H-Bridge Fly-Back

Вибачте, якщо це запитання трохи довге, але я хоч і тут доцільно обговорювати сучасне мистецтво, як я його знаю, перш ніж ставити питання.

ПРОБЛЕМА

Коли я використовую Н-міст для приводу двонаправленої котушки двигуна тощо, у мене завжди були занепокоєння щодо найкращого способу боротьби зі зворотним струмом.

CLASSIC FLY-BACK

Класично ми бачимо наступну схему, яка застосовується, коли діоди, що повертаються назад, через мостові вимикачі дозволяють струму приводу, показаному зеленим кольором, повторно передавати на джерело живлення (показано червоним кольором).

Однак у мене завжди були серйозні занепокоєння з приводу цього методу, зокрема з приводу того, як це раптове обертання струму на лінії живлення впливає на регулятор напруги та напругу через С1.

РЕКРИКУЛЯЦІЯ ЗВІТКА

Альтернативою класичному є використання рециркульованого зворотного руху. Цей спосіб вимикає лише одну з пар комутаторів (низький або високий). У цьому випадку червоний струм циркулює лише в межах моста і розсіюється в діоді і мусфеті.

Очевидно, що цей метод усуває проблеми з джерелом живлення, однак він вимагає більш складної системи управління.

Поточний розпад набагато повільніше за допомогою цього методу, оскільки напруга, що застосовується по всій котушці, є лише падінням діода + ІЧ на мосфете. Таким чином, це набагато краще рішення над класичним методом при використанні ШІМ для регулювання струму в котушці. Однак, для того, щоб приглушити струм перед напрямком перевертання, він повільний і скидає всю енергію в котушку, як тепло в діоді та мусфеті.

ZENER BYPASS

Я також бачив класичний метод зворотного звороту, модифікований для ізоляції подачі та використання обходу Zener, як показано тут. Зенер вибрано таким чином, що має значно більшу напругу, ніж напруга живлення, але запас міцності менший, ніж максимальна напруга моста. Коли містк закритий, напруга відхилення обмежується цією напругою стабілітра, і струм рециркуляції блокується від повернення до живлення D1.

Цей метод усуває проблеми з джерелом живлення, і НЕ потребує більш складної системи управління. Він швидше випирає струм, оскільки подає велику зворотну напругу по всій котушці. На жаль, це страждає від того, що майже вся енергія котушки скидається як тепло в ценер. Останнє, таким чином, повинно мати досить високу потужність. Оскільки струм припиняється швидше, цей спосіб не бажаний для керування струмом ШІМ.

ЕНЕРГІЙНА РЕЦІКЛІКАЦІЯ ЗЕНЕРНОГО ПРОМИСЛУ

Я мав значний успіх у цьому методі.

Цей метод модифікує класичний відкатний метод, щоб знову ізолювати подачу за допомогою D3, однак замість простого використання Zener додається великий конденсатор. Тепер Зенер відіграє лише роль запобігання перевищенню напруги на конденсаторі від номінальної напруги на мосту.

Коли міст закривається, зворотний струм використовується для додавання заряду в конденсатор, який, як правило, заряджається до рівня живлення. Коли конденсатор заряджається минулим напругою рейки, струм в котушці зменшується, а напруга на конденсаторі може досягти лише передбачуваного рівня. Якщо правильно сконструйовано, Zener ніколи насправді не повинен включатись або вмикатись лише тоді, коли струм знаходиться на низькому рівні.

Підвищення напруги на конденсаторі швидше випирає струм котушки.

Коли струм перестає текти заряд, а енергія, яка була в котушці, потрапляє на конденсатор.

Наступного разу, коли мост буде включений, через нього буде напруга шини, що перевищує напругу. Це призводить до швидшого заряджання котушки та повторного подачі накопиченої енергії назад у котушку.

Я використав цю схему на контролері крокового двигуна, який я розробив один раз і виявив, що він значно покращив крутний момент при високих крокових швидкостях і насправді дозволив мені значно швидше керувати мотором.

Цей метод усуває проблеми з джерелом живлення, НЕ вимагає більш складної системи управління і не скидає багато енергії, як тепло.

Це, мабуть, все ще не підходить для керування струмом ШІМ.

КОМБІНАЦІЯ

У мене є відчуття, що комбінація методів може бути доцільною, якщо ви використовуєте керування струмом ШІМ на додаток до фазової комутації. Використання методу рециркуляції для частини ШІМ та, можливо, переробник енергії для фазового вимикача - це, мабуть, найкраща ставка.

ТАКЕ ЩО МОЕ ЗАПИТАННЯ?

Вище описані методи, які я знаю.

Чи є якісніші методи поводження зі зворотним струмом і енергією при русі котушки з Н-мостом?

Можливо, ви могли б використовувати гальмовий резистор з низьким бортовим мошфетом, цей спосіб використовується багато в моторних приводах змінного струму, де подача (змінного струму) не може справляти регенераційну енергію.

$1/t_R$

Будь-яке джерело буде мати низький Zo на Dc, але Zo збільшується до великого значення, викликаючи помилки регулювання навантаження, оскільки пропускна здатність зменшується до одиничного посилення зворотного зв’язку.

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

Імпеданс Caps зі швидкістю комутації, наприклад, 30 кГц та 10сс, тривалість тривалості має гармоніку до 300 МГц, що охоплює 4 десятиліття більше, ніж більшість великих шапок здатні обробляти для наднизької ШОЕ, тому потрібні 3 кришки. наприклад, 1000uF квасцов 10uf тантал 0,1 uF пластик

Рейтинг Cmax залежить від Zc цоколя та DCR та ZL (f) двигуна, RdsOn MOSFET та імпедансу колій кабелів. Під час запуску повинен поглинатися мертвий струм. DCR представляє максимальний струм.

Діапазон струму діодного затискача приймає той же струм і шлях, що і перемикач MOSFET, щоб поглинати відбійний імпульс під час мертвого часу (~ 1ус) ШІМ.

Ви можете зробити математику за коефіцієнтом дисипації <0,01 для кожної шапки. проти 0,05

Для двигунів постійного струму, керованих ШІМ (з частотами в діапазоні кГц і вище), ми маємо мати справу з ЕРС задньої котушки котушки , і рециркуляція ззаду - це найбільш розумний варіант. Вся ідея полягає в тому, щоб тримати струм через котушку постійним, а низький опір відкритих MOSFET дуже допомагає.

До речі, ви хочете, щоб обидва верхніх MOSFET були відкритими, оскільки відкритий MOSFET має набагато нижчий перепад напруги як діод. Опираючись на відбійні діоди, це призводить до значних втрат, а стабілізатори / резистивні байпаси лише погіршують їх.

Для сигналів управління двигуном постійного струму (зі значно меншими частотами) найважливішим фактором, з яким ми маємо мати справу, є задній ЕРС двигуна, який починає виконувати функцію генератора, керованого за власною інерцією. У цьому випадку надання шляху низького опору для генерованого струму означає, що ви активно гальмуєте двигун. Якщо цього ви хочете, ви можете продовжувати використовувати рециркульований відкат до певної межі, оскільки кінетична енергія розсіюється вашими MOSFET і прохідними діодами. Після цього обмеження вам доведеться використовувати баластний резистор, щоб скинути тепло.

Якщо ви не хочете активно гальмувати, зазвичай використовуєте байпас. Слід зазначити, що за винятком особливих випадків (наприклад, електромобіль, який йде в гору, коли тертя спотворюється при надходженні механічної енергії), двигун постійного струму не може генерувати більш високу напругу, з якою він тільки що рухався. Таким чином, ценеру, як правило, потрібно лише для поглинання зворотного ЕРС котушки, і тоді це більше не повинно проводити. Він поглинає лише енергію котушки, а не кінетичну енергію двигуна (яку MOSFET також повинні були б поглинати у разі рециркуляції зворотного ходу).

Конденсатор Zener + - це приємна ідея, але лише тоді, коли ваші MOSFET оцінюються на значно більшу напругу, ніж напруга в рейці, і ви можете дозволити собі керувати мотором напругою, яку ви не контролюєте точно.

Який найкращий спосіб боротися зі зворотним струмом?

Проблема полягає в тому, що ЛДО, як правило, є однонаправленими постачальниками струму (випромінювачі або послідовники зливу), і таким чином вихідний імпеданс регулятора відкриє ланцюг, генеруючи більш високу напругу живлення, якщо енергія не буде рециркульована енергоефективним способом.

Це не стільки проблема енергії акумулятора, скільки вона може зберігати енергію, що повертається назад.

Джерела зворотного струму:

1) мертвий час під час комутації

• Традиційне рішення - рециркуляція за допомогою діодів Шоткі до високої бічної рейки з ШІМ на низькій стороні
• рециркуляція за допомогою N-ch шунтових БНТ через високий бічний вимикач, але потребує напруги завантажувального пристрою, оскільки напруга на затворі повинно бути вище V + - це дорожче, але можлива нижча активна потужність, витрачена в драйверах, які зараз поглинаються двигуном на короткий період T = L / R .
  • Падіння VI в обох випадках визначає енергію втрат за час спаду L / R, T для E = V (t) * I (t) * T [ват-секунд], де струм починається так само, як і до комутації, а потім спадає до нуля і йде в тому ж напрямку через котушку, в той час як падіння напруги перевернуло полярність по комутатору. I (t) * ESR * Vf діода визначає миттєві втрати електроенергії, але оскільки цей робочий цикл струму діода нормально низький протягом періоду ШІМ, номінальний струм повинен бути таким же або більше, ніж FET, але підвищення тепла залежить від теплової опір і відношення падіння напруги діода до FET до і після перемикання.
  • якщо один з синхронних резонансних перемикачів з нульовою долиною, можливо, можливо перенести енергію в навантаження ЖК під час вимкнення, але тоді, коли вона перервана, це може бути непросто або навіть можливо синхронізувати резонансну частоту ЖК з частотою комутації ШІМ з зсув нульової фази (переключення нульової долини)

2) зміна напрямку крутного моменту

• у цьому режимі мотор діє як генератор накопиченої енергії для обох, так і діє як електронний гальмо, а потім зупиняється.
• Регенеративний режим передбачає, що у вас є щось для зберігання енергії, наприклад, ультракапак або акумулятор, і він не працює з LDO.
• дегенеративний режим означає, що ви хочете розсіяти накопичену енергію в генераторі або мати деякі інші перемикачі на фіктивне навантаження.
• оскільки це набагато більша енергія відтоку, ніж накопичений струм в індуктивності котушки, оскільки вона має інерцію двигуна і навантаження для генерування накопиченої кінетичної енергії.