Контроллер дорожки

Добрый день,
предупреждаю сразу, я - неопытный новичок, раньше паял в радиокружке в детстве очень давно.

Имею беговую дорожку, электрическую, с мотором. Около года назад она вышла из строя - показывала ошибку платы управления (в мануале по коду ошибки говорилось, что нужно заменить плату), писал производителю (немцы), они сказали, что модель снята с производства и они ничем помочь не могут. Полез смотреть сам. Оказалось, что на одном транзисторе 9013 и на паре сопротивлений просто сгнили ножки.
Вероятно это было связано с тем, что между платой управления и роликом полотна дорожки не было какой-нибудь перегородки и, когда долго ходишь или бегаешь все полотно покрывается потом и, возможно, капли пота попали на детали платы. А пот соленый и все такое. В общем заменил эти детали и все заработало.
Спустя около года дорожка опять перестала работать, ошибка та-же, но я проверил все детали визуально, все было нормально из чего сделал вывод, что вышел из строя контролер (какой-то PIC). Решил делать плату сам.

В дорожке стоит мотор постоянного тока на 1.5kW, в родной схеме питался выпрямленным и сглаженным током через мосфет FS20SM. Так же решил делать и я (чтобы использовать имеющиеся детали). В качестве мозга взял Arduino Momo. Сделал вот такую схемку:

http://2.firepic.org/2/images/2015-11/08/4tlkbkzdl4p6.png

Вентилятора в родной схеме не было, трансформатор 220/16/10V, 16V питает контроллер (через стабилизатор), 10V в родной схеме питали индикаторную панель, а я повесил вентилятор от компьютерного блока питания.

Сделал плату, все спаял (первый раз использовал ЛУТ и травил в перекиси, очень понравилось):

http://2.firepic.org/2/images/2015-11/08/4q1czdsy7i02.jpg

http://2.firepic.org/2/images/2015-11/08/uvsrb1ed5dhs.jpg

Вход энкодера на схеме не показан, пока я его не впаивал. Управление через ПИД с обратной связью от энкодера делал в эмуляторе Proteus, а в железе думал перейти к нему когда будет ясно, что силовая часть работает.

Написал простой скетч где читал значение с A0 (где висит потенциометр как делитель напряжения) и писал отмасштабированное к 255 значение на ШИМ выход. Чтобы не пищало поднял частоту ШИМ изменением регистра TCCR0B. Пока игрался с лампочкой накаливания все было нормально, подключил мотор тоже все было в порядке, потом установил все в дорожку - хотел посмотреть как будет греться.
По началу все было нормально, ничего не грелось. Встал на полотно дорожки - мотор погнал на полную - силовой транзистор сгорел (пробит насквось).

Ну будем считать это была первая версия платы управления. Но я не понял почему сгорел транзистор и почему он сгорел так (разве не должен быть в нем обрыв?), и думаю что делать дальше:
1. Почему сгорел транзистор? что я не предусмотрел?
2. Какой распространенный транзистор взять на замену?

В общем прошу советов.

0

Попробуйте на вход микросхемы 12 В подать.

0

Q2 надо наверно перевернуть (Э и К местами поменять). Судя по диаграммам из ДШ, когда на ноге 3 единица, выход отключается. 1 и 8 одно и то же, но вдруг внутри перегорело что то.
Жаль конечно, если драйвер сгорел. Брак кстати тоже никто не отменял.
Погоняйте на всех режимах свой драйвер, если и он и полевик не будут сильно греться, ставьте его в новую схему. Если не забуду, выложу в понедельник схему опробованного товарищем драйвера. Он стоит в схеме управления двигателя 12 В 20 А.

0

Драйвер примерно так выглядит. Правда комплементарной парой управляет биполярный транзистор, ну и сопротивления немного другие. Но принцип тот же. Кстати там нет кондеров и я чет не понял, зачем диод в цепи силового полевика?!

0

Сообщение от svo_omsk Q2 надо наверно перевернуть (Э и К местами поменять). Судя по диаграммам из ДШ, когда на ноге 3 единица, выход отключается. 1 и 8 одно и то же, но вдруг внутри перегорело что то. Жаль конечно, если драйвер сгорел. Брак кстати тоже никто не отменял. Погоняйте на всех режимах свой драйвер, если и он и полевик не будут сильно греться, ставьте его в новую схему. Если не забуду, выложу в понедельник схему опробованного товарищем драйвера. Он стоит в схеме управления двигателя 12 В 20 А.

Да, Q2 я на схеме нарисовал неверно, но собрал верно. Работает уже больше часа, на нагрузке в виде лампочки накаливания 60W. температура силового транзистора ~35°C. Транзисторы драйвера тоже холодные.
Драйвер сгорел, до того как подать на него ШИМ подавал импульсы (Blink из примеров Arduino) и все работало.
Позже попробую еще 12V на его вход подать, может чего и получится, хотя пока мне больше драйвер на транзисторах нравится.
Кстати, транзисторы я взял SS9012 и SS9013.

Сообщение от svo_omsk Драйвер примерно так выглядит. Правда комплементарной парой управляет биполярный транзистор, ну и сопротивления немного другие. Но принцип тот же. Кстати там нет кондеров и я чет не понял, зачем диод в цепи силового полевика?!

Диод между стоком и истоком, как я понял, паразитный, обусловлен технологией изготовления транзистора, диод параллельно нагрузке для индуктивной нагрузки.
Не совсем понял зачем первый полевой транзистор на схеме? у меня эмиттеры соединены через два сопротивления, чтобы облегчить им работу, ток с ноги контроллера не должен быть большим.

0

Про паразитный диод полевика знаю, я про тот, что выше. С дискретными драйверами мне не приходилось сталкиваться, работал только с микрухами. Делал переменку частотой свыше 250 кГц и током 3 А. Про первый полевичок не могу ничего сказать, знаю только, что схема работает.
Я надеюсь, вы поделитесь результатами испытаний своего драйвера, если что, возьмем на вооружение) Кстати, токоограничивающий резистор на ногу МК, управляющую парой транзисторов я бы поставил. Исходя из ее максимального тока.

0

Сообщение от svo_omsk Я надеюсь, вы поделитесь результатами испытаний своего драйвера, если что, возьмем на вооружение) Кстати, токоограничивающий резистор на ногу МК, управляющую парой транзисторов я бы поставил. Исходя из ее максимального тока.

Конечно поделюсь, завтра протестирую на моторе и с нагрузкой, там есть еще задачка с ПИД регулированием, в Proteus-е то все работает, коэффициенты подобрал, а как оно в реальности будет неизвестно.
Потом нарисую всю схему.

0

Статья под названием "Драйверы силовых ключей". Может кому интересно будет. (по ссылке файл .pdf, 1 Мб)

0

Сообщение от svo_omsk Статья под названием "Драйверы силовых ключей". Может кому интересно будет. (по ссылке файл .pdf, 1 Мб)

Ссылка не открывается, но видимо Вы имели ввиду вот эту статью: https://onedryve.live.som/redi... file%2cpdf.

0

Странно, у меня открывается. Ну вобщем да, эта статья.

0

Спалил транзистор (2SK2837). На холостых оборотах гонял мотор с полотном 30 минут, ничего не греется.
Начал пробовать программу регулирования (ПИД по энкодеру), подключил ардуину к компьютеру (чтобы смотреть отладочные сообщения), потом включил дорожку.
В этот момент ПИД из-за того, что данных от энкодера не было выдавал максимальное управляющее воздействие (я ограничил на 150 из 255), и при включении дорожки, похоже, пробило транзистор. Вроде бы как импульсный ток транзистора 80 ампер, постоянный 20, как он умудряется сгореть не понимаю.
Пусковые токи видимо виноваты.
Заказал с али 10 таких-же транзисторов, т.к. у местных барыг покупать денег не напасешься, но один еще купил здесь.
Буду сегодня экспериментировать, в цепь мотора поставлю предохранитель. Ну и программу подредактировал, чтобы работал плавнее.

Еще один момент - почему транзистор сгорает и образуется коротыш, а не обрыв? Это только эмпирическим путем можно проверить?
Это же придется контроль тока делать, чтобы мотор не спалить.

0

По-моему, транзистор может сгореть и в обрыв, и в коротыш. Никак это не предугадать.
А на родной схеме контроллера были какие-нибудь элементы защиты от пусковых токов?
Жаль, что осцилла нет, без него крайне сложно такие вещи отлаживать.

0

Мне кажется, что ключ выжигает не просто ток, а ток, неудачно совпавший с большим напряжением. Что-то типа быстрого внутреннего пробоя. Источник помех налицо, искрящие щетки. Надо поставить параллельно ключу снаббер - последовательную RC-цепочку, которая будет брать на себя всплески высокого напряжения высокой частоты. Как рассчитать снаббер, не знаю, а по интуиции я бы взял сопротивление 10 Ом МЛТ-2, конденсатор 0.1 мкф 400В пленочный. Частоту ШИМ надо взять пониже, сотни Гц. Диод параллельно мотору должен быть быстрый.

PS. Вы покрутили двигатель на малом напряжении, как я советовал? КЗ в роторе даст такой же эффект. Двигатель даже может как-то работать, но любые ключи в таком случае будут вылетать.

0

Сообщение от yiv91 Мне кажется, что ключ выжигает не просто ток, а ток, неудачно совпавший с большим напряжением. Что-то типа быстрого внутреннего пробоя. Источник помех налицо, искрящие щетки. Надо поставить параллельно ключу снаббер - последовательную RC-цепочку, которая будет брать на себя всплески высокого напряжения высокой частоты. Как рассчитать снаббер, не знаю, а по интуиции я бы взял сопротивление 10 Ом МЛТ-2, конденсатор 0.1 мкф 400В пленочный. Частоту ШИМ надо взять пониже, сотни Гц. Диод параллельно мотору должен быть быстрый. PS. Вы покрутили двигатель на малом напряжении, как я советовал? КЗ в роторе даст такой же эффект. Двигатель даже может как-то работать, но любые ключи в таком случае будут вылетать.

Про снаббер почитаю, пробую достать у знакомых осциллограф.
У меня параллельно двигателю стоит конденсатор на 2kV и еще маленький резистор, но параллельно.

Двигатель рабочий, 30 минут гонял на ШИМ без нагрузки - никаких признаков повреждения.

0

Сообщение от yiv91 Частоту ШИМ надо взять пониже, сотни Гц

Двигатель запищит, если частота ШИМ будет в слышимом диапазоне. Частота должна быть 25-30 кГц. Для полевика это вполне нормально.

Сообщение от wyfymger Вроде бы как импульсный ток транзистора 80 ампер, постоянный 20, как он умудряется сгореть не понимаю

Пусковой ток может длиться значительно дольше, чем допустимый импульсный ток, и многократно превышать номинальный ток двигателя.
Все-таки надо определить рост тока в момент пуска и подобрать режим плавного разгона (и торможения). Продумать алгоритм для случаев, когда данных с энкодера еще нет. Можно конечно попробовать наугад выставить коэффициент разгона, но нужен запас или предохранителей, или транзисторов.

0

Сообщение от svo_omsk Сообщение от yiv91 Частоту ШИМ надо взять пониже, сотни Гц

Двигатель запищит, если частота ШИМ будет в слышимом диапазоне. Частота должна быть 25-30 кГц. Для полевика это вполне нормально.
Родной диод, который стоит параллельно двигателю:

http://6.firepic.org/6/images/2015-11/17/0rlob4uh6hlm.jpg

TFK 936 BYT 86 800, согласно даташиту (http://pdf.datasheetcatalog.so... 481_DS.pdf) время открытия/закрытия на уровне 350ns.
Диод, вроде, рабочий. Вот что тестер показывает:

http://6.firepic.org/6/images/2015-11/17/dkjgatstfczi.jpg

0

Ну если диод нормальный и кондеры (те, что 103 и 104) на своих законных местах, надо подбирать режим плавного пуска. Про снаббер в принципе правильно выше сказали, но вот без осцилла никак не оценить его влияние.
И кстати, попробуйте уменьшить резисторы в вашем драйвере с 50 до 20 Ом (или параллельно каждому еще по 50 Ом добавить). Это ускорит переключение полевиков и снизит тепловыделение на них при работе под нагрузкой.

0

Я добавлю еще кое-что, для размышлений.
Из моего опыта, когда в импульсном БП происходит бабах, то детальки, которые близко, выгорают или свариваются. Которые далеко, остаются живы. И между ними есть еще одна категория, средняя, которая выглядит как живая, но в ее поведении обнаруживается такая подлость - при низких напряжениях работает нормально, а при высоких появляется большая утечка. Это приводит к тому, что если вызванивать неисправные детали тестером, то их легко пропустить. И получается - все неисправные детали заменил, включаю - и снова бабах! Буквально сегодня я доделал БП, который взорвался. От родного там осталось: плата, диодный мост, конденсатор фильтра и трансформатор :). Я не утверждаю, что у вас такой же случай, но кто знает.

0

Сообщение от yiv91 Я добавлю еще кое-что, для размышлений. Из моего опыта, когда в импульсном БП происходит бабах, то детальки, которые близко, выгорают или свариваются. Которые далеко, остаются живы. И между ними есть еще одна категория, средняя, которая выглядит как живая, но в ее поведении обнаруживается такая подлость - при низких напряжениях работает нормально, а при высоких появляется большая утечка.

Да, такое бывает. Поэтому подозрительные детали сразу меняю. Тоже бабахало не раз)

0

Поставил последовательно с мотором лампочку, чтобы ограничить максимальный ток.
Достал осциллограф, картина не очень хорошая.
Частота ШИМ 10kHz:

http://5.firepic.org/5/images/2015-11/20/c7xmj8gf9rlf.jpg

Вот на видео лучше видно: http://www.youtube.som/watch?v=7sQ4TE4E338

Четко виден переходный процесс в верхней части восходящего фронта, и, что более существенно - транзистор долго закрывается.
Вероятно мой драйвер на комплементарных транзисторах не совсем хорошее решение (честно говоря не понимаю как он работает, есть подозрения что не работает совсем - напряжение логической единицы 5V).

Несмотря на печальный опыт с IR2121 сейчас все-равно склоняюсь к использованию драйвера, если в городе найду MC33152D попробую его, вроде простой и понятный:

http://www.shyp-mm.ru/doc/all/2942/2942.jpg

Однако, силовой транзистор совершенно не греется, вот термограмма после 20 минут работы: греется линейный стабилизатор (КРЕН-ка) и сопротивление для разряда конденсаторов (оно справа). Транзистор и диод комнатной температуры. Понятно, что нагрузка не велика, но раньше я гонял эту же схему на двигатель вместе с полотном дорожки больше 40 минут и также транзистор не грелся.

http://5.firepic.org/5/images/2015-11/20/9dftzynwubqt.png

Еще одно, пилю скетч с ПИД-регулятором, чтобы не получилось как в прошлый раз поставил всяких ограничений на выходной сигнал и гоняю пока с лампочкой, видно что регулятор работает, но медленно. Буду постепенно подстраивать коэффициенты и уменьшать сопротивление лампочки (можно кипятильник поставить :) вплоть до нуля.

0

А я бы и не сказал, что сигнал такой вот сильно некрасивый. Да, переходной есть, но совсем небольшой. Ну и то, что транзистор не греется говорит о том, что драйвер работает.
Полагаю, это сигнал с входа вашего драйвера? Тогда надо еще с его выхода (с затвора), только очень аккуратно, чтобы на высокое напряжение не попасть. Вобще было бы неплохо привести полную схему, наглядней будет.

0