Convertitore Buck - MC 34063

[divincodino]

Ciao a tutti, sto progettando un regolatore di velocità per un motore DC 500W, 24V; ho disegnato un buck tramite integrato MC34063 ma mi sono posto una domanda.

La corrente nominale a cui lavorerà il motore è circa 23A, ma immagino bisogna prevedere un circuito che limiti la corrente di spunto del motore stesso, che se ho capito bene è tipicamente 1,5-2 volte la corrente nominale, quindi ho sentito parlare di circuiti "soft-start".

Come posso progettare un circuito di questo tipo?

Inoltre dato che l'mc da in uscita al massimo 1,5A e io ne ho bisogno 23, devo collegare un mosfet esterno, ma non capisco dai datasheet che valori è necessario dare alle resistenze per far funzionare il tutto.

[Livio Orsini]

L'integrato che hai usato è un classico per SMPS, non per realizzare PWM per comando motori, quindi devi lavorarci un po' attorno.

Per prima cosa avrai dei problemi per le inversioni di rotazione.

Poi tutti i driver per motori prevedono un anello di regolazione per la corrente i armatura, con limite di corrente variabile e, nel caso di motori a magneti permenenti, variabile dinamicamente in funzione della velocità.

I motori in c.c. assorbono corrente di armatura proporzionalemnte alla coppia motrice richiesta. Inoltre ammettono valori di corrente maggiori del valore massimo in ragione di velocità e tempo.

Dovresti quindi verificare i valori limite per il tuo motore.

Dire che i motori c.c. allospunto assorbano 1.5/2 v non è corretto, anzi in alcuni casi è dannoso per il motore.

Come prima cosa ti consiglierei semplicemente di usare il limite di corrente, previsto dall'integrato che usi, per limitare la corrente al valore nominale del motore.

Così l'accelerazione del motore sarà meno violenta perchè la coppia sarà limitata al valore massimo, però non danneggi il motore.

[divincodino]

Grazie innanzitutto per la risposta.

Anzichè usare allora un mc34063 hai qualche altro integrato da consigliarmi? tieni presente comunque che non mi serve l'inversione di rotazione, mi serve solo la regolazione di velocità. Inoltre avrei bisogno del materiale informativo riguardante la limitazione di corrente di armatura, dato che non ho mai avuto a che fare con problemi del genere.

[Livio Orsini]

L'inversione del senso di rotazione non è solo un fatto fisico in cui, ad esempio, la rotazione da destrorsa diventa sisnistrorsa, ma anche nei rallentementi o quando devi tenere la velocità zero

Da quanto scrivi arguisco che conosci poco i motori elettrici specie i motori in cc.

Ti consiglio, pertanto, di approfondire l'argomento. In rete c'è molto materiale.

Per definire i limiti di corrente è necesario lavorare sul data sheet del motore altrimenti si danno dati a casaccio.

Ce ne sono tantissimi. Il primo che mi viene in mente è il National LMD18245; 55 V di tensione e 3 A di corrente di uscita. Con questo pui pilotare un ponte di MOSFET. Ha già l'ingresso per fare il limite di corrente.

Dal sito della National scarichi il datasheet con esempi applicativi.

[divincodino]

Premesso che vorrei realizzare un circuitino sistemato e studiato come si deve e che non conosco benissimo i motori dc come tu hai detto, vedo però su internet filmati di regolatori fatti con pochi componenti (senza avere purtroppo lo schema) e perfettamente funzionanti, quindi non capisco se controllare un motore è più facile di quanto si dice e non serve prendere precauzioni o se magari bastano quei pochi componenti a sistemare il tutto. Questi circuiti funzionano con un solo mosfet esterno, e a dirla tutta secondo me non hanno neanche il limitatore di corrente, mentre un circuito realizzato da me in passato con un NE555 + mosfet di potenza per pilotare il motore in questione portava alla rottura del mosfet dopo un paio di ore di funzionamento

[Livio Orsini]

Dipende da quello che si vuole ottenere e dal tipo di motore controllato.

Se hai un motorino da 5 W e ti basta che la velocità sia variabile tra qausi zero ed il massimo consentito dall'alimentazione, va bene qualsiasi circuito.

Il tuo motore da 500 W ( quasi 1 HP) non è proprio così banale, anche perchè 20 A - 25 A non sono proprio trascurabili.

Ci sono due problemi: regolazione, ovvero variazione della tensione di armatura, e controllo della potenza.

Per variare la velocità del tuo motore in PWM da quasi 0 a qausi il 100% non si realizza con 555, ci vuole qualche cosa di specifico.

Poi c'è il problema della potenza. Se il mosfet aveva una vita limitata sicuramente c'era o un problema di pilotaggio, o un problema di dissipazione o entrambi.

Per commutare 25 A di carico induttivo il pilotaggio del dispsositivo di potenza deve essere assolutamente ben fatto, pena eccessiva dissipazione del dispositivo stesso.

C'è anche il dimensionamento corretto del dispositivo stesso e del suo acambiatore di calore.

Infine c'è da considerare che il carico è induttivo ela circuitazione deve essere appropriata.

Comincia a descrivere bene le specifiche di quello che vuoi realizzare e dare i dati del motore. In base a questi dati si potrà essere più precisi nelle indicazioni.

[divincodino]

Cercherò di essere più preciso, quali dati mi richiedi in particolare? I dati sicuri sono: Potenza 500W, corrente nominale 26A, tensione di alimentazione 24V. Cos'altro ti serve sapere del motore?

Grazie per il tempo dedicato comunque

[Livio Orsini]

Ma non hai il foglio tecnico o marca e modello?

Servirebbe conoscere il tipo di eccitazione, velocità max, corrente nominale di armatura, max corrente ammessa, massima tensione di armatura, costante di coppia, etc.

[divincodino]

No mi dispiace non ho tutti questi dati, purtroppo è un motore abbastanza vecchio e non riporta alcun dato se non quelli che vi ho già fatto presente

[divincodino]

Ma con un pic non si risolverebbero i problemi di pilotaggio dei mosfet e di limitazione della corrente?

[Livio Orsini]

Un pic non è in grado di pilotare direttamente un mosfet.

Se la cosa ti interessa vai sul sito Microchip, troverai molta letteratura sul pilotaggio di motori in cc e ca, con o senza spazzole.

[divincodino]

Sinceramente non ho trovato molto, magari non so dove guardare Se ho capito bene li si parla però di pilotare i mosfet con un circuito tipo MCP1630 a sua volta comandato dal pic, è questo che intendi?

[lelerelele]

per pilotare un mosfet è necessario fornire la corrente di gate e sopperire alle capacità parassite di qualche centinaio di picofarad.

per la prima corrente che dell'ordine di nanoampere e quindi è possibile il pilotaggio diretto con i micro, ovviamente a bassa frequenza, se il tipo di carico lo consente.

se si deve pilotare con alta frequenza e quindi con notevole velocità di commutazione la capacità parassita necessita di correnti istantanee di ampere e quindi si deve pilotare con driver in grado di fornire questa corrente;

non è necessario usare IC specifici, si possono usare un paio di transistor pilotati dal micro.

[divincodino]

Grazie, sei stato chiarissimo. Su questo aspetto riesci a suggerirmi del materiale informativo in rete?

[Livio Orsini]

Ce ne sono tantissimi. Il pilotaggio classico prevede due transistor in totem pole, oppure in simmetria complementare.

Anchi in questa sezione trovi almeno un paio di circuiti proposti da Mirco Ceronti, dove si polota un MOSFET in codesto modo.

Però attento, i componenti devono essere dimensionati in funzione dei parametri circuitali, non è possibile buttar li i valori a casaccio pena la prematura dipartita del mosfet e magari di qualche altro componente.

Poi se vuoi sfruttare il PWM diretto del pic puoi farlo, però il controllo è piuttosto povero vista la non elevata frequenza di base, beglio sarebbe usare un generatore specifico per controllo motori.

Altra cosa su cui è necessario fare molta attenzione è l'induttanza di armatura del motore; se è di valore troppo basso avrai un eccesso di ripple che danneggia il motore. Questo problema in genere non lo si ha con frequenze di commutazione > 5 kHz (valore indicativo).

[lelerelele]

per il pilotaggio mosfet sto usando queste due configurazioni, e mi sembrano valide.

Uploaded with ImageShack.us

e sto trafficando con PIC con clock 8MHz per generare controllo pwm con frequenze di 50KHz, ovviamente senza pretendere una gran risoluzione, per ora qualche risultato incoraggiante l'ho ottenuto.

.

[Livio Orsini]

I circuiti sono in topologia single ended; probabilmente sono un po' troppo spartani, però la via è corretta.

Invece del quarzo a 8 MHz mettine uno a 20 Mhz e tiri fuori qualche cosa di più.

Se 50 Khz sono la frequenza di base o carrier frequncy del tuo PWM è più che buona, anzi è esagerata; 10 kHz - 15kHz sono più che sufficienti. Quello che è veramente importante è la minima ampiezza d'impulso. COn 10 kHz il periodo è pari a100us; anche se ci si accontentasse del solo 1% di risoluzione l'ampiezza minima sarebbe pari a 1us!

[lelerelele]

Livio Orsini+14/06/2011, 12:48--> (Livio Orsini @ 14/06/2011, 12:48)

perfettamente d'accordo.

io sono sempre alla ricerca di provare e capire cose strane......

non ti ho detto che lo sto usando per fare un convertitore forward.

[Livio Orsini]

Effettivamente per questa applicazione le cose son differenti, anche perchè una variazione di % PWM di +/- 30 % dovrebbe essere suficiente per mantenere il valore regolato.

Però, va bene fare esperimenti ma ci sono gli integrati specializzati per SMPS.

[ludo69]

i buffer nella foto: il primo non funziona (per la stessa ragione per cui hanno sentito il dovere di mettere resistori sugli emettitori), il secondo funziona solo se il gate del mosfet abbisogna di Vgs di conduzione inferiori alla Vcc del PIC, ovvero (per mosfet di potenza industriale) quasi mai.

Esistono dei circuiti integrati "gate driver" a mezzo ponte che fanno al caso tuo liberandoti dell'impegno progettuale del pilota del "low side" e, se necessario, del "high side".

Chi è più svezzato su cosa offra il mercato suggerisca....

IR2111? se non sbaglio lo ha usato NuovaElettronica e quiondi lo trovi nei suoi negozi o per posta.

http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2111.pdf

Sempre attento a cosa accetta il driver come livelli H ed L in entrata.

Modificato: 15 giugno 2011 da ludo69

[lelerelele]

ludo69+15/06/2011, 01:28--> (ludo69 @ 15/06/2011, 01:28)

il primo necessita dei resistori sugli emettitori perchè nel transitorio di commutazione entrambi i transistor conducono, hai ragione, mi sono dimenticato le due resistenze in base! la fretta...

anche per il secondo ti do ragione, infatti nel mio pilota non usavo un pic ma avevo creato un controllo tramite comparatori, alimentato a 12V.

sul mio tavolo c'è un circuito con questa configurazione che funziona.

i problemi che sto cercando di eliminare sono gli spike di tensione in entrata e il riscaldamento del diodo in uscita.

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

approposito........c'è nessuno che conosce un mosfet utilizzabile per raddrizzare l'uscita del convertitore? ho letto che ci sono ma ne ho trovati solo con il diodo in antiparallelo che sicuramente non vanno bene.

(volevo fare una conversione con rendimenti "molto" elevati ed il riscaldamento del diodo anche se veloce mi disturba).

[Livio Orsini]

Per ottenere rendimenti elevati devi stare su configurazioni flyback o forward. Gia oltre 30 anni fa riuscivo ad ottenere rendimenti >90% con i flyback direttamente da rete per l'alimentazione di TV color (150 W di potenza resa) e frequenze attorno ai 15kHz.

Attenzione a salire troppo con la frequenza, ti aumentano le perdite nei semiconduttori. C'è sempre un punto di equilibrio tra rendimento dei materiali amgnetici e rendimento dei "semiconduttori".

Se usi mosfet per commutazione difficilmente li trovi senza diodi di ric ircolo.

Come ti ho scritto nel post precedente i circuiti di pilotaggio sono un po' troppo spartani. Devi anche pensare, oltre ai necesari resistori, anche alle capacità di speed up sulle basi dei transitor: velocizzano le commutazioni riducendo le perdite.

[lelerelele]

in effetti alla fin delle mie prove era proprio quanto intendevo fare....

alimentare da rete con potenze li intorno 150/200W.

allora se mi dici che non si riesce ad ottenere rendimenti elevati proverò a frequenze inferiori.

certo però che si sentirà un fastidioso ronzio.

con la mia circuitazione attuale ho ottenuto buon funzionamento in ingresso, ma scalda appunto lo schottki di uscita.

intanto ringrazio per le dritte.

[AndreA.]

Ciao Livio, ne ho progettato uno da 200A per ""gogart fotovoltaico"" in PWM, con uscita stabilizzata e regolazione della durata d'impulso... beh a 70/80° ne prelevi 140 di corrente.

Il tutto con l'utilizzo di materiale scolastico, nel senso che ho montato i mosfet che avevo a disposizione e anche il progetto è dovuto nascere con i materiali a disposizione, però il fine giustifica i mezzi, moltissimissimo economico e potentissimo... ti invierò il progetto in forma privata... i consigli e/o le correzioni di un maestro come te sono come sempre ben accette... giuro

[GiRock]

AndreA.+15/06/2011, 14:51--> (AndreA. @ 15/06/2011, 14:51)

Cosa sono sempre questi Misteri???

Perché non renderci partecipi del tuo progetto pubblicando lo schema, magari al posto delle solite belle parole per lo più teoriche, cominciamo anche a vedere le capacità effettive di queste sperimentazioni ...

Secondo me ne gioveresti anche tu, visto l'Alta Conoscenza Tecnica di alcuni Soggetti presenti qui nel Forum...