H-Bridge Fly-Back

Извините, если этот вопрос немного длинный, но я считаю целесообразным обсудить состояние дел, как я знаю, прежде чем задавать вопрос.

Выпуск

При использовании H-моста для управления двунаправленной катушкой двигателя и т. д., у меня всегда была своя озабоченность по поводу наилучшего способа борьбы с потоком обратной связи.

CLASSIC FLY-BACK

Классически мы видим следующую схему, в которой обратные диоды через мостовые переключатели позволяют возвращать ток возбуждения, обозначенный зеленым, обратно на источник питания (красный).

Однако у меня всегда были серьезные опасения по поводу этого метода, в частности, о том, как это резкое изменение тока в линии питания влияет на регулятор напряжения и напряжение на C1.

 введите описание изображения здесь>> </a> </p>

<p> <strong> RECIRCULATION FLY-BACK </strong> </p>

<p> Альтернативой классике является использование рециркулированного fly-back. Этот метод отключает только одну из пар коммутаторов (низкий или высокий). В этом случае красный ток распространяется только внутри моста и рассеивается в диоде и MOSFET. </p>

<p> Очевидно, что этот метод устраняет проблемы с источником питания, однако для этого требуется более сложная система управления. </p>

<p> Распад тока с этим методом намного медленнее, так как напряжение, подаваемое через катушку, равно только диодной капле + IR на MOSFET. Таким образом, это более эффективное решение по классическому методу при использовании PWM для регулирования тока в катушке. Тем не менее, для подавления тока перед направлением движения, он медленный и сбрасывает всю энергию в катушке в виде тепла в диоде и MOSFET. </p>

<p> <a href= введите описание изображения здесь>> </a> </p>

<p> <strong> ZENER BYPASS </strong> </p>

<p> Я также видел классический метод fly-back, модифицированный для изоляции источника питания и использования байпаса Zener, как показано здесь. Зенеров выбирают, чтобы быть значительно более высоким напряжением, чем питающая шина, но запас прочности меньше, чем любое максимальное напряжение моста. Когда мост закрыт, напряжение обратной связи ограничено этим напряжением зенера, а ток рециркуляции блокируется от возврата к источнику питания с помощью D1. </p>

<p> Этот метод устраняет проблемы с источником питания и НЕ требует более сложной системы управления. Он накапливает ток быстрее, поскольку он применяет большее обратное напряжение на катушке. К сожалению, проблема заключается в том, что почти вся энергия катушки сбрасывается как тепло в Зенере. Последнее, следовательно, должно быть довольно высокой. Так как ток прекращается быстрее, этот метод непригоден для управления током PWM. </p>

<p> <a href= введите описание изображения здесь>> </a> </p>

<p> <strong> РЕАКЦИЯ ЭНЕРГИИ ZENER BYPASS </strong> </p>

<p> У меня был большой успех в этом методе. </p>

<p> Этот метод изменяет классический метод обратного хода, чтобы снова изолировать питание, используя D3, вместо того, чтобы просто использовать Zener, добавляется большой конденсатор. Теперь Zener только играет роль предотвращения напряжения на конденсаторе от превышения номинального напряжения на мосту. </p>

<p> Когда мост закрывается, ток обратной связи используется для добавления заряда на конденсатор, который обычно заряжается до уровня источника питания. По мере того, как конденсатор накапливается за напряжением рельса, ток затухания в катушке и напряжение на конденсаторе могут достигать предсказуемого уровня. При правильной настройке Zener никогда не должен включаться или включаться только тогда, когда ток находится на низком уровне. </p>

<p> Увеличение напряжения на конденсаторе снижает ток катушки быстрее. </p>

<p> Когда ток прекращает протекать заряд, а энергия, которая была в катушке, задерживается на конденсаторе. </p>

<p> В следующий раз, когда мост включен, на нем будет больше напряжения на рельсе. Это приводит к более быстрой зарядке катушки и повторному применению этой энергии обратно в катушку. </p>

<p> Я использовал эту схему на контроллере шагового двигателя, который я разработал один раз, и обнаружил, что он значительно улучшил крутящий момент при высоких ступенчатых скоростях и фактически позволил мне значительно быстрее управлять двигателем. </p>

<p> Этот метод устраняет проблемы с источником питания, НЕ требует более сложной системы управления и не сбрасывает много энергии в виде тепла. </p>

<p> Возможно, он все еще не подходит для управления током PWM. </p>

<p> <a href= введите описание изображения здесь>> </a> </p>

<p> <strong> КОМБИНАЦИЯ </STRONG> </p>

<p> У меня такое ощущение, что сочетаниеметоды могут быть разумными, если вы используете управление током PWM в дополнение к фазовой коммутации. Использование метода рециркуляции для части PWM и, возможно, переработчика энергии для фазового переключателя, вероятно, будет вашим лучшим выбором. </p>

<p> <strong> КАК МОЙ ВОПРОС? </strong> </p>

<p> Выше были методы, о которых я знаю. </p>

<p> Есть ли какие-либо более эффективные методы для обработки тока обратной связи и энергии при движении катушки с помощью H-Bridge? </p></body></html>

13 голосов | спросил Trevor_G 8 PMpSat, 08 Apr 2017 20:18:23 +030018Saturday 2017, 20:18:23

4 ответа


1

Возможно, вы можете использовать тормозной резистор с низким боковым MOSFET, этот метод используется много в двигателях переменного тока, где питание (AC) не может обрабатывать регенеративную энергию.

 Просто идея

ответил Sarah 13 Maypm17 2017, 15:40:36
0

Лучше использовать фильтр LC и рассмотреть ESR от фундаментального до \ $ 1 /t_R \ $

Любое питание будет иметь низкое значение Zo при Dc, но Zo повышается до большого значения, вызывая ошибки регулирования нагрузки, поскольку пропускная способность уменьшается до обратной связи с единичным коэффициентом усиления.

Если DCR двигателя R, то для наилучшего коэффициента эффективности 98% (пренебрегая паразитными потерями) RdsOn = 1% DCR и ESR Caps намного ниже от основного спектра мощности гармоник f -40 дБ от \ $ f _ {- 3dB } = n /t_R \ $, где \ $ n \ $ изменяется с 1 /% рабочим циклом.

Сопротивление колпачка при скорости переключения, например. 30kHz и 10ns risetime имеют гармоники до 300 МГц, охватывающие 4 десятилетия больше, чем большинство больших Caps могут работать для сверхнизкого ESR, поэтому необходимы 3 шапки. например 1000uF alum 10uf tantalum 0,1 uF пластик

Рейтинг Cmax зависит от Zc крышки и DCR и ZL (f) двигателя, RdsOn MOSFET и импеданса дорожных кабелей. Ток утечки должен быть поглощен во время запуска. DCR представляет максимальный ток.

Ламповый лавинный канал тока диода принимает тот же ток и путь, что и переключатель MOSFET, чтобы поглощать импульс обратной связи в течение мертвого времени (~ 1us) PWM.

Вы можете сделать математику по коэффициенту диссипации <0,01 для каждой крышки. против 0,05

ответил Tony EE rocketscientist 8 PMpSat, 08 Apr 2017 21:18:54 +030018Saturday 2017, 21:18:54
0

Каков наилучший способ борьбы с потоком обратной связи?

Проблема заключается в том, что LDO, как правило, являются однонаправленными поставщиками токовых (эмиттерных или дренажных последователей), и, таким образом, выходной импеданс регулятора будет разомкнуть цепь, генерирующую более высокое напряжение питания, если энергия не будет рециркулирована энергоэффективным способом.

Это не так много проблем с питанием от батареи, так как он может хранить энергию обратного хода.

Источники обратного тока:

1) мертвое время во время коммутации

  • Рециркуляция с использованием шоттки-диодов с высокой боковой направляющей с PWM на низкой стороне - это традиционное решение.
  • рециркуляция с использованием N-ch шунтирующих полевых транзисторов через высокий боковой переключатель, но требует напряжения бутстрапа, поскольку напряжение на входе должно быть выше, чем V +, является более дорогой, но возможной более низкой активной мощностью, теряемой в драйверах, которые теперь поглощаются двигателем в течение короткого периода T = L /R.
    • VI падение в обоих случаях определяет энергию потерь во время времени затухания L /R, T для E = V (t) * I (t) * T [ватт-секунд], где ток начинается так же, как и до коммутации, тогда распадается на ноль и идет в том же направлении через катушку, в то время как падение напряжения имеет обратную полярность на коммутаторе. I (t) * ESR * Vf диода определяет мгновенные потери мощности, но поскольку этот рабочий цикл тока диода обычно невелик в течение периода ШИМ, номинальные токи должны быть одинаковыми или больше, чем полевые транзисторы, но рост тепла зависит от теплового сопротивление и отношение падения напряжения диода к FET до и после переключения.
    • , если у вас есть синхронные резонансные переключатели с нулевой долей, возможно, будет возможно перевести энергию на нагрузку LC во время выключения, но тогда, поскольку она прерывистая, может быть нелегко или даже возможно синхронизировать резонансную частоту LC с PWM скорость коммутации с нулевым сдвигом фазы (коммутация с нулевой долей)

2) изменение направления крутящего момента

  • в этом режиме двигатель действует как генератор накопленной энергии для обоих и действует как электронный тормоз, а затем останавливается.
  • регенеративный режим подразумевает, что у вас есть что-то, чтобы хранить энергию, например, ультраконтакт или аккумулятор, и не работает с LDO.
  • дегенеративный режим подразумевает, что вы хотите рассеять накопленную энергию в генераторе или иметь некоторые другие переключатели для фиктивной нагрузки.
  • , поскольку это намного более высокая энергия обратного хода, чем накопленный ток в индуктивности катушки, поскольку она имеет инерцию двигателя и нагрузку для генерирования сохраненной кинетической энергии.
ответил Tony EE rocketscientist 2 PM00000070000001631 2018, 19:26:16
-1

Для двигателей с постоянным напряжением на основе PWM (с частотами в диапазоне кГц и выше) нам приходится иметь дело с обратной ЭДС катушки , а рециркулированный отход - самый разумный вариант. Вся идея состоит в том, чтобы поддерживать ток через катушку постоянным, а низкое сопротивление открытых МОП-транзисторов очень помогает.

Кстати, вы хотите, чтобы оба верхних MOSFET были открыты, так как открытый MOSFET имеет гораздо меньшее падение напряжения в качестве диода. Опора на обратные диоды приводит к значительным потерям, а обходные сирены /резистивные байпасы только ухудшают работу.

Для сигналов управления двигателем с постоянным током (с гораздо более низкими частотами) наиболее важным фактором, с которым мы имеем дело, является обратная ЭДС двигателя , которая начинает действовать как генератор, приводимый в действие собственной инерцией. В этом случае, обеспечение низкоомного пути для генерируемого тока означает, что вы активно тормозите двигатель. Если это то, что вы хотите, вы можете продолжать использовать рециркулированную летучую мышь до определенного предела, так как кинетическая энергия рассеивается вашими МОП-транзисторами и обратными диодами. Прошлый этот предел вам придется использовать балластный резистор для сброса тепла.

Если вы не хотите активно тормозить, вы обычно используете обход zener. Следует отметить, что кроме особых случаев (например, электромобиль, идущий под гору, где трение затмевает поступающая механическая энергия), двигатель постоянного тока не может генерировать более высокое напряжение, с которым он просто управляется. Таким образом, zener обычно требуется только для поглощения обратной ЭДС катушки, и тогда это больше не должно вестись. Он поглощает энергию катушки, а не кинетическую энергию двигателя (которые также должны были бы поглощать МОП-транзисторы в случае рециркуляции назад).

Конденсатор Zener + - хорошая идея, но только тогда, когда ваши МОП-транзисторы рассчитаны на значительно более высокое напряжение, чем напряжение на рельсах, и вы можете позволить себе управлять двигателем с помощью напряжения, которое вы точно не контролируете.

ответил Dmitry Grigoryev 2 PM00000040000003031 2018, 16:11:30

Похожие вопросы

Популярные теги

security × 330linux × 316macos × 2827 × 268performance × 244command-line × 241sql-server × 235joomla-3.x × 222java × 189c++ × 186windows × 180cisco × 168bash × 158c# × 142gmail × 139arduino-uno × 139javascript × 134ssh × 133seo × 132mysql × 132