Problema pilotaggio motore DC con ponte H in PWM.

[adrianomonari]

Piloto un motore DC a spazzole da 12 V da alcuni W a magneti permanenti con ponte H Toshiba TB67H451FNG alimentato a 24 Vdc.

Il pilotaggio è in Sign-Magnitude a 1.250 Hz con D 50%. Dunque ci sono due fasi, nella prima alimento il motore, nella seconda tutti i mosfet sono interdetti e il motore scarica la corrente sull'alimentazione tramite i body diode dei Mos, in questa fase la tensione ai capi del motore si inverte e la sua corrente si azzera per 100 uS, dopodichè la tensione sul motore torna positiva a 10 V per 250 uS con la corrente motore nulla e poi ricomincia il ciclo. Va tutto bene ma se alzo progressivamente la frequenza del PWM il motore rallenta sino a fermarsi, (come se fosse pilotato in Locked Anti Phase con D 50% ! ). Per prova ho messo un diodo di ricircolo sul motore e il problema è magicamente scomparso (!). Soluzione che non posso adottare perchè il ponte deve essere usato in modalità bidirezionale, e non posso pilotarlo in modalità Locked Anti Phase, (che forse risolverebbe il problema ? ), perchè dovrei rifare l'elettronica che pilota il ponte.

Non ho capito il perchè di questo comportamento e ho bisogno di aiuto da parte di questo forum frequentato da persone competenti.

Grazie.

 

 

 

 

Modificato: 19 febbraio da Maurizio Colombi
Sistemato il titolo.

[Livio Orsini]

Hai provato a diminuire lamtensione di alimentazione?

Inoltre sarebbe necessario conoscere le caratteristiche di armatura del motorino. Il valore di induttanza e resistenza determinano la costante di tempo del motore. Bisogna tenere presente che il TB67H451FNG è dato per fuinzionamento in corrente costante.

 

Modificato: 9 febbraio da Livio Orsini

[adrianomonari]

-Problema risolto-   Innanzitutto ringrazio il Dott. Livio Orsini per avermi risposto. Ho provato a diminuire la tensione ma senza risultati, la costante tempo del motore (non definitivo) non l'ho misurata e il ponte Toshiba può operare sia in modalità PWM Constant Current Drive che in Direct PWM Drive come lo uso io. (il Toshiba mi è stato "imposto").

Ho risolto il problema postato leggendo un articolo all'indirizzo : techweb.rohm.com/trend/column/776/ . Il problema era insito nel modo in cui il motore scarica la corrente : Se avviene cortocircuitando il motore con il diodo di ricircolo o, nel caso del ponte, tramite i mos o i loro body diode, la tensione sul motore non cambia polarità nella fase di scarico, per cui la tensione applicata al motore è funzione del duty cycle. Nel (mio) caso, ove scarico la corrente sull'alimentazione, (tramite i body diode), la polarità della tensione sul motore si inverte nella fase di scarico, per cui se D = 50%, la tensione media al motore è 0 V !. Per avere +12 V occorre D 75% e con D 25% ci saranno -12 V. Per cui pur avendo impostato il ponte in modalità Sign-Magnitude, mi sono trovato a funzionare in Locked Anti Phase !

Il fatto che fossi comunque riuscito a pilotare il motore in modo soddisfacente impostando il duty cycle al ponte al 55% è perchè abassando molto la frequenza, (max 1,2/1,3 Khz), il tempo nel quale la tensione diretta diveniva sufficentemente maggiore del tempo di scarico della corrente, era tale per cui riuscivo ad avere una tensione effettiva al motore di 12 V !

Domanda : Per impostare la frequenza del PWM, se, per esempio, voglio avere la max coppia disponibile per sfruttare al max la potenza del motore, dovrei impostare il tempo di pilotaggio del motore almeno 5 volte la costante di tempo motore per avere la max corrente. per fare un esempio con un motore da 50 W avente costante di tempo di 1 mSec, e volendo regolare il duty cycle al 10%, la frequenza PWM non dovrà essere superiore a 20 Hz, decisamente bassa e con un ripple di corrente del 100% ! Non so quali conseguenze porterebbe un simile approccio e quali sono i criteri per la scelta della frequenza tenendo presente che leggo sempre che per motori di piccola potenza si "consiglia" di usare frequenze anche di 20 Khz ?

Grazie. Saluti.   adrianomonari. 

 

 

[Livio Orsini]

8 ore fa, adrianomonari ha scritto:

he leggo sempre che per motori di piccola potenza si "consiglia" di usare frequenze anche di 20 Khz ?

 

Dipende sempre dal motore; comunque si sta, comunemente, sicuramente sopra i 5kHz, mediamente si lavora oltre i 10kHz.

Semprecon motori molto piccoli.

Ho letto velocemente quello che hai scritto, ma la faccenda non mi quadra.

Solitamente si può lavorare con duty cycle dal 5% al 95% almeno, ma facendo le cose bene si può anche variare tra 2% 98% se il motore lo consente.

Se pilotato bene la corrente del motore devepraticamente continua,con un minimo di ripple.

 

Non capisco perchè tu òabori scambiando continuamente le polarità al motore. Questa è una pratica che si adotta quando si vuol tenere il motore fermo in coppia.

Modificato: 12 febbraio da Livio Orsini

[adrianomonari]

Ora lavoro a 6,3 Khz.  Avevo impostato il ponteToshiba per lavorare nel classico modo : D minimo = tensione al motore minima / D massimo = tensione al motore massima. Funziona così se viene scaricata la corrente del motore tramite i Mos low side, o high side o i loro body diode, in pratica cortocircuitandola. Questo pilotaggio è definito Sign-Magnitude, ma dato che, per semplificare l'elettronica, scarico la corrente motore sull'alimentazione, le cose cambiano, in quanto nel periodo di scarico la tensione sul motore è invertita rispetto al periodo in cui piloto il motore, e se la frequenza PWM è sufficentemente alta da far si che nel tempo di Off non riesca a scaricarsi tutta la corrente motore, allora, ad es.: con D 50% il motore riceve due tensioni uguali ma invertite e dunque resta fermo, con D massimo riceve la max tensione positiva e con D minimo la max tensione negativa. Questo tipo di pilotaggio è definito Locked Anti Phase.

All'inizio, casualmente, lavoravo con una frequenza molto bassa (1.200-1.300 Hz) che ha un tempo di Off molto più lungo del tempo di scarico della corrente motore che è fisso (100uS), data alimentazione e motore, per cui potevo impostare il duty cycle (55-60%) in modo da avere la 12 V al motore, e questo mi ha confuso anche perchè aumentando progressivamente la frequenza il motore rallentava sino a fermarsi, e la spiegazione che ho capito più tardi è che stavo entrando nel funzionamento Locked Anti Phase (!). Vedrò di aumentare la frequenza per ridurre il ripple al minimo, ma non so come regolarmi sul limite superiore di frequenza, non so se è buona regola "sino a che non scalda il ponte", e poi dovrò mettere un condensatore sui contatti del motore per ridurre il rumore della commutazione delle spazzole ed anche quì non so come regolarmi. Il tutto funziona dentro un contenitore metallico ed è alimentato da rete tramite un alimentatore switching a 24 Vdc.  

Modificato: 19 febbraio da adrianomonari
aggiunta

[Livio Orsini]

Secondo me stai facendo il contrario di quell oche andrebbe fatto. Poi, se a te va bene, fai ma i risultati sono quelli che sono.

Il condensatore in parallelo all'armatura è proprio una cosa da non fare.

Tieni presente che ripple di tensione, ai capi dell'armatura lo avrai sempre, anzi avrai una tensione impulsiva.

E la corrente di armatura che, se ilmotore è ben pilotato, ha un ripple mininimo.

 

Quote

...ma dato che, per semplificare l'elettronica, scarico la corrente motore sull'alimentazione, le cose cambiano, ....

 

E sempre la solita storia: si vuole la botte piena e la moglie ubriaca o, come diceva mio padre, si vuol fare il pranzo di nozze solo con fichi secchi. Se si vogliono ottenere determinate prestazioni bisogna usare il circuito adatto.

i chopper per motori cc sono oramai una tecnologia più che consolidata. Io iniziai a progettare il mio primo chopper circa 50 anni fa (1977) e commisi tantissimi errori, sia per inesperienza, sia perchè era una tecnologia agli albori. si potevano usare solo BJT di potenza con frequenze portanti <1kHz.

Oggi basta una ricerca in rete ed in una frazione di secondo ti ritrovi centinaia di documenti che trattano l'argomento dal punto di vista teorico e pratico, più centianaia di applicazioni collaudate.

Modificato: 19 febbraio da Livio Orsini

[adrianomonari]

Mi riferivo al ripple di corrente. Sul matrimonio con "noci e fichi secchi" (qui a Genova), ha ragione, mi trovo in un ambito lavorativo non più industriale, ma dove la prima cosa che conta è "deve costare meno", e di conseguenza la semplicità, il minimo numero di parti e il minimo ingombro e conseguentemente non posso perderci troppo tempo, ad esempio il problema del pilotaggio è conseguenza di ciò. Da qui nascono i problemi come quello citato, e ci metto anche la mia inesperienza. Il circuito l'ho provato per molto tempo, funziona bene e non ci sono inconvenienti, per cui almeno in questa applicazione lo considero soddisfacente.

La ringrazio per la sua consulenza.

Saluti.                                                 Adriano  Monari. 

[Livio Orsini]

Che dire...contento tu...