Ynt: Ynt: BLDC Motor Sürücü Katı tasarımı

[Cemre.]

OP-AMP katı ile ilgili bir sorum olacak. Direnç toleransları %1 veya %5 olması beni çok etkiler mi acaba?

[Cemre.]

Tüm gerilim bölücü çiftleri 68k 3.9k şeklinde seçilmiştir. 60V giriş geriliminde 3.255V ölçeceğiz.


Ekleme:
Basitleştirilmiş malzeme listesi.
https://drive.google.com/open?id=0B_uycgenXnRsVHdDMzBDamlfZjA

[Zoroaster]

Desat nerden çıktı şimdi.  Desat modern anahtarlarma cihazlarında anahtarın durumunu algılama yöntemi, düşük voltajlı moslarla çalışırken desat uygulaması ile aşırı akım korumasına ben hiç denk gelmedim.

H bridge ile sürülen endüktif yükte fly back durumu elbette var. Bir roleden akım akıtıp  akımını birden kesersen flyback voltaj oluşur. Aynı durum tüm motorlarda geçerli. H bridge beslemesi üzerine dekupaj kapasitör kullanmazsan özellikle de locked unti phase anahtarlama yaparsan anahtarlar flyback voltajdan dolayı delinir.

(Aslında flyback tabiri CRT'lerden kalan bir mirasdır ve beneğin hareketi ile ilgilidir. Her ne akadar EHT trafoları flyback çalışıyor olsa da tabirin çıkış noktası beneğin geri uçuşundan kaynalanır. Booest kaynak ile flyback kaynak bir birinden ayrılsın diye booster diyoruz, flyback olayı yerine emf de diyebilirizki bu bir kavram ve üzerinde durulacak bir şey değil)

Flyback geri uçmak/kaçmak vs anlamına gelir. Yani bobin/trafo enerjinin kesilmesi ardından ortaya çıkan durumları ifade etmek için kullanılır. Flyback illaki sekonderi olan ve akımının kesilmesi durumunda güç üreten kaynakları için kullanılmaz.

Filitre kapasitörü bağlamaktaki amaç motor endüktanslarında depolanan magnetik enerjinin geri salınması durumunda bunu harcamak değil depolamaktır.

Dekupaj kapasitörünün motordan  emdiği enerji kendini bara voltajında artış olarak gösterir, neyseki bir sonraki peryodda motorun enerji ihtiyacı bu kapasitörden ve geri kalanı da kaynaktan karşılanır.

Bu kondansatörü söker alır yada düşük değerli kullanırsan sürücün büyük risk altına girer.

Ticari sürücü kartlarda Cemre'nin mantığında olduğu gibi pcb küçük ve ucuz olsun diye bu kapasitör kart üzerine çok küçük değerde konur fakat kartın dokümanına koyu harflerle minumum şu değerde ve şu voltajda kondansatörü besleme pinine çok yakın olacak şekilde bağlayın uyarısında bulunulur.

@cemre senin pcb çiziminde dekupaj kapasitör göremedim. Kullanmadınmı yoksa? Eğer kullanmadı ise sürücü kartından güç kaynağına kadar olan besleme hatları endüktans anlamına gelecek.

[irdal]

@Zoroaster bence @Cemre. 'nin bu şekilde yol alması en mantıklısı.

@Cemre. 'nin alacağı yol basit. Öncelikle AKIM kontrollerini oturtacak. Bunun için motorun iki fazını sisteme bağlayacak, üçüncü faz boşken akım kontrolünü gerçekleştirecek. Akımları çok düşük olduğu için de kaçak endüktans etkileri olabildiğince az olacaktır zaten mosfet yerleşimleri ideale yakın olmuş. Normal şartlar altında da faz faz kısa devreleri vs. leri olur zaten. Onu algılamak ise şönt dirençle olmaz, yine yönteminiz işe yaramaz. Bunun için tek koruma yöntemi DeSat korumasına sahip driverlar kullanmaktır. Bir okul projesi için bu kadar emeğe yazık olur.

BLDC motorlar aynı birer fırçalı DC motor gibi davranır. Yani yok flyback olacakmış uçacakmış gibi bir durum söz konusu olamaz. Ancak ve ancak motor nominal devrinin üzerine çıkarılırsa üst gerilimler oluşturur. Bunun yanında regeneratif bir çalışma söz konusu olacaksa, bu sefer sıkıntı olabilir. Ayrıca terim farkı olmasın oradaki bir flyback değil boosterdır.

Filtre kapasitörü vs. bağla demişsiniz. Geri basılan enerjiyi o kapasite nasıl harcayacak? Tamamen gereksiz bir işlem. Sürücüyü motor olarak çalıştırırken DC bara kapasitesine ihtiyaç duyacak @Cemre. zaten, ama geri dönen enerji için kapasite başa çıkamaz.

2x30V/3A klasik güç kaynakları ile BLDC motor üzerinden 200A çok rahat akıtabiliyordum akım kontrolü yaparken. Elbette bunun için akım kontrolünün taş gibi olmasını sağlamak zorunda arkadaşımız.

Bir ürün olacak olsaydı bu, bir çok önerilerimiz olacaktı zaten, ama arkadaş sadece y. lisans tezine hazırlık yapıyor. Bir kaç görüntü alsa işini tamamlayacak.
Şu an yüksek güçlü UPS sistemleri ile uğraşıyorum, çalıştığınız kaynak şebeke olunca hata oranı daha fazla olabiliyor dolayısı ile DeSat gibi korumalar nihai ürünlerde olmazsa olmazlardan. Faz faz kısa devre, faz-toprak kısa devreleri yani anahtarlama elemanı kısa devreleri hiç sevmediğimiz, bizi korkutan hatalar değil artık. Çok güzel anahtarlama elemanı sürücüler bu işi güzelce yapıyorlar.

Bunun yanında bu bir ürün olacak olsaydı, @Cemre. 'ye de önerdiğim gibi discrete malzemelerdense modül kullanılmasını yeğlerim. Mitsubishi yıllardır bunu yapıyor zaten.

(Resim gizlendi görmek için tıklayın.)

hocam şu akım kontrolü olayına biraz değinir misiniz ?  Nasıl bir yöntem kullanıyorsunuz ?

[FxDev]

@irdal: PID kontrol.

[Cemre.]

OP-AMP katı ile ilgili bir sorum olacak. Direnç toleransları %1 veya %5 olması beni çok etkiler mi acaba?

Sorum hala güncelliğini koruyor.

[FxDev]

@Zoroaster: Yazılarını şimdi görüyorum.

Desat'ın ne olduğunu biraz araştır. Mosfette de IGBT'de de kullanılır bu yöntem. Mantığı da basittir, akım aktıkça yarı iletkenin Vsat gerilimi artar, belirli akımda bu gerilim belirli değerde olur. Bu belirli değer aşıldığında da korumaya geçilir. Koruma dediysek anahtarlama sürücüsü hemen gate'i deaktif ederek ya da belirli bir duty değerini geçmeyecek şekilde açarak korumaya geçmeye çalışır. Fault sinyalleri vs. çekilerek de işlemciye uyarı gönderilir, latch olarak çalıştırabileceğiniz için de sistemi korumuş olursun. Hatta ve hatta direnç/kapasite değerlerini öyle bir ayarlarsın ki desat korumasına 1A'de mi gitsin yoksa 100A'de mi ayarlayabilirsin. Yok flip flop koy, akım oku, latch et 1950'lerde kaldı o işler artık.

H bridge girmeden tek yönlü DC motor çalıştırdığını düşün. Yapı buck converterdır. Bu yapıda boost yönde anahtarlama yapmadan nasıl olacak da kaynağa akım basılacak pes doğrusu. Sadece darbeli akımlar çekilir girişten, bu anlık akımları da girişteki kapasiteler karşılayacaktır.

Giriş gerilimi DC makinelerde nasıl formüllenir: V = EMK + I*R. EMK'da dönüş hızı ile orantılı. Şimdi motor olarak çalışan cihaz ne yaparsa yapsın nominal devrin üzerine çıkmadıktan sonra ekstra gerilim üretemez. Ta ki regen moda geçip, complementary anahtarlama yapıp, boost moduna alarak, 2-4 bölge gezerek gerilim kaynağa aktarılmak istenmedikten sonra.

Coupling kapasitesi ihtiyacı o büyüklükte bir karta sığmayacaktır, dışarıdan takar @Cemre. onu. Yaklaşık da motor akımının yarısı büyüklükte RMS akıma dayanacak bara kapasitesi ile kafası hiç ağrımaz.

@Cemre. soruna gelecek olursak, kalibrasyonu her halukarda yapacağın için ve yapacağın cihazdan binlerce adet üretmeyeceğin için sorun olmaz. Kaldı ki biz şebeke ile yakınen çalışıyoruz, %1'lik hata 1000V'ta 10V demektir. Bu yüzden cihazlar çıkmadan iyice bir kalibre edilirler müşteriye gitmeden

[Cemre.]

@Zoroaster: Yazılarını şimdi görüyorum.

Desat'ın ne olduğunu biraz araştır. Mosfette de IGBT'de de kullanılır bu yöntem. Mantığı da basittir, akım aktıkça yarı iletkenin Vsat gerilimi artar, belirli akımda bu gerilim belirli değerde olur. Bu belirli değer aşıldığında da korumaya geçilir. Koruma dediysek anahtarlama sürücüsü hemen gate'i deaktif ederek ya da belirli bir duty değerini geçmeyecek şekilde açarak korumaya geçmeye çalışır. Fault sinyalleri vs. çekilerek de işlemciye uyarı gönderilir, latch olarak çalıştırabileceğiniz için de sistemi korumuş olursun. Hatta ve hatta direnç/kapasite değerlerini öyle bir ayarlarsın ki desat korumasına 1A'de mi gitsin yoksa 100A'de mi ayarlayabilirsin. Yok flip flop koy, akım oku, latch et 1950'lerde kaldı o işler artık.

H bridge girmeden tek yönlü DC motor çalıştırdığını düşün. Yapı buck converterdır. Bu yapıda boost yönde anahtarlama yapmadan nasıl olacak da kaynağa akım basılacak pes doğrusu. Sadece darbeli akımlar çekilir girişten, bu anlık akımları da girişteki kapasiteler karşılayacaktır.

Giriş gerilimi DC makinelerde nasıl formüllenir: V = EMK + I*R. EMK'da dönüş hızı ile orantılı. Şimdi motor olarak çalışan cihaz ne yaparsa yapsın nominal devrin üzerine çıkmadıktan sonra ekstra gerilim üretemez. Ta ki regen moda geçip, complementary anahtarlama yapıp, boost moduna alarak, 2-4 bölge gezerek gerilim kaynağa aktarılmak istenmedikten sonra.

Coupling kapasitesi ihtiyacı o büyüklükte bir karta sığmayacaktır, dışarıdan takar @Cemre. onu. Yaklaşık da motor akımının yarısı büyüklükte RMS akıma dayanacak bara kapasitesi ile kafası hiç ağrımaz.

@Cemre. soruna gelecek olursak, kalibrasyonu her halukarda yapacağın için ve yapacağın cihazdan binlerce adet üretmeyeceğin için sorun olmaz. Kaldı ki biz şebeke ile yakınen çalışıyoruz, %1'lik hata 1000V'ta 10V demektir. Bu yüzden cihazlar çıkmadan iyice bir kalibre edilirler müşteriye gitmeden

@FxDev hocam cevap için teşekkürler. @Zoroaster hocam ile birlikte deştiğiniz konular şimdiye kadar üzerlerinde hiç düşünmediğim konular olduğundan benim ve projenin gidişatı açısından güzel örnekler. Ayrıca bunun için de teşekkürler.

Bu arada PCBway siparişi verildi, artık 3-4 güne HKpost aracılığı ile yola çıkar diye umuyorum. Vizelere kadar şimdilik bu konuya ara vereceğim.
20 Kasım'dan sonra görüşmek üzere! (gerçi ben yine duramayıp birşeyler bulurum )

[JOKERAS]

Aklıma gelmişken sorayım.
Geçenlerde küçük bir Motor görmüştüm,Motorun içinden 3 Adet kablo, Arka kısmında da Encoder'den 5 adet kablo çıkıyordu.
Motor sürücü kısmında 6 adet Fet transistör vardı,Motor uçları  H-L Side Fetlerin ortak uçlarına bağlıydı.
Motor Sinyallerine de baktım Sinus sinyaline bindirilmiş PWM sinyali vardı.
Ayrıca Fetlerde Shunt Direncide vardı.
Bu Motor ne tür oluyor?

[Cemre.]

Bu bilgiler ışığında ben olsam PMSM* derdim. Sinus değil trapezoidal deseydiniz BLDC** derdim. @JOKERAS  hocam.

* Permanent Magnet Syncronous Motor
** Brushless DC Motor

[JOKERAS]

Sinyallere kerhen bakmıştım,belki Trapez olabilir.
Bir ara bunlardan bir tane alayım da döndürmeye çalışayım.
Tek bildiğim Motor fırçalı Teyp motoru:)

[Zoroaster]

@FxDev

Desat yeterince bildiğim bir konu. Desat küçük akımlar için değil de büyük akımların anahtarlandığı  durumlarda kullanılan bir yöntem. Buradaki sürücü için lafı edilecek bir yöntem değil. Desatda amaç IGBT'nin doyumda olup olmadığını anlamaktır. Normalde doyumda olan bir IGBT aşırı yüklenirse lineer bölgeye geçer ve koruma sistemi bundan haberdar olarak koruma sağlar.

Buna aşırı akım koruma diyebilirsin. Fakat aşırı akım koruma için desat güzel bir seçenek değildir.
Çünkü aşırı akım koruma devrelerinde akım limiti kolayca sense devresinin parametreleri ile ayarlanabilir. Desatta bu bu kadar kolay değildir. Örneğin 4A çeken bir motor için 5A akım limitli aşırı akım koruma yapabilirsin. Benzer koruma Desatda mümkün değil demeyelim de işi çok karmaşıklaşır. (En az 10 yıl önce yaptığım bir mikro step sürücüde sense direnci kullanmadan Mosların VDS voltajını izleyerek motor akımını algıladığım için zorlukları gayet iyi biliyorum)

Ya da şöyle söyleyeyim. Sürekli akımı 10A'e dayanan IGBT kullanırken max akımı 2A olan bir motor için 5A aşırı akım koruması yapmak Desat tekniği ile koruma yapmak mantıklı değildir.

Desat ile 10A'e yaklaşan akımlar hatta puls akımının 20A' ulaştığı durumlarda Desat koruma mantıklıdır. Desat'da adı geçen over current'ı Türkçeye çevirirken  aşırı akım diye çevirirsen anlam  karçaşası yaşarsın. Burada adı geçen aşırı akım IGBT açısından bir aşırı akımdır. Halbuki biz aşırı akım koruma sınırını yüke bağlı olarak belirleriz.


Neyse Desatın bu uygulamada gerçekten yeri yok. MOS lu bir H köprüde şönt direnç gayet sağlıklı aşırı akım bilgisi verir.

Asıl konumuza gelirsek;

Tek yönde anahtarlanan motora ilişkin sürücü ile H köprü sürücünün ne alakası var. Bahsettiğim flyback voltajlar tabiki H köprü için.  Fakat madem açtın kutuyu;

V = EMK + I*R bağıntısından gidersen yüksek voltaj falan göremezsin tabiki. Bu bağıntı DC akımla sürülen motorun bağıntısı. Fakat biz güç elektronikçileri kıyıcı vs kullandığımız için bu  bağıntı geçerliliğini kaybeder ve  V=Emk + R*i + L di/dt bağıntısını kullanırız. Eğer akımı anahtarlarsan L di/dt çok yüksek değerler alır.

Tek yönde döndürülen motorlar için yapılan sürücüde motora paralel bağlı diyodu kaldırıp atarsan  meşhur flyback voltajlar ortaya çıkar. Fakat H bridge yapısında motora ters diyod bağlayamayız.

H bridge'i hangi şartlarda sürersek bu voltajlar oluşur bu voltaj nasıl  dekuplaj kapasitesinde depolanır bu kapasite olmazsa ya da küçük değerli olursa ne olur alıntı yaptığın mesajımdan  önceki yazılarda bahsetmiştim.

Daldan dala atlayıp kütfen konuyu saptırmayalım.

[FxDev]

Şimdi aşağıdaki çizimlere iyi bakmak lazım. Aşağıda bir adet DC motorun iki bölge çalışması ele alındı. Motor aynı yöne dönerken üst kısımda motorun torkunu pozitif yönde arttırıyoruz (yani motoru hızlandırıyoruz).

1. çizimi ele alırsak; akım yönü görülüyor, hangi anahtara PWM uyguladım, hangisine uygulamadım, hangisi sürekli açık, hangisi değil görülebiliyor. Motoru, motor olarak kullandığımızda sistem bir buck converter oluyor. EMK'da motor devrine bağlı olarak artıp azalıyor. Nominal devri geçmedikten sonra da EMK giriş geriliminden yükseğe çıkamaz. Şimdi ilk soru gelsin @Zoroaster yani sevgili z eski bunalmis'a. Burada ne olacak da girişe akım basılacak? Motor pozisyonunda çalışırken? Akım yönü bu çalışmada yalnızca girişten motora doğru olur. Bakıyoruz, sağ üstteki çizime, anahtar kapalı iken 1. akım dolaşıyor, anahtar açık iken ise bobin (motorun sargıları bu) üzerindeki akım 2. yoldan yani diyot üzerinden devam ediyor.

Gelelim ikinci kısma, şimdi motorumuz hızlandı, bu elektrikli araç olsun, bayırdan aşağı sallanıyoruz. Ama frenleme yapmamız gerekti, ne yapacağız, bu sefer PWM'in yerini değiştirip alttaki aşamaya geleceğiz. Motoru, dinomo gibi çalıştırıp girişe enerji basacağız. Peki bu nasıl oluyor, yapı otomatikman boost converter yapısına dönüşüyor. Giriş kaynağımızda batarya ise alın size mis gibi akü şarj. Evet bu aşamada girişe yüksek akımlar basılabilir, giriş gerilimi bir güç kaynağı ise kapasiteleri enerjiyi alır ve şişer vs. Ama bu yapı boost olduğu için olur. Yani ne olur, sağ altta göreceksiniz, anahtar kapalı iken 2. numaralı okla gösterilen yerden akım akar, motor sargısında depolanan enerji anahtar açıldığında 1 numaralı yolu takip ederek kaynağa akımı basar.

Şimdi sevgili @Zoroaster @Cemre. arkadaş burada yapıyı motor olarak tasarlayıp kullanacak. Yani benim ilk anlattığım paragraftaki gibi. Şimdi nasıl olacak da girişe akım basacak ben meraklar içerisindeyim.

Senin yaptığın H bridge yapı step motor sürüyorsa orada belki frenleme ihtiyacı duydun ve step motoru bir şekilde frenleyerek ekstra enerji oluşturdun bunu bilemem. Ama BLDC sürücüde öyle ahım şahım bir olay yok.

Şimdi bilgi olması açısından aşağıdaki şekle tekrar gelirsek, motor ve jeneratör olarak çalışmada farkettiğimiz üzere aynı kol üzerinde PWM'ler var. İşte complimentary çalışma dead time olayları burada devreye giriyor. Diyot olarak çalışmada 10A bir akım akarken diyotta kaybedilen güç 10*0.7V~7W oluyor. Fakat tam diyot çalışma moduna geçildiğinde o mosfet ON yapılırsa ki mosfetin iç direnci atıyorum 10mR olsun, 10*10*10mR=1W olur. 6W ısı kazandık, bu ne demek, çok büyük kazanç demek! Yalnız bu çalışmada üst ve alt anahtarlar aynı anda iletimde olamayacağından dead time denen kavram kullanılarak güvenli çalışma sağlanır. İşlemcilerde bu tür PWM çıkaran birimler özeldir ve bu iş yazılımla imkansız değil ama zor yapılır.

Biraz daha bilgi için: http://www.firatdeveci.com/bldc-motorlar-gelecegin-hareket-kaynagi/

[Zoroaster]

Sırf tartışmak için yazımdaki lafı eğdin büğdün öyle bir konuma getirdin ki ne diyeceğim bilemiyorum. (Belki de yazımı dikkatli okumadığın için böyle oldu)

Zoroaster niki ile Z kadar kırıcı olmak istemiyorum ama iğneleyici yazıyorsun.

İstersen bu son mesajın şimdilik dursun ve geriye gidelim.

@cemre akım korumalı bir güç kaynağı kullanarak aşırı akım çekemeyecek ve sürücüsü yanmayacaktı. Böyle düşünüyordu.

Ben de dedim ki bu durumda motor endüktansındaki depolanan enerji güç kaynağına doğru akım basmak ister ancak kaynak bunu ememez. Güç kaynağının uçlarına paralel büyük bir kapasitör bağlarsan bu akımı emersin böylece bara voltajının artmasına engel olursun. Fakat bu durumda güç kaynağı akım vermeyi limitlese bile bu kapasitör limit tanımaz akım istenirse verebildiği kadarını verir yani sürücün gene bozulabilir dedim.

Sonra yok Desat dı yok kapasitördeki enerji nasıl harcanaktı, yok flyback kavramıydı ana konudan uzaklaştın gittin.

O zaman bu şartlarda söylediğim konuları gözönünde bulundurarak vermemi istediğin cevapları kendin ver.

Bunun için;

Çizdiğin H bridge devresinde aşırı akım korumalı güç kaynağına seri bir diyod bağla ve motor akımını bir kıy. Böylece akım basabilen fakat ememeyen bir güç kaynağı yapısı oluştur. Bak zaten çiziminde güç kaynağına tersden akan bir akım çizmişsin hah işte o akım yolunu bir tıka.

Bus voltajı anahtalama esnasında nasıl değişecek bir çiz.

Daha sonra diyod çıkışı ile Gnd arasına 1 tane büyük kapasite ekle. H kolundaki iki anahtarı kısa devre et. Moslardan geçecek akımın boyutunu bize bir söyle.

Bu tartışma bitsin sonra ne istersen tartışırız. Ama tekrar söylüyorum lütfen daldan dala zıplama.

H köprü bir iki gün önce öğrendiğim konu değil ki. Hakkında kitap bile yazarım.

Sana bazı ipuçları vereyim.

Elektromağnetik enerji dönüşümü yapan makinelerin hepsinde istisnasız şu kural geçerlidir.

Makineye verilen enerji = İşe dönüşen enerji + Bobinlerde depolanan enerji (nüvede depolanan enerji) + Mekanik aksamda depolanan enerji.

Hatan ne biliyormusun?

1) DC motor sıradan bir direnç gibi omik bir yük değildir. Yukarıdaki kuralda adı geçen bobinde depolanan enerjiyi görmezden geliyorsun.

2) Yazılım geliştirme aşamasında farkında olmadan her türlü yazılım/kurulum/donanım hatası yapabilirsin. Dolayısı ile güç katı bu hataların neden olacağı tüm olumsuz olaylarla baş edebilmek zorundadır.

Yukarıdaki yazılarımın birinde yazılım geliştirilecek sürücü ile piyasaya verilecek sürücü çok farklıdır demiştim.

[FxDev]

Şimdi konuya tekrar dönelim:

@Zoroaster dediğinden hiç bir şey anlamadım, çizerek anlatabilir misin? Motor, motor olarak çalışırken nasıl kaynağa akım basacak? Ben hala bunu anlamış değilim? Altta çizdiğim regen modunda zaten kaynağa gider akım, diyot falan koyarsan ortalık çok şenlenir. Bunda hemfikiriz, ama motor olarak çalışırken hala geriye nasıl akım basılacak şaşırıyorum. Bilmediğim bir şey varsa ya da bugüne kadar yanlış yaptığım bir şey öğrenmek istiyorum.

İşi sulandırmak değil niyetim, en yukarıda söyledim zaten 2x30V 3A akım korumalı güç kaynağı ile 200A akıtabildiğimi. Bir örnek resim de koydum hatta olabilirliğini göstermek için.

@Zoroaster DC motoru bir direnç gibi algılıyor olsaydım buck/boosttan bahsediyor olmazdım. Dediklerimi zerre okumamışsın.