Ynt: Ynt: BLDC Motor Sürücü Katı tasarımı

[Cemre.]

Herkese merhaba.

Tez çalışmalarımda kullanabilmek için bir 3 Faz Inverter devresi tasarlamaya çalıştım.
Öncelikle mosfet sürücü tarafında @FxDev hocama, op-amp seçimindeki yardımından ötürü de @z hocama teşekkür ederim.
Tasarım tamamen bitmiş değil. Bazı düğümlere Ölçüm Noktaları ve motor klemensi eklemek gibi ayrıntılar var. Onun dışında hatam varsa da fark etmiş değilim. Vbus gerilimini max 60V gibi düşünüyorum. Current Sense katı +-20A ölçebilecek kabiliyette. Vsense dirençlerimi daha belirlemedim. Bir de Vbus gerilimini ölçebilmek için bir gerilim bölücü eklenecek bunu da not düşeyim unutmamak adına.

Hataları varsa birlikte tartışalım ve ortaya başkalarının da kullanabileceği birşey çıksın istiyorum.
Sonuçta çok genel bir devre biraz modifikasyonla 3 Faz tam sinus inverter olabilir ya da farklı uygulamalarda kullanılabilir diye düşündüm.

Şimdiden herkese teşekkürler, iyi günler.

Faydalandığım dökümanlar:
http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/application_note/aa/b4/69/3f/75/58/4a/a1/CD00020086.pdf/files/CD00020086.pdf/jcr:content/translations/en.CD00020086.pdf
http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/user_manual/6b/fd/49/38/73/a2/4a/9c/DM00072014.pdf/files/DM00072014.pdf/jcr:content/translations/en.DM00072014.pdf
http://www.ti.com/lit/ug/slvuai8/slvuai8.pdf

Datasheet'ler:
http://www.infineon.com/dgdl/ir2101.pdf?fileId=5546d462533600a4015355c7a755166c
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21685d.pdf

Ve son olarak şema:
https://drive.google.com/open?id=0B_uycgenXnRsZmpBbjUyM2FpY2c
mesaj birleştirme:: 22 Ekim 2016, 15:38:25
Ekleme
Faydalandığım dökümanlar:
http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/application_note/3f/15/16/4f/ec/d5/4a/85/DM00051150.pdf/files/DM00051150.pdf/jcr:content/translations/en.DM00051150.pdf
http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00894a.pdf
mesaj birleştirme:: 22 Ekim 2016, 15:53:40
Şema notları:

1- Mosfetlere paralel RC Snubber devrelerindeki dirençlerin değerleri 1Ohm ve 1W gücündedirler. (Kaynak: @FxDev)
2- Şönt dirençler 0.01Ohm iki adet paralel olacak şekilde 0.005Ohm, üzerlerinde harcanacak toplam güç 2W olarak hesaplanabilir. 2512 kılıfta smd dirençler güç dayanımları her birinin 1W olduğu düşünülürse ve kısa devre gibi olumsuz durumlar dışında gücün etkin değeri hiç bir zaman 2W'a ulaşamayacağı için geniş bakır yüzeyle kullanıldıklarında sorunsuz çalışacaklarını düşünüyorum.
3- Op-Amp beslemesi iyileştirilebilir.
4- 12V ve 3.3V gerilim regülatörleri şemaya dahil edilebilir.. (12V için lm2596, 3.3V için lm1117 türevi.)

[tekosis]

eline sağlık Cemre.. bu devrede I_A ve I_B bilgisi nereden geliyor göremedim?

[Cemre.]

Sayın @tekosis hocam, iki fazda lowside mosfet source ile gnd arasında iki paralel şönt direnç var görüyorsunuz. Bu arkadaşlardan okunan gerilim bilgisi op-amp ile yükseltiliyor. Opamp çıkışı da mcu'ya gidiyor. İki faz ölçümle yetinmemizin sebebi de sağolsun Kirchhoff amcamızdır. 0 = Ia + Ib + Ic

[tekosis]

@Cemre. tamam görmemişim teşekkür ederim.

[irdal]

High side gate turn on direnci ile turn off direnci aynı değerde,  çizerken gözden kaçmış sanırım. İr2101'in Vs bacağındaki 10R direncin sebebini anlayamadım, parasiticleri minimize etmek mi amacı?  motor uygulamalarında RC snubber kullanmak osilasyona neden olabilir mi? 

[Cemre.]

Sayın @irdal hocam, Turn on Turn off terimlerinizi doğru anladıysam ayrıntılı bilgi için aşağıda link vereceğim. Yanlış anladıysam tekrar açıklarsanız sevinirim.
RC Snubber konusunda benim de tereddütlerim vardı, @FxDev hocamla anlaştık, Snubber varken ve yokken ayrı aynı inceleyip o şekilde karar vermeyi düşünüyorum. Bunu not olarak ekleseydim keşke.
mesaj birleştirme:: 22 Ekim 2016, 16:34:04
http://www.firatdeveci.com/dikkat-high-side-gate-driver/
mesaj birleştirme:: 22 Ekim 2016, 16:43:29

Yukarıda görülebilecek örnek datasheet alıntısında, C ile gösterilen Vs geriliminin negatif eşik değeri görülebilir. Bu değer aşıldığında bootstrap özellikli driver kendini korumaya alarak ya da zarar görerek istenildiği gibi çalışmayabilir. Bunu engellemenin yegane yolu aşağıda görülebileceği üzere ground ile Vs ucu arasına schottky ya da hızlı diyot kullanmak ve Rgate direncini alt uca da paylaştırarak gerilimin negatif değere inme etkisinin driver tarafından görülmemesini sağlamaktır.

[Cemre.]

Eagle proje dosyaları ve Malzeme Listesi için;

https://github.com/hcemreyilmaz/3_Phase_Inverter
mesaj birleştirme:: 22 Ekim 2016, 21:43:54


Ben bu kadar olacağını hiç tahmin etmemiştim. Acaba tek faz için tasarım yapıp 3 adet mi üretsek?

Not: Sağdaki PCB alanı 16x10cm. PCB tek taraflı olacak ve elde üretilecek diye düşünüyordum bu işe başlarken ancak bu kadar çok malzeme bayağı yoracak beni. @FxDev hocam şu ortadakilerin hepsi 1R 1W Snubber direnci. Ne yapsak?

[Erol YILMAZ]

0805 Smd malzemeye gecmeniz iyi olur..

[Cemre.]

@Allegro hocam vaziyete bakılırsa tüm dirençleri SMD'ye çevireceğim. Zaten bu kadar büyük PCB'yi benim ütü ile ısıtamam bile

[edX]

@Cemre. hocam neden high side mosfetlere gate direnci olarak 10 ohm, low side mosfetlerin gate direnci olarak  20 ohm kullandınız ?

[Cemre.]

Hocam aslında High Side mosfet Rgate direncimiz de 22Ohm idi. Aşağıda vereceğim linki incelerseniz aslında 22Ohm'u HO ve VS arasında 10Ohm olarak paylaştırdık. Bunu yapmamızın nedeni de linkte belirtiliyor.

http://www.firatdeveci.com/dikkat-high-side-gate-driver/


mesaj birleştirme:: 23 Ekim 2016, 18:14:14
Şema ve git güncellenmiştir.

----

Değişiklikler:
1. Şimdilik tüm dirençler (şöntler hariç) 0805 kılıf SMD'ye dönüştürüldü.
2. Tüm kapasiteler SMD'ye dönüştürüldü. 100nF ve 22nF olanlar 1206, 100pf olanlar 0805 kılıf.
3. Mosfet'ler to220'den to252'ye (smd dpak) dönüştürüldü.
4. PCB boyutları 10x5cm. PCBway'de 10 adet pcb fiyatı kargo hariç 10$. (fiyat değişebilir)
5. IR2101'ler SMD SOIC8 pakete çevrildi.
6. Diyotların hepsi SMD'ye çevrildi.

Sorular:

1. IR2101'in bootstrap kapasitörü kutupsuz kullanılabilir mi? Evet'se onu da 1206 SMD'ye çevireceğim.
2. Test point olarak 1'li Pin Header ekledim. Farklı bir önerisi olan varsa duymak isterim.

23.10.2016

[Cemre.]

Soru 2'nin cevabı: http://www.irf.com/technical-info/designtp/dt98-2.pdf
Sayfa 5, Bölüm 5.

The Bootstrap capacitor should always be placed as close to the pins of the IC as possible (as shown in Fig 2 on the left).
At least one low ESR capacitor should be used to provide good local de-coupling, e.g. a separate ceramic capacitor close to the IC would be
essential if an aluminum electrolytic capacitor is used for the bootstrap capacitor. If the bootstrap capacitor is either a ceramic or tantalum type, this should be sufficient in itself as the local decoupling.

[edX]

Inverter çıkışında ve dc barada gerilim okurken HCPL7800 veya HCPL7840 gibi isolation amplifier kullanmanızı tavsiye ederim.

Fiyatları uygun ve TR'de bulunuyor.

[Cemre.]

Sayın @edX, MCU ve Inverter katının beslemelerini birbirinden izole kullanmadığımız sürece böyle bir izolasyonun bize bir koruma sağlayabileceğini düşünmüyorum. Haksız mıyım?

[Cemre.]

PCB'de son durum. Soldan sağa genişlik 50mm. Şönt dirençlerin yerleri şimdilik böyle çıkışa yakın konumlandırıldı. Bottom layer'a, MOSFET'lerin altına koyup boyu kısatlabilirim ama bu sefer alttan üstten ısınan bir PCB, yakınlarda bir OpAmp, böyle bir stres altında çalışmalarına gerek yok bence.

Motor ve besleme bağlantıları için klemens veya bağlantı şekli önerisine ihtiyacım var. Direncnet'teki 5'li Bariyer Klemens elemanını kullanmayı düşündüm ancak boyutları vs bilgi yok. Çoğu küçük boyutlu BLDC sürücü uygulamasında doğrudan karta lehimleme şeklinde kullanılmış ancak bu tarz uygulamalar daha çok ağırlığı dert eden üretimlerde makul bir çözüm. Aklımda bununla ilgili farklı bir tasarım var ancak önceliğim klemensten yana. Direnc.net üzerinde çok çeşit yok, 60V 15A gibi değerlerde sorunsuz kullanabilmeliyim. Önerilerinizi bekliyorum.

Son olarak, isimlendirme için kullandığım yöntem anlaşılır mı? Hangi eleman ismi hangi kılıfı işaret ediyor sorusunu hızlıca cevaplayabiliyor musunuz?