ВАРИАНТЫ ДРАЙВЕРОВ ДЛЯ УНИПОЛЯРНЫХ ШД - «…не корысти ради, а

контроллер VRI-cnc на микросхемах 555тм7(5)

Модераторы: Ruz_and, Master-VRI, al-drw

ВлкВова
Сообщения: 221
Зарегистрирован: Чт июл 12, 2012 21:19

ВАРИАНТЫ ДРАЙВЕРОВ ДЛЯ УНИПОЛЯРНЫХ ШД - «…не корысти ради, а

Сообщение ВлкВова » Сб сен 28, 2013 04:03

Сподвигло для написания данной заметки настойчивое предложение на форуме некорректно спроектированного драйвера, которое может внести сумятицу в младых умах наших хоббийщиков. :wall:
Вашему вниманию предлагается анализ некоторых схем униполярных драйверов ШД, выполненных на базе специально ориентированного для работы на индуктивную нагрузку набора транзисторов типа ULN2003.
Для начала оценим возможности собственно ULN2003. Она (микросхема) имеет следующие классификационные параметры: напряжение до 50В, и ток, при использовании всего массива транзисторов, - 2,5А. Рассмотрим ее возможности в нашем аспекте - как пред усилителя в составе драйвера ШД. Сразу можно сказать, что максимально возможное напряжение драйвера (в некоторых реализациях) может достигать почти 50В, но как при собственном ее использовании в виде оптимизированного драйвера, так и при простой реализации дополнительных каскадов драйвера максимальное напряжение не должно превышать 25В. В дальнейшем будут приведены соответствующие схемотехнические решения.
Оценка токовых возможностей МС потребует некоторых вычислений. Несмотря на то, что регламентируется ток через один ключ до 500 мА, реально, мы можем отбирать от одного ключа не более 150-180 мА - это определяется нашей спецификой и «Дарлингтовской» структурой ключей. Общеизвестно, что включение ключа по схеме Дарлингтона приводит к значительному остаточному напряжению на ключе, превышающему для данной МС (при токах 350 мА) 1,5 В. Тогда, для одновременно включенных 3-х ключах, (мы уж не учитываем седьмой) мы имеем P=1,5*3*350=1,6 Вт, что в полтора раза выше предельной даже для корпуса типа «N». А здесь мы еще не учитывали мощность переключения (я уже не говорю о мощности утечек и защитных диодов, которая для наших технических решений, не очень актуальна). Из ТД следует, что для 3-х ключей N-упаковки и 85-и градусной температуры кристалла и 100%-го цикла (это наш случай - режим ШАГ) мы можем рассчитывать на ток ключа в 200мА. Конечно, нужно взять некоторый запас принимаем - 180мА. Тогда при одном дополнительном каскаде на мощном транзисторе (Кус (для КТ816) обычно не более 25) мы имеем максимальный ток на одну фазу Iмах= 180*25=4,5А (естественно на полноценном радиаторе).
Надо еще отметить, что входное напряжение ключа, (для гарантированного срабатывания ключа) мы должны обеспечить не хуже 3 В, а это за пределами возможностей TTL - их надо «подтянуть» (КМОП - управятся сами).
Перейдем к схемо-техническим решениям - по совету друзей отправляем наши схемы сюда:
Изображение
В первом фрагменте показан наиболее простой, функционально полный драйвер с элементами ULN2003 (один ключ), на остальных фрагментах только дополнительные узлы. Драйвер на фиг 1 может работать только с напряжениями питания не выше 25В, так-как выбросы в плюсовую сторону могут достигать удвоенного напряжения питания (см. график напряжений и токов).
Рассмотрим работу устройства. При закрытом ключе ULN выходной транзистор (КТ816), включенный «эмиттерым повторителем» тоже закрыт и удерживается в этом состоянии резистором R4 (о котором мы еще вспомним). На эмиттере КТ816 напряжение +12В и ток через обмотку отсутствует. При подаче входного сигнала (>=3В) см. график напряжение на входе КТ816 падает и транзистор открывается, напряжение на эмиттере транзистора (с точностью до Uбэ) повторяет напряжение на базе и индуктивность обмотки ШД начинает «заряжаться» (см. график тока). Скорость нарастания тока определяется соотношением L-обмотки и сопротивлением Rобм+R5 - чем больше величина резистора, тем скорей ток достигнет номинального значения, а величина номинального тока определяется отношением Uпит/(Rобм+R5). Таким образом, R5 не может быть выбрано произвольно - «хош быстрей, поднимай напругу». Одновременно Lобм запасает энергию L*Iном*Iном/2 - эта энергия паразитна, и выльется потом в выброс (1), который при хорошем качестве ключей может превышать два напряжения питания. В нашем устройстве он хорошо рассеивается (поглощается) эмиттерным повторителем и резистором R5, так как транзистор, уходя эмиттером в плюс, открывается резистором R4 - т.е. этот выброс хорошо демфирован, а чем быстрей он рассеивается, тем быстрей может вращаться ШД. У этого резистора есть линия оптимума - т.е. нельзя слишком большой, но и нельзя слишком маленький (расчетные соотношения выходят за рамки данной заметки - тут слишком долго надо тарахтеть…). На графике приведен режим полушага, для того, чтоб отчетливей показать влияние включения второй полуобмотки (фаза B). Выброс (2) будет демфирован аналогично первому (да он будет и меньше, т.к. коэффициент связи полуобмоток будет меньше единицы, причем у хорошо сконструированного двигателя, он будет существенно меньше). При выключении второй полуобмотки, появится выброс противоположной полярности - он опасен тем, что транзистор может быть заброшен в инверсный режим (о нем мы еще вспомним) - с ним борется диод D4. Идеально бы было, если бы он был весьма быстродействующим и с малым временем восстановления. А вот диод D1 - аналогичный по функции - нам не помогает - достать бы его, да из микросхемы не выковыряешь… «Хароший» драйвер получился - можно качать полный ток (4,5А) да напряжение маловато…
Идем дальше - драйвер номер 2 (ошибочка вышла - от стабилитрона надо было написать не к другим обмоткам, а к другим каскадам). А деталей то деталей… Да этой ценой мы заработали еще 25 вольт питания - теперь наш двигатель может шуровать в два раза быстрей (шучу не в два - поменьше конечно, это он мощу может почти в два раза поднять, но беда в том, что момент сопротивления станка тоже возрастает с ростом скорости…).
Так как теперь транзистор работает в схеме «с общим эмиттером» то его входное напряжение немного (на Rбазы) больше чем напряжение на диоде (1-2 В), а вот выходное напряжение ULN-ки почти равно напряжению питания (Uпит - Uостuln - UвхКТ816) и его надо куда-то девать - ставим R7 и тогда его мощность должна быть равна 180 мА* (Uпит - Uостuln - UвхКТ816) и при 50-вольтах это выливается в почти в 9 Вт - за все нужно платить свою цену… (это разумеется при максимальном токе 4,5А). С одним разобрались - теперь стабилитрон и его обвязка D6. Теперь у нас (при Uпит=50), паразитная энергия выдаст выброс до уровня -50В (как минимум), в целом на транзисторе 100В и его надо сожрать (то бишь рассеять). Этим и будет заниматься стабилитрон, причем один для всех ключей - понятно, что его мощность должна быть приличной (расчетные соотношения опять выпадают из круга наших интересов…), а в остальном все также…, хотя - не плохо было бы параллельно стабилитрону включить еще и RС-цепочку ведь стабилитрон будет решать наши проблемы только на участке своего пробоя, а нам надо бы рассеять энергию и при более низких напряжениях, а иначе будет тормозиться наша скорость.
Наконец-то мы подходим к Фиг. 3 Вот уж действительно «ФигВам» называется… Прежде чем мы вернемся к резисторам R9,R10 надо разобраться - как же это ракообразное работает. И тут мы вспоминаем, что упоминался «инверсный» режим работы транзистора. А действительно, что такое транзистор - два диода соткнутые вместе, вся-то и разница, что база «тонкая» и носители тока просто не успевают рекомбинировать в базе, а пролетают ее. И кто придумал «эмиттер» «коллектор» - теперь парься - чего куда включать…
Разница все-таки есть, (опять же, не будем вдаваться в тонкие материи - доноры, акцепторы, разный уровень проводимости и т.д. и т.п.) разница хотя бы в том, что эти электроды имеют разную площадь. Вот площадь это всем понятно, а выливается это в то, что коэффициент усиления, в инверсном режиме падает до уровня где-то единица. А отсюда - хоть транзистор, хоть железку сюда воткни - эффект тот же. Нет не так, конечно все просто, например, эмиттерный переход имеет очень низкое обратное напряжение, (по сравнению с коллекторным) при превышении которого «переход переходит» в состояние лавинного пробоя - нет это не смертельно, это всего лишь стабилитрон и эффект обратим - правда если не превышены предельные плотности тока (а мы уже сказали, что эмиттер-то ма-а-аленький…). Теперь, когда транзистор закрывается -эмиттерный переход пробивается от 12В (напряжение пробоя 5-8В) и ток через двигатель никогда не прекращаетя - он просто уменьшается в режиме закрытия (нагрев, КПД и снижение момента).
Другой момент - проводимость полупроводника коллектора существенно ниже эмиттерного, а это значит, что Rбазы при ракообразном включении существенно больше и переход база-коллектор ну очень плохой диод… А что получается в сухом и грубом остатке - получается, что транзистор работает просто кипятильником, а за все должна отдуваться ULN-ка - раз автор говорит, что устройство РАБОТАЕТ, значит ULN-ка работает пока…, а транзистор все это усиливает с коэффициентом один! Прикидываясь температурящим больным… И, наконец R10, R9 - в ракообразном включении они конечно частично закрывают транзистор, но… - одновременно и пробивают эмиттерный переход КТ816 (это ж я Автору подсказал - кто знал, что есть желание включит рачком-с-с)… :crazyhunter:
Основное правило русского языка (не я сказал): если вы не знаете, как написать — “сдесь” или “здесь”, пишите “тут”.

Аватара пользователя
al-drw
Сообщения: 605
Зарегистрирован: Пт сен 24, 2010 23:00
Откуда: Костромская обл.г.Шарья

Re: ВАРИАНТЫ ДРАЙВЕРОВ ДЛЯ УНИПОЛЯРНЫХ ШД - «…не корысти рад

Сообщение al-drw » Сб сен 28, 2013 09:25

Дубликат удалил.
И не спится :)
Модератор al-drw
в поисках рождается истина.
колхоз дело добровольное.

ВлкВова
Сообщения: 221
Зарегистрирован: Чт июл 12, 2012 21:19

Re: ВАРИАНТЫ ДРАЙВЕРОВ ДЛЯ УНИПОЛЯРНЫХ ШД - «…не корысти рад

Сообщение ВлкВова » Вс сен 29, 2013 16:38

ну ради такого дела :roll:
или ты считаешь - не стоило :?:
Основное правило русского языка (не я сказал): если вы не знаете, как написать — “сдесь” или “здесь”, пишите “тут”.

ВлкВова
Сообщения: 221
Зарегистрирован: Чт июл 12, 2012 21:19

Re: ВАРИАНТЫ ДРАЙВЕРОВ ДЛЯ УНИПОЛЯРНЫХ ШД - «…не корысти рад

Сообщение ВлкВова » Пн сен 30, 2013 03:28

Дополнения к предыдущему:

На графике (4) показано как нарастает ток в обмотке - вот на этот «фронт» и влияет соотношение L/(Rобм+R5). Там, где показано «2,5В» - это остаточное напряжение на КТ816 - не уберешь никаким образом - фишка данной схемы. Отсюда и мощность «для сугрева» транзистора - скажем при токе 1А уже 2,5 Вт. В нормально включении (без ULN ) на нем было бы не более 1В и соответственно 1Вт.
Изображение
На графике показано как работает КТ816 - в первом квадранте - на схеме фиг 1 (и 2), на третьем квадранте - как на схеме «автора» фиг 3.
Попытаемся присобачить к этой схеме Релейно-импульсный регулятор (в простонародье ШИМ).

Изображение
Что мы при этом выиграем: 1. Уменьшится мощность потребления от источника. 2. Увеличится скорость и приемистость двигателя, так как увеличится импульс силы (иначе - интегральный момент). Это видно из графика тока через обмотку двигателя. Кроме того мы теперь мы можем поднять напряжение питания до 24В (ничего не меняя в схеме, кроме номиналов некоторых резисторов) - это, опять же, расширит диапазон скоростей.
Некоторые пояснения - в схеме использован наиболее простой компаратор с однополярным питанием - это потребовало переключить диод D5 на общий, чтобы обойти R13 и ввести резистор R10, чтобы облегчить ему жизнь. При выборе другого компаратора или использовании операционника с применением отрицательного источника питания эти изменения могут не выполняться. Токоизмерительный резисторR13 устанавливается таким, чтобы напряжение в точке S2, при номинальном токе было около 1В (не более, так как иначе VT1 войдет в насыщение и его время выключения еще увеличится, а он и так дерьмовый), точное значение тока устанавливается регулировкой R7.
Если будут использованы двигатели разных типов, то узел регулировки придется повторить. В качестве компараторов могут использоваться LM2901,LM339/LM339A,LM239/LM239A, как самые дешевые и(10р), правда все они не любят заброса в отрицательное напряжение по входу (по видимому паразитный диод на подложку).

Как видим - в целом - схема дерьмо. И все потому, что не хотим использовать современную элементную базу, например IRLZ744. Но об этом в следующий раз… :saliva:
Основное правило русского языка (не я сказал): если вы не знаете, как написать — “сдесь” или “здесь”, пишите “тут”.

Аватара пользователя
al-drw
Сообщения: 605
Зарегистрирован: Пт сен 24, 2010 23:00
Откуда: Костромская обл.г.Шарья

Re: ВАРИАНТЫ ДРАЙВЕРОВ ДЛЯ УНИПОЛЯРНЫХ ШД - «…не корысти рад

Сообщение al-drw » Пн сен 30, 2013 07:05

ВлкВова писал(а):ну ради такого дела :roll:
или ты считаешь - не стоило :?:


Стоило стоило.
Всё в тему. :)
в поисках рождается истина.
колхоз дело добровольное.

Ваня Ветров
Сообщения: 310
Зарегистрирован: Вт июл 05, 2011 12:45

Re: ВАРИАНТЫ ДРАЙВЕРОВ ДЛЯ УНИПОЛЯРНЫХ ШД - «…не корысти рад

Сообщение Ваня Ветров » Пн сен 30, 2013 12:26

Вова ,а ты сам эту схему собирал?
Что-то не верится.
Знаеш почему?
Потому что я такую уже делал пару лет назад - нет там нифига шима.И транзистор греется как кипятильник.
Вот почему и рекомендации всего 12вольт.

ВлкВова
Сообщения: 221
Зарегистрирован: Чт июл 12, 2012 21:19

Re: ВАРИАНТЫ ДРАЙВЕРОВ ДЛЯ УНИПОЛЯРНЫХ ШД - «…не корысти рад

Сообщение ВлкВова » Пн сен 30, 2013 13:09

"А не может ли... многоуважаемый джин", кроме треска, привести осциллограмму на выходе К1533ЛИ1 и указать сопротивление обмотки двигателя. :oops:
Основное правило русского языка (не я сказал): если вы не знаете, как написать — “сдесь” или “здесь”, пишите “тут”.

Ваня Ветров
Сообщения: 310
Зарегистрирован: Вт июл 05, 2011 12:45

Re: ВАРИАНТЫ ДРАЙВЕРОВ ДЛЯ УНИПОЛЯРНЫХ ШД - «…не корысти рад

Сообщение Ваня Ветров » Пн сен 30, 2013 14:37

А почему бы многоуважаемому Вове самому не собрать эту схему ...вместо того ,чтобы флудить...
И нафига тебе осциллограмма? - у тебя на рисунке вполне подходящая - нету там ШИМа...
Еще раз повторяю,если ты не понял с первого раза - я эту схему собирал - она не работает так как надо бы.
Точнее она работает именно так как у тебя на рисунке - ХРЕНОВО...

Аватара пользователя
LordFox
Сообщения: 380
Зарегистрирован: Ср сен 30, 2009 23:00

Re: ВАРИАНТЫ ДРАЙВЕРОВ ДЛЯ УНИПОЛЯРНЫХ ШД - «…не корысти рад

Сообщение LordFox » Пн сен 30, 2013 16:08

Вопрос где в схеме генератор?

Аватара пользователя
megagad
Сообщения: 608
Зарегистрирован: Пн сен 03, 2012 11:41

Re: ВАРИАНТЫ ДРАЙВЕРОВ ДЛЯ УНИПОЛЯРНЫХ ШД - «…не корысти рад

Сообщение megagad » Пн сен 30, 2013 16:10

LordFox писал(а):Вопрос где в схеме генератор?

Там "компаратор", ток срабатывания регулируется резистором подстроечным.

Аватара пользователя
Carcass3535
Сообщения: 351
Зарегистрирован: Вс июл 31, 2011 20:34
Откуда: Донецк

Re: ВАРИАНТЫ ДРАЙВЕРОВ ДЛЯ УНИПОЛЯРНЫХ ШД - «…не корысти рад

Сообщение Carcass3535 » Пн сен 30, 2013 18:11

По поводу третей схемы- муть полная, и где Вы такое надыбали? Встречал нетипичные схемы включения транзистора, но на это смотреть даже не хочется, тем более терять время на экспперименты и палить транзисторы. :D
Цифровой аэрограф - уже реальность, а не мечта.

Аватара пользователя
megagad
Сообщения: 608
Зарегистрирован: Пн сен 03, 2012 11:41

Re: ВАРИАНТЫ ДРАЙВЕРОВ ДЛЯ УНИПОЛЯРНЫХ ШД - «…не корысти рад

Сообщение megagad » Пн сен 30, 2013 19:34

Почему "муть"? Стандартная схема "токограничения" на компараторе. Одно "НО" - очень зависима от характеристик ШД - под каждый нужно подбирать свою цепочку резисторов.
Хотя - 750Ом "подтяжки" - не маловат резистор?

ВлкВова
Сообщения: 221
Зарегистрирован: Чт июл 12, 2012 21:19

Re: ВАРИАНТЫ ДРАЙВЕРОВ ДЛЯ УНИПОЛЯРНЫХ ШД - «…не корысти рад

Сообщение ВлкВова » Пн сен 30, 2013 21:10

Megagad Хотя - 750Ом "подтяжки" - не маловат резистор?

Это не подтяжка - Кт816 стоит эмиттерным повторителем, т.е. этот резистор должен поглотить обратные токи ULN и КТ816 - это микроамперы, а даже при 1мА напряжение на нем не будет приоткрывать КТ816, но я не думаю, что ULN вкупе с 816-ым дадут более 100 мкА, иначе они уж совсем дерьмо. Если же ты имеешь ввиду расход тока, то при 12В это около 15 мА, а определяется его величина исходя из обеспечения скорости закрывания 816-го, если предположить даже паразитную емкость в 1н, то тау 1 мкс, что вполне соответствует этой бодяге (а реально емкость гораздо меньше).
Carcass3535 По поводу третей схемы- муть полная

Согласен, но я понимаю, что Вы прибыли издалека и еще не врубились - почитайте
http://vri-cnc.ru/forum/viewtopic.php?f=19&t=2980
И вы увидите, что это не я придумал - в чем собственно и сыр-бор (против чего и вся эта статья), иначе не стоило и заводиться. А вообще-то тексты надо читать внимательней! :roll:
LordFox Вопрос где в схеме генератор?

Если Вы вдумчиво прочтете фразу: Попытаемся присобачить к этой схеме :oops: Релейно-импульсный регулятор (в простонародье ШИМ). Я «так думаю…» - Вам откроются внеземные истины!!!
Ваня Ветров самому не собрать эту схему ...вместо того ,чтобы флудить...

Видишь ли Ваня, я не случайно спросил - какое сопротивление у твоего двигателя у меня 4,2 Ома, а у тебя? А то ведь если у тебя 30 Ом то она точно работать не будет. Я конечно виноват, что не написал руководство по наладке, но я думал, что уж в одном транзисторе ты разберешься… Понимаешь все схемы, как и истина - конкретны (и номиналы тоже) ! «Автор» ракообразного включения (см. ссылку выше) забыл указать параметры своего двигателя, как впрочем и ты! Скорблю… :cry:
Основное правило русского языка (не я сказал): если вы не знаете, как написать — “сдесь” или “здесь”, пишите “тут”.

Аватара пользователя
megagad
Сообщения: 608
Зарегистрирован: Пн сен 03, 2012 11:41

Re: ВАРИАНТЫ ДРАЙВЕРОВ ДЛЯ УНИПОЛЯРНЫХ ШД - «…не корысти рад

Сообщение megagad » Пн сен 30, 2013 23:14

А, увидел - я слепой - перепутал линии питания и входа ЛИ1
Но сиравно - это извращение пользовать "УЛН", когда есть куча более "токовых" сборок по бросовым ценам!! Например HA13408! Да, она всего в 3 раза мощней УЛН, но СХЕМ на её основе в инете КУЧИ! Как с ШИМ так и без. Один минус(а может и плюс) - массы каждого "модуля" собраны по три штуки на 1 пин - токовый резистор(Rsens) вешается сразу на 3 "модуля", что не всегда удобно - обмоток-то обычно 4 :(

ВлкВова
Сообщения: 221
Зарегистрирован: Чт июл 12, 2012 21:19

Re: ВАРИАНТЫ ДРАЙВЕРОВ ДЛЯ УНИПОЛЯРНЫХ ШД - «…не корысти рад

Сообщение ВлкВова » Пн сен 30, 2013 23:50

Megagad Но сиравно - это извращение пользовать "УЛН"

Ты думаешь я изобретаю этот драйвер - нет, я борюсь с профанацией от: http://vri-cnc.ru/forum/viewtopic.php?f=19&t=2980
Мы это уже обсуждали с al-drw - может и зря - может надо было и промолчать: кесарю-кесарево… Можно было просто объединить нужное количество выводов ULN-ки и не мучаться… :|
Основное правило русского языка (не я сказал): если вы не знаете, как написать — “сдесь” или “здесь”, пишите “тут”.


Вернуться в «контроллер на ТМ7(5)»

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 4 гостя