Cầu H-Fly

Xin lỗi nếu câu hỏi này hơi dài, nhưng tôi mặc dù ở đây rất thận trọng để thảo luận về nghệ thuật như tôi biết trước khi đặt câu hỏi.

VẤN ĐỀ

Khi sử dụng cầu H để điều khiển cuộn dây hai chiều của động cơ, v.v., tôi luôn có mối quan tâm của mình về cách tốt nhất để đối phó với dòng điện bay ngược.

LỚP FLY-BACK

Về mặt kinh điển, chúng ta thấy mạch sau được sử dụng trong đó điốt bay ngược qua các công tắc cầu cho phép dòng điện, được hiển thị bằng màu xanh lá cây, được nối lại với nguồn điện (hiển thị màu đỏ).

Tuy nhiên, tôi luôn có những lo ngại nghiêm trọng về phương pháp đó, cụ thể là làm thế nào sự đảo chiều đột ngột trong dòng cung cấp ảnh hưởng đến bộ điều chỉnh điện áp và điện áp trên C1.

TUYỂN DỤNG FLY-BACK

Một thay thế cho cổ điển là sử dụng fly-back tuần hoàn. Phương pháp này chỉ tắt một trong các cặp công tắc (thấp hoặc cao). Trong trường hợp này, dòng điện màu đỏ chỉ lưu thông trong cây cầu và tiêu tan trong diode và mosfet.

Rõ ràng, phương pháp này loại bỏ các vấn đề với nguồn điện, tuy nhiên nó đòi hỏi một hệ thống điều khiển phức tạp hơn.

Phương pháp phân rã hiện tại chậm hơn nhiều với phương pháp này vì điện áp đặt trên cuộn dây chỉ là diode-drop + IR của mosfet. Như vậy, đây là một giải pháp tốt hơn so với phương pháp cổ điển trong khi sử dụng PWM để điều chỉnh dòng điện trong cuộn dây. Tuy nhiên, để ngắt dòng điện trước khi lật hướng, nó chậm và đổ toàn bộ năng lượng trong cuộn dây dưới dạng nhiệt trong diode và mosfet.

ZENER BYPASS

Tôi cũng đã thấy phương pháp bay ngược cổ điển được sửa đổi để cô lập nguồn cung và sử dụng đường vòng Zener như được hiển thị ở đây. Zener được chọn là điện áp cao hơn đáng kể so với đường ray cung cấp nhưng biên an toàn thấp hơn bất kỳ điện áp cầu tối đa nào. Khi cầu được đóng, điện áp bay ngược bị giới hạn ở điện áp zener đó và dòng điện tuần hoàn bị chặn không quay trở lại nguồn cung cấp bởi D1.

Phương pháp này loại bỏ các vấn đề với nguồn điện và KHÔNG yêu cầu hệ thống điều khiển phức tạp hơn. Nó tắt dòng điện nhanh hơn vì nó áp một điện áp trở lại lớn hơn trên cuộn dây. Thật không may, nó gặp phải vấn đề là gần như toàn bộ năng lượng cuộn dây bị thải ra dưới dạng nhiệt trong Zener. Cái sau do đó phải có công suất khá cao. Vì, dòng điện được kết thúc nhanh hơn, phương pháp này không thể chấp nhận được đối với điều khiển dòng điện PWM.

NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO ZENER BYPASS

Tôi đã có thành công đáng kể với phương pháp này.

Phương pháp này sửa đổi phương pháp bay ngược cổ điển để cô lập lại nguồn cung cấp bằng D3, tuy nhiên, thay vì chỉ sử dụng Zener, một tụ điện lớn được thêm vào. Zener bây giờ chỉ đóng vai trò ngăn điện áp trên tụ vượt quá điện áp định mức trên cầu.

Khi cầu đóng, dòng bay ngược được sử dụng để thêm điện tích cho tụ điện thường được nạp vào mức cung cấp điện. Khi tụ nạp điện qua điện áp đường ray, dòng điện phân rã trong cuộn dây và điện áp trên tụ chỉ có thể đạt đến mức có thể dự đoán được. Khi được thiết kế chính xác, Zener không bao giờ thực sự bật hoặc chỉ bật khi dòng điện ở mức thấp.

Sự tăng điện áp trên tụ điện làm giảm dòng điện cuộn dây nhanh hơn.

Khi dòng điện ngừng chảy điện tích và năng lượng trong cuộn dây, bị giữ lại trên tụ điện.

Lần tới khi cây cầu được bật sẽ có điện áp lớn hơn đường sắt trên nó. Điều này có tác dụng sạc cuộn dây nhanh hơn và áp dụng lại năng lượng được lưu trữ trở lại vào cuộn dây.

Tôi đã sử dụng mạch này trên bộ điều khiển động cơ bước tôi đã thiết kế một lần và thấy rằng nó cải thiện đáng kể mô-men xoắn ở tốc độ bước cao và trên thực tế cho phép tôi lái mô-tơ nhanh hơn đáng kể.

Phương pháp này loại bỏ các vấn đề với nguồn cung cấp năng lượng, KHÔNG yêu cầu hệ thống điều khiển phức tạp hơn và không thải nhiều năng lượng dưới dạng nhiệt.

Có lẽ nó vẫn không phù hợp với điều khiển dòng điện PWM.

SỰ PHỐI HỢP

Tôi có cảm giác rằng sự kết hợp của các phương pháp có thể là thận trọng nếu bạn đang sử dụng điều khiển dòng điện PWM ngoài việc chuyển pha. Sử dụng phương pháp tuần hoàn cho phần PWM và có lẽ bộ tái chế năng lượng cho công tắc pha có lẽ là lựa chọn tốt nhất của bạn.

VẬY LÀ CÂU HỎI CỦA TÔI?

Trên đây là những phương pháp tôi nhận thức được.

Có kỹ thuật nào tốt hơn để xử lý dòng điện và năng lượng bay ngược khi lái một cuộn dây với cầu H không?

Có lẽ bạn có thể sử dụng điện trở Phanh với mosfet bên thấp, phương pháp này được sử dụng rất nhiều trong các ổ đĩa động cơ AC trong đó Cung cấp (AC) không thể xử lý năng lượng tái tạo.

$1/t_R$

Bất kỳ nguồn cung nào cũng sẽ có Zo thấp tại Dc nhưng Zo tăng lên một giá trị lớn gây ra lỗi điều chỉnh tải khi băng thông giảm xuống để đạt được phản hồi thống nhất.

$f_{-3dB} = n/t_R$$n$

Trở kháng mũ ở tốc độ chuyển đổi, ví dụ 30kHz và 10ns risetime có sóng hài đến 300 MHz kéo dài hơn 4 thập kỷ so với hầu hết các Caps lớn có thể xử lý cho ESR ultralow vì vậy cần 3 mũ. vd: 1000uF phèn 10uf tantalum 0,1 uF nhựa

Xếp hạng Cmax phụ thuộc vào Zc của nắp và DCR và ZL (f) của động cơ, RdsOn của MOSFET và trở kháng của cáp theo dõi. Thời gian chết phải được hấp thụ trong quá trình khởi động. DCR đại diện cho dòng tối đa.

Đường dẫn hiện tại của kẹp Avalanche Diode có cùng dòng và đường dẫn như công tắc MOSFET để hấp thụ xung flyback trong thời gian chết (~ 1us) của PWM.

Bạn có thể thực hiện phép toán về hệ số phân tán <0,01 cho mỗi nắp. so với 0,05

Đối với các động cơ DC điều khiển bằng PWM (có tần số trong phạm vi kHz trở lên), chúng ta phải xử lý EMF phía sau của cuộn dây , và fly-back tuần hoàn là lựa chọn hợp lý nhất. Toàn bộ ý tưởng là giữ cho dòng điện qua cuộn dây không đổi, và điện trở thấp của MOSFET mở giúp ích rất nhiều.

BTW, bạn muốn giữ cả hai MOSFET phía trên mở, vì một MOSFET mở có độ sụt điện áp thấp hơn nhiều như một diode. Dựa vào điốt flyback dẫn đến tổn thất đáng kể và bỏ qua Zener / điện trở chỉ làm cho nó tồi tệ hơn.

Đối với các tín hiệu điều khiển động cơ dòng không đổi (với tần số thấp hơn nhiều), yếu tố quan trọng nhất chúng ta phải xử lý là EMF phía sau của động cơ bắt đầu hoạt động như một máy phát được điều khiển bởi quán tính của chính nó. Trong trường hợp này, việc cung cấp đường dẫn điện trở thấp cho dòng điện được tạo ra có nghĩa là bạn đang chủ động hãm động cơ. Nếu đó là những gì bạn muốn, bạn có thể tiếp tục sử dụng fly-back tuần hoàn đến một giới hạn nhất định, vì động năng bị tiêu tan bởi MOSFET và điốt flyback. Vượt quá giới hạn này, bạn phải sử dụng điện trở dằn để truyền nhiệt vào.

Nếu bạn không muốn chủ động phanh, bạn thường sử dụng đường vòng zener. Cần lưu ý rằng ngoại trừ các trường hợp đặc biệt (như một chiếc xe điện đang xuống dốc, nơi ma sát bị lấn át bởi năng lượng cơ học đến), một động cơ DC không thể tạo ra điện áp cao hơn mà nó vừa được điều khiển. Vì vậy, zener thường chỉ cần thiết để hấp thụ EMF phía sau của cuộn dây, và sau đó nó không được phép tiến hành nữa. Nó chỉ hấp thụ năng lượng cuộn dây, không phải động năng của động cơ (mà MOSFE cũng sẽ phải hấp thụ trong trường hợp bay ngược trở lại).

Tụ điện Zener + là một ý tưởng hay, nhưng chỉ khi MOSFET của bạn được đánh giá ở mức điện áp cao hơn đáng kể so với điện áp đường sắt, và bạn có thể đủ khả năng điều khiển động cơ của mình với điện áp mà bạn không điều khiển chính xác.

Cách tốt nhất để đối phó với dòng bay ngược là gì?

Vấn đề là LDO có xu hướng là nhà cung cấp một chiều của dòng điện (bộ phát hoặc bộ xả) và do đó trở kháng đầu ra của bộ điều chỉnh sẽ mở mạch tạo ra điện áp cung cấp cao hơn trừ khi năng lượng được tuần hoàn theo cách tiết kiệm năng lượng.

Đây không phải là vấn đề quá lớn với năng lượng pin vì nó có thể lưu trữ năng lượng bay ngược.

Nguồn của flyback hiện tại:

1) thời gian chết trong khi đi lại

• tuần hoàn bằng cách sử dụng điốt schottky đến đường ray phía cao với PWM ở phía thấp là giải pháp truyền thống
• tuần hoàn sử dụng FET N-ch shunt qua công tắc phía cao nhưng cần điện áp bootstrap vì điện áp cổng phải cao hơn V + là một công suất hoạt động thấp hơn nhưng có thể bị lãng phí trong các trình điều khiển được động cơ hấp thụ trong một thời gian ngắn T = L / R .
  • Giảm VI trong cả hai trường hợp xác định năng lượng tổn thất trong thời gian phân rã L / R, T cho E = V (t) * I (t) * T [watt-giây] trong đó dòng điện bắt đầu giống như trước khi đi lại sau đó phân rã về 0 và đi theo cùng một hướng thông qua cuộn dây, trong khi điện áp rơi đã đảo ngược cực tính trên công tắc. I (t) * ESR * Vf của diode xác định tổn thất năng lượng tức thời, nhưng vì chu kỳ nhiệm vụ hiện tại của diode này thường thấp trong khoảng thời gian PWM, xếp hạng hiện tại phải bằng hoặc nhiều hơn FET nhưng mức tăng nhiệt phụ thuộc vào nhiệt điện trở và tỷ lệ giảm điện áp của diode với FET trước và sau khi chuyển đổi.
  • nếu một thiết bị có công tắc cộng hưởng đồng bộ không có thung lũng bằng 0 thì có thể chuyển năng lượng thành tải LC trong khi tắt, nhưng sau đó không liên tục, có thể không dễ dàng hoặc thậm chí có thể đồng bộ hóa tần số cộng hưởng LC với tốc độ chuyển đổi xung nhịp với dịch chuyển pha không (chuyển mạch không thung lũng)

2) thay đổi hướng của mô-men xoắn

• ở chế độ này, động cơ hoạt động như một máy phát năng lượng dự trữ cho cả hai và hoạt động như một phanh điện tử sau đó dừng lại.
• chế độ tái tạo ngụ ý rằng bạn có thứ gì đó để lưu trữ năng lượng, chẳng hạn như ultracap hoặc pin và không hoạt động với LDO.
• chế độ thoái hóa ngụ ý rằng bạn muốn tiêu tán năng lượng được lưu trữ trong máy phát hoặc có một số công tắc khác để tải giả.
• vì đây là năng lượng flyback cao hơn nhiều so với dòng điện được lưu trữ trong cuộn cảm vì nó có quán tính của động cơ và tải để tạo ra động năng được lưu trữ.