 20 kHz) het te dissiperen vermogen bij het schakelen in het slechtste geval (bij geblokkeerde motoren) 12 X 35 X 3 / 50 = 25,2 W bedragen.
Dat is echter alleen zo bij geblokkeerde motoren. In alle andere gevallen is de stroom geen 70 A maar eerder 20 A en dus is het te dissiperen vermogen bij het schakelen 12 X 10 X 3 / 50 = 7,2 W.
Met 50 W als maximum dat een IRF 1404 kan dissiperen blijft ook de worst case berekening 19 W + 25 W = 44W net binnen de grenzen. Maar het is een nipte... met Bugs zijn 30% regel gaan we uit de bocht.
De Delay weerstanden hoeven dan eigelijk helemaal niet meer. Ze veroorzaken echter ook geen noemenswaardige hinder. Ik had 270K Ohm voorzien. OSMC gebruikt 249 k Ohm en IBC heeft dat niet aangepast en heeft dus ook 249 k Ohm. Laat ik me daar ook op alligneren. (datasheet http://rocky.digikey.com/WebLib/Panason ... ,14,12.pdf ) Ik ga wel de
A-men
Dank u voor de input.
Reichelt heeft de IR 2110 voor 2,05 Euro. De HIP 4081A heb ik niet gevonden.
Voor de aan en de uit schakeltijden van de IRF 1404 geeft de datasheet inderdaad geen minimum en maximum waarden op maar alleen een typical waarde. Als ik er rekening mee hou dat die waarden met 30% kunnen variëren dan kan het uitschakelen dus 72 + 26 = 98 X 1,3 = 127 ns duren. De vertraging die mijn 6,8 Ohm weerstand veroorzaakt is dus 116 ns. Je hoeft die twee tijden echter ook niet gewoon bij elkaar op te tellen. De FET zal tijdens het laden van de Gate/Source capaciteit ook al bezig zijn met intern te schakelen dus die tijd heb je gewonnen. Laat ik erop rekenen dat ik in het ergste geval nog eens de helft van de uitschakeltijd laat nadat de capaciteit is opgeladen. Dan komen we op 179,5 ns.
Hoe dan ook is dat dan niet meer corrigeerbaar door een goede keuze van de Delay weerstanden. Die kunnen volgens de datasheet maar helpen tot en vertraging van hooguit 130 ns.
OSMC en IBC (die beiden gebruik maken van de HIP) gebruiken inderdaad een Shottky diode.
Een Schottky diode heeft een lage dremplespanning 0,35 V (= de spanning nodig voor de diode in geleiding gaat. Bij een normale diode is dat minstens 0,7V en je kan best rekenen op 1V). De interne weerstand van een Schottky diode is ongeveer 60 Ohm.
Als we een Schottky diode gebruiken om het uitschakelen te versnellen ten opzichte van het inschakelen dan moeten we er wel voor zorgen dat de weerstand bij het inschakelen beduidend groter is dan de weerstand bij het het uitschakelen.
Bij het inschakelen is de diode niet geleidend en kan de stroom alleen door de weerstand lopen. Bij het uitschakelen is de diode wel geleidend en zal de stroom door de diode en door de weerstand lopen.
Als de diode een weerstand heeft van 60 Ohm en de weerstand in de gate aansturing is slechts 6,8 Ohm dan is er bijna geen verschil tussen de situatie bij het inschakelen en de situatie bij het uitschakelen.
Om ervoor te zorgen dat het inschakelen dubbel zo lang duurt als het uitschakelen moeten we een weerstand van 60 Ohm gebruiken. Als we rekening houden met Bugs' 30% regel dan moet dat 80 Ohm zijn.
Dan heeft gelijk Niels ook zijn punt (= copiëer het OSMC schema als je geen last wil hebben bij het gebruik van de HIP), want die 80 Ohm komt aardig in de buurt van de 150 Ohm die OSMC gebruikt.
Met de formules die ik al eerder in mijn betoog gebruikt heb kan je uitrekenen dat de piek stroom door de Schottky diode 194mA ( = 11,65/60) zal bedragen. Het ontladen van de GS-capaciteit zal 1 µs (- 60 X 7,4 X 10^-9 X Ln(0,1)) duren. Bij 20 kHz als PWM frequentie zal er een vermogen van 45 mW ( = 11,65 X 0,194 / 50) gedissipeerd moeten worden. Daardoor zijn er heel veel Schottky diodes die in aanmerking komen. Waarom dan niet voor dezelfde kiezen die ze bij OSMC gebruiken? Dus LLSD101A van Diodes Incorporated ( datasheet http://www.diodes.com/datasheets/ds30067.pdf ).
Het gevolg is nu wel dat ik de het te dissiperen vermogen bij het schakelen opniew moet doorrekenen.
Met 1 µs om uit te schakelen en 2 µs om aan te schakelen zal bij 50 µs duty cycle ( = periode bij 20 kHz) het te dissiperen vermogen bij het schakelen in het slechtste geval (bij geblokkeerde motoren) 12 X 35 X 3 / 50 = 25,2 W bedragen.
Dat is echter alleen zo bij geblokkeerde motoren. In alle andere gevallen is de stroom geen 70 A maar eerder 20 A en dus is het te dissiperen vermogen bij het schakelen 12 X 10 X 3 / 50 = 7,2 W.
Met 50 W als maximum dat een IRF 1404 kan dissiperen blijft ook de worst case berekening 19 W + 25 W = 44W net binnen de grenzen. Maar het is een nipte... met Bugs zijn 30% regel gaan we uit de bocht.
De Delay weerstanden hoeven dan eigelijk helemaal niet meer. Ze veroorzaken echter ook geen noemenswaardige hinder. Ik had 270K Ohm voorzien. OSMC gebruikt 249 k Ohm en IBC heeft dat niet aangepast en heeft dus ook 249 k Ohm. Laat ik me daar ook op alligneren. (datasheet http://rocky.digikey.com/WebLib/Panason ... ,14,12.pdf ) Ik ga wel de
A-men
Laatst gewijzigd door A-men op zo dec 19, 2004 5:08 pm, 1 keer totaal gewijzigd.
- Bugs
- Site Admin
- Berichten: 5433718
- Lid geworden op: zo jul 27, 2003 9:13 pm
- Locatie: Delft
- Contacteer:
Om het nog even moeilijker te maken, als er veel stroom door de FET loopt duurd het langer om de gate dicht te trekken (als het ware is de capaciteit van de gate dan groter) dan dat je weinig stroom schakeld.
Ik ben bang dat sommige dingen gewoon te doen zijn met 'door schade en schande wijs worden' lees: rook genereren. Al is er van te voren goed over nadenken wel handig
Ik ben bang dat sommige dingen gewoon te doen zijn met 'door schade en schande wijs worden' lees: rook genereren. Al is er van te voren goed over nadenken wel handig