Bootstrap yöntemi ile BLDC motor sürücü devresi (Regenerative Fren Uygulamalı)

[mr.selim]

    Herkese hayırlı hafta sonları dilerim iyi çalışmalar. Bldc motor sürücü üzerinde çalışmaktayım. Gerek forum olsun gerek makaleler olsun bayadır incelemekteyim. Güç elektroniği alanında daha fazla tecrübe ve deneyim için bu yönde ilerliyorum ve buradaki çoğu hocamızın da desteklerini ve tecrübelerini beklemekteyim. Forumda incelediğim kadarı ile bir sıkıntı çıkmayacağını düşünmüştüm ama yine de endişelerim var. Öncelikle @FxDev ve @z hocamızın yorumlarını ve kendi paylaşımlarını çok inceledim onlara da ayrıca teşekkürler. Ve @Cemre. arkadaşımızın da da paylaştığı konu çok ilham verici oldu.
    Sorularıma detaylandıracak olursam öncelikle elimizde 250 - 500 Watt arasında iki tane BLDC motorumuz var. Bunları Regeneratif uygulamalı olarak sürmek istiyoruz. @FxDev hocamızın bir yorumunda RİSKLİ olacağını okumuştum. Bu konuyu burada çözersem belkide Bootstrap yönteminden de vazgeçer, tc4427 ile her mosu izoleli olarak ayrıca sürebiliriz. Ancak önceliğimiz Bootstrap.

    Tek fazın devresini resim olarak ekledim. Sürücü olarak IR serilerinden IR2103 tercih ettik (tavsiye ettiğiniz başka varsa inceleyebilrim). Mosfet olarak da deneme olarak IRF530 sonrasında IRFP260 kullanacağız.

    Sormak istediğimiz sorular şunlar;

    1) Bu devre şeması ile hem motor olarak hemde regeneratif fre olarak verimli çalıştırmak mümkün müdür?
    2) Mos sürücülerin gerilimi Mos gerilimlerinden izole olmalı mıdır ?
    3) Cboost kapasitesi 100nf tavsiye edilmekte. Ancak bazı uygulamalarda 1uf ye kadar değişik değerlerde gördüm. Değişmeli miyim kutuplu tercih edilmeli midir ?
    4) HIN girişine sürekli pwm uygulanmalı ancak biz LIN girişini lojik kullanıcaz sanırım bunda bir yanlışımız yoktur.
    5) 1N4148 e seri olarak direnç bağlantısı vardır ama bir çok yerde gereksiz ve sorun teşkil eder diye okumuştum doğrusu nedir ?
    6) Motor 48V olduğuna göre shottky diyotlar yeterli midir? 40V 1A
    7) Rgate dirençleri mosfetlere göre değişiyor diye biliyorum. Bunun hesabı yapılmaya değer mi yoksa 10 - 33 ohm arası bir değer ortalama bir güç için yeterli midir.

    Vereceğiniz cevaplar için şimdiden teşekkür ederim. Bu soruların çoğunu araştırmadığımdan (araştırdım ve araştırmaya da hep devam edeceğim ) değil burada ki tecrübeli büyüklerimizden yararlanmak için sormaktayım. Vereceğiniz her tecrübe dolu bilgi size birşey katmasa da bana bu güç elektroniğinde daha da çok uğraşmama vesile olucak ve beni bu yolda daha büyük adımlar atmama katkı olacaktır. Teşekkürler, iyi çalışmalar dilerim. 

[Cemre.]

2) Benim uygulamamda ihtiyaç yoktu, regen. çalışma ile ilgili deneme yapmadım, birşey diyemeyeceğim.
3) Kim tavsiye ediyor? Neye göre? MOSFET'lerin iletime geçmeleri için gerekli ön şartları sağlayamazsanız ideal anahtarlama yapmış olmazsınız. Bunlardan biri de gate-source kapasitesinin şarj deşarj durumudur. Bootstrap tekniğinde bu işlem high side için bootstrap kapasitöründe biriken enerji ile sağlanıyor. Küçük sığa az enerji depolanmasına, az enerji depolanması da mosfet'in tam iletime geçememesine sebep olacak.
https://www.silabs.com/support/Pages/bootstrap-calculator.aspx
Şuradan basitçe neyi değiştirdiğinizde ne değişiyor bir inceleyebilirsiniz. Fikir verecektir. Uygulama esnasında da kullanabilirsiniz, ben iki uygulamamda da kullandım ve sorun yaşamadım.
6) Shottky tıkama yönünde motor fazına bağlı. Bu düğümün gerilimi motor (dc bara) geriliminize, regen. çalışmada daha da yüksek gerilimlere ulaşabilir. 40V kullanmak pek akıl kârı gözükmüyor. SS310'a bakabilirsiniz. 100V seviyesinde bir diyot.

5) Bilgim yok, tahmin yürüteceğim. Sanırım bu diyot gate kapasitelerinin deşarj hattı üzerinde, sürücü pinleri sink durumunda çalışacak. Sürücünün sink akımını aşma ihtimaline karşı küçük değerli bir direnç bana mantıklı geliyor. Bilgi yanlışı-eksikliği varsa hocalarımız düzeltecektir.

İyi çalışmalar, başarılar dilerim.

[mr.selim]

Öncelikle vaktinizi ayırdığınız için teşekkür ederim. Sizden cevap almak güzel oldu.

3) Özellikle z hocam kendi videosunda ortalama 100nf olarak belirttiğini hatırlıyorum. Bu tabi değişebilir bir çok etkene göre ama en uygunu o diye belirtmişti bir çok şemada da buna benzer değerde kutupsuz gördüm. Sadece sizin şemada kutuplu görünce dikkatimi çekmedi değil belki gözden kaçırdığım yeri siz yakalamış olabilirsiniz diye sormak istedim Siteyi incelediğimde de 1uf kutuplu olabilme ihtimalini hala anlayamadım ben.

6) yüksek gerilimde shottky türkiye de zor bulunabiliyor ben alternatif olarak uf4007 de düşünmüştüm hızlı diyot olarak acaba etkili olabilir mi ?

5) Evet siz deyince banada mantıklı gelmedi değil şimdi. Başkaları da bu konuları daha da deşerse gayet memnun olucam

Değerli vaktiniz için teşekkür ederim, iyi çalışmalar.

[Zoroaster]

PWM frekansınız düşük değilse, Gate Source arasına küçük değerli direnç vs bağlamadı iseniz evet 100nF sorun çıkartmıyor. Bunu 1uF, 10uF de yapabilirsiniz. Fakat bu durumda kapasitörün şarj akım yolu üzerindeki diyodun akımını yüksek tutmanız gerekir. 24v civarı ile beslenen devrelerde bile seri dirençsiz 1N4148'in 1uF kapasitörde çok kere bozulduğuna şahit oldum.

Benim uygulamalarımda pwm frekansı 20Khz ve üstü olduğundan sıkıntı yaşamıyorum. Pwm frekansınız düşükse ve Gate Source arasında ilave direnç varsa 100n yeterli olmayabilir.

Hesaplamak isterseniz de IRF uygulama notlarında anlatılmış.

[Erol YILMAZ]

100 nF kapasiteye 12v uyguladığımız anda kaç Amper akım akıyor merak ettim. ( inrush current ? )
İlk fırsatta ölçmeye çalışacağım...

[FxDev]

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

Bunu ve orada önerdiğim dokümanları okuduktan sonra başka bir yöntem yok bununla ilgili.
Bootstrap ile regen çalışmanın bir alakası yok. Bootstrap ile sadece %100 duty ile çalışamazsınız. Bunu yanında motor/regen çalışma için mosfetlerinizi ne kadar kaliteli sürüyorsunuz o önemli.

Geri kalan konuları @Cemre. 'nin başlıkta konuştuk.

[mr.selim]

@Zoroaster hocam dediklerinizi dikkate alıcam. 32khz gibi bir çalışma motor uygulaması için sorun teşkil eder mi o zaman diyeyim etmezse bir 1n4148 e seri direnç ve Cboost a 1uf kondansatörle işimi garantiye aliyim ben bide  bunu 100nf ve paraleline 1uF bağlama şekilleri var. Bunun için ne diyorsunuz ?

@Allegro hocam teşekkürler cevabınız için. Ama hiç aklımıza gelmedi ölçmek, bu inrush akımı büyümeli mi ?

@FxDev  hocam cevabınız için teşekkürler. @Cemre. arkadaşımızın başlığındaki ters oluşabilicek gerilimde riskli olduğunu belirtmiştiniz. Bende regen çalışmada ekstra ne gibi önlem alabilirim diye merak ediyorum. IR2101 ile çalışıp sadece Regen çalışmada mosfet ve sürücü yakan ekip arkadaşlarım da var onlar da bu cevabı bekliyor aslında. Bunun üzerinde de durabilirsek çok sevinirim. Ayrıca yazılarınızı da okudum arada bir gözden kaçan bişey var mı diye de okumaktayım

[Cemre.]

http://www.irf.com/technical-info/designtp/dt98-2.pdf

[mr.selim]

http://www.irf.com/technical-info/designtp/dt98-2.pdf

Evet burada bir örneği var teşekkür ederim gözümden kaçmış olmalı bu Sanırım kabaca bir formül üstünde bir değer alsam daha iyi olucak. teşekkür ederim kondansatör işini hemen hemen anladım gibi

[Cemre.]

Özetle elektrolitik kullanacaksanız paralel seramik kullanın, yada ikisi yerine sadece tantal kullanın diyor sayfa 5 bölüm 5'te. Ben de uygulamamda 1uF 35V A Case Tantalum cap. kullandım. Şimdilik bir sorun gözükmüyor.

Toplam gate dirençleri ~20ohm iken bir yarım köprü orta ucu (high side source-low side drain düğümü) ile ground arasındaki gerilimin grafiği de şu şekilde.

Trise=400ns

Direnci 10ohm civarına düşürüp bir de bu şekilde deneyler yapacağım. Sonucu tekrar bildiririm.

[mr.selim]

Özetle elektrolitik kullanacaksanız paralel seramik kullanın, yada ikisi yerine sadece tantal kullanın diyor sayfa 5 bölüm 5'te. Ben de uygulamamda 1uF 35V A Case Tantalum cap. kullandım. Şimdilik bir sorun gözükmüyor.

Toplam gate dirençleri ~20ohm iken bir yarım köprü orta ucu (high side source-low side drain düğümü) ile ground arasındaki gerilimin grafiği de şu şekilde.
(Resim gizlendi görmek için tıklayın.)
Trise=400ns

Direnci 10ohm civarına düşürüp bir de bu şekilde deneyler yapacağım. Sonucu tekrar bildiririm.

evet ben tantal seçiminizi daha önceden görmemiştim taşlar yerine şimdi oturdu. Kapasitör ve gate dirençlerinin etkisini gerçekten çok merak ediyordum. Birbirine yakın gibi gözüken, 10 ohm - 20 ohm bu ikisinden birinin seçimi ne kadar fark eder diye mesela. Deneysel sonuçları, tecrübelerinizi paylaşırsanız çok çok sevinirim teşekkürler.

[mr.selim]

Özetle elektrolitik kullanacaksanız paralel seramik kullanın, yada ikisi yerine sadece tantal kullanın diyor sayfa 5 bölüm 5'te. Ben de uygulamamda 1uF 35V A Case Tantalum cap. kullandım.

Ben Pdf den yanlış anladım o zaman. Tek başına yeterli düzeyde seramik yada tantal tek başına kullanılabilir olarak algıladım. Tantal seçimi öncelikli o zaman.

EDİT: Birşey daha dikkatimi çekti. Tantal cap. istediğim değerlerde 35V 40V civarında. Benim 24 yada 48V luk bir motor kullanımımda bu kondantansatör sıkıntıya girebilir diye düşünüyorum. Bunun yerine 1uf 60V elektrolit cap. e paralel 100nf seramik bağlasam yine aynı güzellikte olur mu dersiniz ? Yoksa F değeri biraz daha yükseltip uygun voltaj değerinde tantal mı bulmam daha güzel olur ?

[Cemre.]

Ben Pdf den yanlış anladım o zaman. Tek başına yeterli düzeyde seramik yada tantal tek başına kullanılabilir olarak algıladım. Tantal seçimi öncelikli o zaman.

EDİT: Birşey daha dikkatimi çekti. Tantal cap. istediğim değerlerde 35V 40V civarında. Benim 24 yada 48V luk bir motor kullanımımda bu kondantansatör sıkıntıya girebilir diye düşünüyorum. Bunun yerine 1uf 60V elektrolit cap. e paralel 100nf seramik bağlasam yine aynı güzellikte olur mu dersiniz ? Yoksa F değeri biraz daha yükseltip uygun voltaj değerinde tantal mı bulmam daha güzel olur ?

Yok, hatanız var. IR21 serisi sürücüyü besleyeceğiniz gerilim 15-18V dolaylarında olmalı. Kapasite de bu gerilim ile şarj olacak. 35V uygundur.

Bu arada neden IR2103 tercih ediyorsunuz? Dead time özelliğinden dolayı mı?

[mr.selim]

Yok, hatanız var. IR21 serisi sürücüyü besleyeceğiniz gerilim 15-18V dolaylarında olmalı. Kapasite de bu gerilim ile şarj olacak. 35V uygundur.

Bu arada neden IR2103 tercih ediyorsunuz? Dead time özelliğinden dolayı mı?

Vb 15V motor gerilimi Vs ye etki edicek. Kapasitör Vb - Vs arasında o yüzden 24V veya 48V luk bir etki söz konusu olmayacak mı ben mi yanlış düşünüyorum ?

Hem Dead time hemde Lin girişini terslemesinden diyebilirim. Gerçi dead time olayını yazılımda yapmak çok da zor olmasa gerek. Ir2104 aslında daha çok önermişlerdi ancak onda da iki giriş kontrol edilmiyor diye ir2103 ü deniyelim dedim. 2101 de sorun yaşayan arkadaşlarımda olduğundan almışken 03 alayım dedim Sizin yorumunuz nedir. ir serisine hakimseniz paylaşırsanız yanlışlarımı düzeltmiş olurum.

[mr.selim]

Sorularıma katkı verebilecek başka hocalarımız arkadaşlarımız varsa desteklerini beklerim.

@Zoroaster @Allegro @z Hocam IR serisi ile Bootstrap yönteminde Rejeneratif çalışma için söyleyebiliceğiniz, üstünde durmam gereken bişeyler varsa tecrübe ve bilgi paylaşımlarınızı bekliyor olacağım.