Раз нужно, выкладываю. Схема не лишена некоторых недостатков, которые будут исправлены во второй версии, но они некритичны, работает надежно, ничего не греется, все осцилограммы близки к идеальным.
Начнем со схемы. Схема нарисована в DipTrace 2.3
Она условно разбита на 5 блоков
Блок 1- импульсный преобразователь напряжения с 12-40 вольт до 9. Линейный здесь будет сильно греться. Применена дешевая и доступная микросхема MC34063, расчет обвязки производится по апноуту производителя AN920
Максимальный ток, который выдает этот блок - 250 мА, что достаточно для обеспечения второго преобразователя, дающего необходимое гальванически развязанное питание для схемы управления затвором силовых транзисторов.
Блок 2 - классический PUSH-PULL преобразователь, работающий на частоте 90 кГц, построенный на ШИМ контроллере TL594, она отличается от TL494 более точными усилителями ошибки, поэтому предпочтительнее. Для упрощения узла я не стал здесь применять обратную связь для стабилизации. Ток маленький, до 80 мА, можно применить линейный, ничего греться не будет. Просто выставил значение ШИМ, которое при максимальной нагрузке этого узла не позволяет падать напряжению перед линейным стабилизатором ниже минимально допустимого. В результате на максимальной нагрузке перед линейным стабилизатором D8 напряжение держится порядка 11,5 В, при минимальной - возрастает до 15 с копейками.
Линейный стабилизатор на 5 Вольт D4 обеспечивает питание схемы формирования управляющих импульсов для затворов силовых транзисторов VT1 и VT2 (IRLML0030). Поскольку специализированный драйвер затворов D5 (MC33152D) имеет TTL входы (логические уровни), то незачем ему бить по ним полным напряжением питания. Кто-то возразит, что в даташите на драйвер написано что входы могут переваривать управляющие импульсы почти до напряжения питания, но оговорюсь, что это ПРЕДЕЛЬНЫЕ режимы. Не надо никогда загонять что-то в предел, чтобы потом не удивляться внезапным выходам из строя и плаванию характеристик.
Зачем применен специализированный драйвер?
Да, знаю, очень и очень многие в сети в КРИВЫХ до безобразия
схемах, затем копируемых у друг-друга, напрямую пытаются таскать затворы полевых транзисторов ключами шим контроллера
, чего делать совсем не стоит. Почему? Во-первых у этих ключей максимальный ток всего 50 мА, а разряженный затвор, он же конденсатор, представляет собой КЗ, транзисторы будут работать в режиме пиковых перегрузок, что негативно сказывается на надежности работы, на форме фронтов импульсов. Во-вторых спад обеспечивается лишь постоянной RC затворов через pull-down резисторы R5 R6, а емкость затворов полевых транзисторов приличная- от сотен пФ до десятков нФ, в итоге на более-менее приличных частотах на затворах черти что, что влечет насыщение сердечника, пропадание реактивного сопротивления первички, отсюда бумсы, фейерверки, дым. что-то я увлекся.
Емкость же входов драйвера на порядки ниже, что в совокупности без перегрузок ключей шим контроллера дает четкие, с предсказуемыми характеристиками, управляющие импульсы затворов силовых ключей.
Схема мной отработана в других импульсных устройствах, и внесение в нее авторских правок и выбрасывание ненужных деталей (у других же в подобном
вроде работает) может привести к малопредсказуемым последствиям.
Трансформатор TR1 намотан на кольце размера 16/10/6 от Epcos, из материала N87. Первичная обмотка содержит 16+16 витков провода ПЭТВ-2 0,2мм, вторичная обмотка - 29 витков такого же провода.
Блок 3 - импульсный выпрямитель - стабилизатор с выходным напряжением 9В для питания схемы смещения затворов силовых ключей VT3 VT4. Диоды выпрямителя - шоттки SS110 Конденсаторы - керамика и танталовые, либо low ESR электролиты, например ELZET.
Блок 4 - схема управления затворами силовых ключей VT3 VT4 через опторазвязку. Рабочая частота 45 кГц.
Для чего эти сложности - преобразователь (Блок 2), опторазвязки? Дело в том, что питание схемы до 40 вольт, а для полноценной работы полевых транзисторов более чем достаточно смещения затвора (Gate) относительно истока (Source) до 10 вольт. В сети полно всяких интересных и не очень схем с различными драйверами IRххх, разные другие ухищрения, но у них всех огромный недостаток - суженный диапазон шим. То есть полноценно управлять силовыми ключами без ограничений на заполнение ШИМ ими невозможно, а здесь как раз требуется полный диапазон от 0 до 100%
Теперь о работе блока подробнее. Разъем X4 подключается к контактной группе реле включения шпинделя на плате управления. Когда контакты замкнуты - вывод DTC подтягивается к 5 вольтам и шим полностью отключается. На разъем X2 подается шим сигнал с платы управления, отвечающий за регулировку оборотов шпинделя. Если кто-то не поймет что к чему - отпишитесь - расскажу подробнее
Оптопара обязательно должна быть с высоким быстродействием, как примененная 6N137 - до 10 мегабит в секунду, или аналог HCPL2611 и подобные. Простые оптопары наподобие PC817 4N33 4N35, и так далее - не подходят, их рабочие частоты заканчиваются на 5-7 кГц, выше - на выходах полный мусор.
Микросхема D7 обеспечивает требуемое питание выходных каскадов оптопары - 5 вольт, эти оптопары очень требовательны к питанию
Драйвер затворов силовых ключей VT3 VT4 применен мощный, с пиковым током 6 ампер - TC4420, так как у этих ключей (IRF4905) значительная емкость затвора. Несмотря на то, что пиковые токи этих транзисторов доходят до 100 Ампер, я применил параллельное включение для уменьшения проходного сопротивления и соответственно резкого снижения тепловыделения. В результате на полной нагрузке 400 ваттного шпинделя теплоотводы транзисторов при комнатной температуре и без радиаторов - чуть теплые.
Блок 5 - классический Step_down преобразователь. Почему не пошел тропой китайских регуляторов - прямой подаче шим на двигатель? Главный аргумент - электромагнитные помехи, так как токи и частоты довольно высоки, то помехи обещают быть жуткими, чего я избежал, применив такой более сложный и дорогой подход. К тому же это дает дополнительную защиту от перегрузки в случае вхождения в насыщение подключаемой индуктивно - активной нагрузки.
Диод шоттки VD6 - MBR20200
С выходным дросселем L6 у меня не все гладко. Для идеального случая там должно быть кольцо из распыленного металла больше, с известным распределенным немагнитным зазором. Но такое ждать долго, до сих пор еще не приехал, поэтому взял самое большое желтое кольцо от выходного фильтра компьютерного БП, и намотал проводом, способным переварить требуемые токи до завязки. Получилось 120 мкГн. Да, маловато, да и энергоемкость сердечника недостаточна, но это отчасти сглаживается индуктивностью мотора, зато нет помех. Так же перед выходом поставил варистор VS1 - защиту от коротких импульсов, возникающих в щеточных узлах при коммутации.
О недостатках- в схеме подтяжки DTC контроллера D3 к питанию, не удалось добиться достаточно быстрого времени срабатывания. На то много причин- постоянная времени RC, нарастание напряжения в линии 5В, которое заведомо отстает от нарастания общего напряжения питания. В итоге при подаче питания шпиндель успевает дернуться и сделать около оборота. Но это исправлю в следующей версии, как и неидеальность встроенных усилителей ошибки TL594, что не дает при включенном реле на X4 и нулевой ШИМ остановить полностью шпиндель, он вращается со скоростью порядка 100 об/мин.
То есть в положении "шпиндель включен". но обороты выставлены на 0 - он слегка крутится.
Это планирую вылечить применением внешнего инструментального ОУ, но потом, меня и так устраивает. Пока устраивает.
Фото готового изделия напоследок. На плату сильно не смотрите, в конце техпроцесса малость накосячил с шелкографией - недосушил, слезла при проявке.
+накосячил в разводке, отсюда рыжий проводок и резистор поверх ножек.
Поэтому разводку платы не даю
Еще один постскриптум - устройство импульсное, соблюдаем правила разводки печатных плат, в особенности земляных полигонов, чтобы потом не удивляться .
solanto писал(а):Я понял что это спам.
ПС, никакой не спам.
