Подскажите по ограничению тока

[clawham]

Здравствуйте!
Делаю тут контроллер двигателя BLDC и впринципе уже все хорошо. на макетке и с маленьким моторчиком.
Пришло мремя переезжать на серьёзные силовые элементы и большие мощности.
Суть в чем. Есть вот такая схемка



Проц в соответствии с датчиками холла и текущим режимом работы(газ вперед, рекуперация, активное дотормаживание) выдаёт на выводы 30 31 32 - какие полевики когда надо открывать. Верхние я не рисую ибо они просто по таблице - там магии нет.

Так как газ в пол это не всегда надо - атмега аппаратным шимом с инверсией управляет полевиком Q11. он через диоды принудительно вырубает все нижние полевики какие бы ни были включены по таблице состояний.

Так вот. atmega через инструментальный усилитель конечно меряет ток и ограничивает ШИМом его до пределов заданных с менюшки и соответствующий текущему режиму. НО. Так как это всетаки привод к транстортному средству то не исключены и КЗ в обмотках или КЗ в проводке.

конечно проц увидит это и вырубит все но когда это будет - инструментальный операционник точный конечно и всем хорош...кроме скорости!
А мне нужна какая-то простая схемотехнически система аварийного отрубания путем открывания полевика Q20 - я принудительно выключу протекание тока. да..контроллер будет иметь вход и увидит что эта защита сработала и или попробует снова с нуля ШИМа давать газу или выдаст ошибку. Там конечно будет ещё система самоконтроля целостности драйверов и полевиков. Но вот не могу придумать чтото простое чтоб при превышении заданного порога - защелкивалось и чтоб проц мог какой-то ногой эту защелку снимать/дезактивировать.

В развитие этой темы интересно было бы иметь скоростное решение по ограничению тока. Обмотка же ведь индуктивность. и после открытия полевика в ней ток нарастает плавно до насыщения. вот я и хочу чтоб если проц где-то ошибся - какой-то внешний компаратор ограничивал длительность открытого состояния по достижении какого-то заданного порога. Примерно так как сделано в 34063.
Ток в катушке нарастает до порога, потом ключ вырубается и ждем время выставленное с кондера и снова открываем ключ. и так далее.
Шунт конечно же очень низкоомный и токи там до 200 ампер. но. ограничивать ток по второму принципу хочется и на уровне 10 ампер . например. Разные режимы езды. 10 ампер ограничение - экономичный. 200 ампер - выпендрежный или по горкам каким. не суть важна.

Ещё особое замечание. в режиме рекуперации ток бьёт по шунту с отрицательной полярностью. тоесть я принудительно замыкаю все нижние полевики и через некоторое время размыкаю - катушка выстреливает выбросом который упирается в диоды верхнего и нижнего полевика и тем самым подзаряжает батарею. у инструментальника там 0.5 вольт прецизионный офсет.

Кто что сможет по схемотехнике такого ограничителя подсказать?

[clawham]

Уточняю задачу.

Есть вот такая схема. Компаратор и защелка.



Защелку будут взводить три одинаковых канала компараторов. Сбрасывать её я думаю от микроконтроллера замыкая каким-нить биполярником вход защелки на землю.
На инверсном входе защелки 2 вольта +- это не принципиально.
На входе компаратора R1 0.2 вольта что соответствует 100-200 амперам току.
На входе R2 - собственно сигнал с шунта.

Если превысили хоть кратковременно - срабатывает защелка и отдельный полевик садит все затворы силовых транзисторов на землю закрывая их.

Так вот. В этой схеме меня не устраивает два нюанса:
1) Можно же совместить первый компаратор и защелку. просто паралельно резюку R3 поставить диод. Но если так сделать то получается ерунда - компаратор опрокидывается не только от превышения 0.2 вольт а и вообще от 0.01 вольта уже срабатывает. Мож это глюк конечно протеуса но скорее эт я чтото недопонимаю.


2) Маловато быстродействия! Это защита от КЗ. 40 наносекунд ещё нормально было бы но не как сичас 160 примерно. Ещё ж надо 20 наносек на открытие полевика управляющего и на закрытие силовых ключей ещё 30. итого будет достаточно чтоб они погорели. А это априори основное требование - чтоб выдерживало КЗ выхода.

[terio007]

Компаратор начинает менять выход только при смене полярности входа.
Так что ежели на одном входе 0,2В, то изменения по выходу начнутся, ежели на другой вход подать хотя бы 0,201В.
Тут сомневаться нечего, а борьба с симулятором интересна но непродуктивна.
Конечно, работать по входам компаратора лучше не около земли, а в середине напряжения питания.
По поводу быстродействия: а какова скорость нарастания тока в А/нс при кз?
Вы там дроссель нигде не припасли?

[clawham]

Дак дело в том что +- 10% особой разницы нет.

Тут главное спасти полевики.

Чисто в теории есть два случая когда оно сработает :
1) контроллер чтото напортачил и не в тот момент подал напругу на обмотки. тогда да...там есть дроссель и некислый...тогда скорость нарастания тока будет небольшой и оно успеет выбить.
2) два провода. толщиной в 12 квадратов меди посеребленной собранной из 4000 жилок малого диаметра спетенных между собой вышли из коробочки будучи припаянными к полевикам. а полевики будут в то247 по 5 впаралель. На входе кондер 10-100 Тысяч микрофарад в непосредственной близости от полевиков составленные из 10-20 кондеров поменьше для фотовспышек с сверхмалым ЕСР. и вот они выйдя из МК прыгают в шланг ПВХ. Сами в силиконовой негорящей изоляции. Они проходят примерно метр и входят в мотор. на входе они лишаются толстого армированного пвх шланга и прикасаются к металлу. в случае наезда на пень, падении и так далее вплоть до вырывания мотора из креплений и провороте - пара фазных проводов а то и все 3 будут запаралелены. Да там площадь будет небольшая и по факту контакт произойдёт парой десятков ниток. которые и сгорят сразу но. Питание 60-100 вольт. полевики успевают дружно расстаться с крышечками

Вот на этот случай у меня там и будет стоять такая штука. она будет мгновенно рубить по входу драйвера затвора на землю и собственно затворы мощным полевиком тоже резко кидать на землю. Потому и надо быстродействие. Дросселя кагбэ нет но есть индуктивность этого длинного многожильного провода длиной в два метра(одновременно только один верхний и один нижний будут открыты и сумарно провод 2 метра получается.) + есть индуктивность выводов полевиков + мндуктивность платы + индуктивность выводов конденсаторов. Тут скорее всего и сопротивление будет таким что тыщи ампер там врядли получится. но за 400 ампер точно перелетает ибо отрывание головы у пластикового корпуса полевика это не просто так

Операционник рейл-ту рейл будет использоваться. он может ноль и +5 питания выдавать на выходе. на входе аналогично.

Есть ещё и третий вариант. пробой одного из полевиков тепловой или по превышении напряжения. Как правило я ставлю на батарею 60 вольт 100 вольтовые полевики но конечные пользователи любят до упору импользовать лимит. и когда у полевика 110 вольт а питание полностью заряженной батареи 101 - ну...малейший выброс и чао. Мотор то если в холостую газануть то раскручивается больше чем под нагрузкой и получается что в начале периода когда ЭДС на нем меньше батарейной в него течет ток(нормальный, ограниченный контроллером) а ближе к середине оборота - он может нагенерировать(и генерирует я видел осцилографом) примерно +20% от питающего. потому и нужны такие большие конденсаторы - сожрать это превышение чтоб потом отдать при очередном начале оборота. так с батареи получается ток маленький а между фетами и кондером происходят жуткие вещи. конечно проц это видит и PWM сбавляет но обычно это уже поздно. В общем полевик тоже может пробиться и тогда это самый хучший пипец из всех. провода нет оммическое сопротивление минимально. Радует что горит обычн один а потом у него голову сносит - его пытаются разорвать 5 живых с дргуой стороны полумоста. Но надо что бони остались живы. я в проце поом отловлю это срабатывание и саомтестом выясню кто помер - пользователь его вырвет и поедет дальше на ограниченом токе и скорости.

Вот такое кино. Надобно неубивайзер сделать.
Вы мне по схемотехнике подскажите чегонить. Я ж программист. я аналогом не особо занимаюсь.

[terio007]

она будет мгновенно рубить по входу драйвера затвора на землю и собственно затворы мощным полевиком тоже резко кидать на землю. Потому и надо быстродействие. Дросселя кагбэ нет но есть индуктивность этого длинного многожильного провода длиной в два метра(одновременно только один верхний и один нижний будут открыты и сумарно провод 2 метра получается.) + есть индуктивность выводов полевиков + мндуктивность платы + индуктивность выводов конденсаторов. Тут скорее всего и сопротивление будет таким что тыщи ампер там врядли получится. но за 400 ампер точно перелетает ибо отрывание головы у пластикового корпуса полевика это не просто так

Дроссель на 400А конечно будет великоват даже в расчёте на импульс в сотню наносекунд.
Единственный вариант - обеспечить импульсный ток ключа в режиме к.з.
То есть должен потерпеть, пока сработает защита.

[clawham]

Вот оно ключевое слово! "Пока сработает защита"

А сколько надо -то? Может я уже ушел туда где и ходить-то не надо?

Полевики будут irfp4110
Планирую однотитранзисторную версию для небольших моторов до 2 квт / 50 ампер фазного.
ну а 3-5 транзисторная будет для монстров на 14 долговременных квт/200 ампер фазного и больше.

для него в даташите написано - Pulsed Drain Current 670А

значит в однотранзисторном ток кз надо детектить уже со 100 ампер. Ито я не уверен что он успеет. Тут ведь не в этом дело а в нагреве.

в открытом состоянии сопротивление будет 5 мОм + 5 + 1 + 1 + 3 + 3 = 18 миллиом. ну 20 если прикинуть что один пробило а второй открылся. это с учетом ножек, пайки, платы и сопротивление кондеров. 100/0,020= 5тыщ ампер. непосредственно в полевик будет высаживаться 5000*5000*0,02 = 500 киловатт тепла. Теперь берем время в 200 наносекунд что я сумел добиться и получается 100 ватт тепла. кагбэ легко он пережевывает эти 100 ватт даже на постоянку. Я наверное сичас не то считаю но...чисто теоретически как-то так наверное.

[terio007]

А какой ток может обеспечить источник питания?
Сможет ли он профинансировать КЗ хотя бы на жалкий килоампер?
Или надежда злого рока только на ударную разрядку электролитов через несчастный кристалл мосфета?

[clawham]

ну у меня источники питания конечно послабее - каких-то 10 амперчасов с номинальной токоотдачей 40С - тоесть нормально для себя долговременно 400 ампер. сколько кратковременно я не скажу.

Но дргуие ездять с гораздо более серьёзной батареей в2-4 киловаттчаса ёмкостью при 80 вольтах это 50 амперчасов с той же токоотдачей... тоесть 2килоампера оминально долговременно. Я конечно уверен что они не применяют провода в 100 квадратов при запаралеливании ячеек но для КЗ это и не важно - проводки-то не успеют испепелиться а вот кристалл...хотя я вот не представляю как считать...

UPD. Понаходил схем контроллеров.
Вот яркий пример кетайса который не любит когда фазы коротят
http://electrotransport.ru/ussr/index.p ... ile&id=467

А заодно просимулировал свою защиту в TINA-TI
Результаты огорчили.
Пробовал на двух операционниках которые у меня есть. OPA354 250 MHz и THS4304 Монстер на 4 гига!

Спойлер

А получилось что? 108 наносек на скоростном операционнике и 180 наносек на 354 тормозе

Спойлер

[Denis_84]

Я вот тоже планирую сделать самодельный регулятор БК мотора с датчиками.Так, чисто спортивный интерес. Отталкиваться буду от готовых решений. Фирменных регуляторов через мои руки много проходит. Я занимаюсь их ремонтом и занимаюсь автомодельным спортом. Поэтому с их схемотехникой немного знаком. Сейчас чаще всего делают схемы на драйверах полумоста. Например IR2101. Для их питания сделан бустер, который поднимает напругу выше чем напряжение на банках. Ограничений тока никто не делает. Для высоких результатов нужны высокие токи. Есть защита от перегрева и всё. Просто нужно сделить за температурой регуля и не перегружать его. Я лично за 18 лет ещё ни одного регуля не спалил. В регуляторах ставят достаточно мощные ключики по 4-6 штук в параллель в верхнем и нижнем ключе на каждой фазе. Каждый по параметрам способен держать пиковые токи порядка 190 ампер. В параллель несколько штук вот вам и ваши 300 ампер. И ничего не горит.
В хороших регуляторах никакой рекуперации энергии не происходит. Я это проверял на практике и это факт. Теоритически я тоже думал, что токи при торможении должны течь в батареку через диоды ключей. Как это сделно не понятно. Возможно как-то программно. Нужно смотреть диаграммы.
Я планирую взять фирменный регуль, подцепить все управляющие ножки контроллера и датчиков холла к многоканальному осциллографу и снять осциллограммы во всех режимах. Это точно прольёт свет на все непонятные моменты.

[clawham]

Вы путаете проприетарное ограниченное применение и транспорт! Транспорт это не самолетик/вертолетик.
В велотранспорте важен размер.
можно конечно сделать буханку 220х150х85 и напичкать туда по 10 полевиков впаралель. но поверьте - это никого не интересует.
потребителю нужен качественный неубиваемый продукт который легко починить в поле при свете фонарика и который будет размером с портсигар. Поэтому с одного несчастного полевика хочется снимать максимум что он может. поэтому надо защиты и поэтому надо неубиваемость. На рынке есть неубиваемые контроллеры для транспорта. но и они горят и размеры их просто ужасающие. Людям не нравится.

Почему ремонт в поле? А потому что это новый тренд - ломить на электровелах с пробегом одной зарядки 200-400 км через всю страну. и поверьте они брали с собой по 2-3 запасных, и брали самые хорошые неубиваемые(якобы). Но суровая эксплуатация и дорога требует защит. Я вот не езжу далеко и долго но тоже попал на замену фетов. ещё и обмотка сгорела. и домой тащил его ибо со сгоревшей обмоткой оно не крутится вообще - как на тормозе. Причина проста - выход из строя датчика холла/перетирание сигнального провода этого датчика холла/ловля наводки - рядом впритирку в металической оси проходят три провода с током 120 ампер и 5 проводов сигнальных с датчиков. Контроллер может все и сделал правильно но ...явно подал в противофазу ток. результат - бац. и это по 3 впаралель транзюка. каждый как вы говорите 680 ампер в пике.
Вы не путайте в одну кашу низковольтное кратковременное использование и 100 вольтовые решения. 100 вольт это проблемно, это серьёзно и без защит любое кол-во транзисторов сгорит. место КЗ ведь не пропаяно. оно имеет сопротивление вот 12-24 вольта это прощают. да даже 50 прощает иногда а вот то же самое кз на 100 вольтах уже нет. Вы ж в мощности вдумайтесь! я на далеко не самом топовом агрегате вжариваю в мотор 80 ампер 100 вольт на постоянку. да это разгон, да на моторе получается на порядок больше ток(я лично клещами видел 300 ампер). сколько мне надо полевиков чтоб выдержать кз такого конфига? ну который без защит. у меня провода в 3 раза сложенные 4 квадрата..на фазах греются.

По теме скажу что от IR2101 и их собратьев откажусь полностью. часто горят так что вроде и работает по осцилу а по факту на реальной нагрузке пару раз в секунду сквозряк устраивают. сложно детектить - сложно ремонтировать - втопку. на рассыпухе тож неплохие результаты. у меня например так и вообще не хуже того же ИР. зато все открыто и пробитый биполярник проще заменить. тем более что во всем контроллере они все одинаковые - взял с собой пачку и где стрельнет - меняеш.

[terio007]

Мысль такая.
Можно немного выиграть по времени реакции защиты, если работать не по превышению тока, а по превышению скорости увеличения тока, т.е. по первой производной от тока.
Срабатывание защиты должно быть необратимо, то есть снять защиту можно только нажатием рукой счастливого обладателя электровелосипеда на заветную кнопочку...
Ведь реальный двигатель имеет конкретное ограничение по скорости набора тока...
К.з. может иметь непостоянный контакт и токовая защита будет дёргаться туда - сюда.

[clawham]

обратите внимание! впринципе-то так и реализовано. есть на графиках защелка - компаратор с диодом в обратной связи.при его опрокидывании он сам себе + держит на уровне собственного же питания. снятие защиты произведет микроконтроллер замкнув + вход компаратора-защелки на землю.

А как сделать эту самую детекцию скорости нарастания тока? А кроме этого в условии - мотор у которого может подгореть обмотка. тогда будет недокз. а защита тож надо чтоб сработала - тоест добавить условий. я не против но я даж не представляю схему. предложите - посимулирую посмотрю на скорость реакции

[Denis_84]

Я думал речь идет о регуляторе для RC модели. А вам нужно на велосипеды. Про велосипеды в начале темы ни слова. Тут естественно нужна другая элементная база и схемотехника.