Autor: Dondu
Artykuł z cyklu: Silnik BLDC: Spis treści
Jak każdy układ także i sterownik silnika BLDC generuje zakłócenia, które należy eliminować u źródła. By nie powtarzać w kolejnych artykułach zasad filtrowania zakłóceń oraz do czego służą poszczególne elementy filtrujące, postanowiłem zebrać te informacje w niniejszym temacie.
Omawiane poniżej punkty, to ogólne zasady, a ich zastosowanie lub nie zależy tylko od projektu danego sterownika silnika, jego źródła zasilania, połączeń oraz samego silnika.
1. Kondensatory
Każdy zestaw kluczy dla każdej fazy osobno, powinien posiadać swój kondensator 100nF, eliminujący zakłócenia zasilania generowane przez tę fazę. 100nF to nie jest sztywna zasada. W zależności od częstotliwości PWM oraz komutacji, może się okazać, że lepszym rozwiązaniem będzie np. 220nF, czy też 47nF lub jeszcze inny. Tutaj warto skorzystać z oscyloskopu i zerknąć na to, co dzieje się na ścieżkach zasilania.
Do tego kondensatora (dla każej fazy) można równolegle dodać kondensator elektrolityczny o pojemności od 47µF - 470µF, ale bez przesady.
Na płytce PCB kondensatory te powinny być jak najbliżej pinów źródła tranzystora górnego oraz źródła tranzystora dolnego. Dlatego na schematach rysuję je specjalnie w ten sposób:
Niestety może być to trudne do zrealizowania na PCB. W takim przypadku staraj się dać kondensator jak najbliżej źródła górnego tranzystora.
Jeżeli nie dajesz dodatkowych kondensatorów elektrolitycznych na każdą fazę osobno, to daj jeden wspólny z przedziału 100µF - 470µF jak najbliżej ścieżek zasilających (Vcc i GND) wspólnych dla wszystkich trzech faz, tuż przed ich rozgałęzieniem (VCC) na poszczególne fazy.
Taki wspólny kondensator będę zaznaczał w ten sposób:
Wartości kondensatorów elektrolitycznych silnie zależą od prądu, który pobiera silnik oraz sprawności dostarczania energii przewodami i/lub ścieżkami. Jeżeli więc silnik jest pożeraczem sporej ilości energii, to wartości kondensatorów (lub konstrukcja układu zasilania) muszą być odpowiednie (czytaj większe). I tutaj znowu warto wykorzystać oscyloskop, by zobaczyć co dzieje się na ścieżkach zasilających, by niepotrzebnie nie przesadzać z pojemnościami kondensatorów.
Napięcia pracy kondensatorów
Dość istotnym parametrem w przypadku tych kondensatorów, jest ich dopuszczalne maksymalne napięcie. W przypadku urządzeń z elementami indukcyjnymi jest wskazane, by stosować kondensatory dla znacząco większych napięć.
Dla ich bezpieczeństwa powinieneś więc przewidzieć, że standardowa zasada 150% jest zbyt mała i warto zastosować 200%-300%. Takie podejście w szczególności do kondensatorów elektrolitycznych, pozwoli na długą i bezawaryjną pracę sterownika, bez niespodzianek z puchnącymi kondensatorami. Ale także i tutaj nie należy przesadzać.
Czyli jeżeli silnik jest zasilany 12V, to kondensatory powinny być co najmniej na 24V.
2. Rozdziel zasilanie
Jeżeli silnik zasilany jest takim samym napięciem jak część cyfrowa sterownika, to nie zasilaj ich bezpośrednio z tego samego źródła. Ewentualne zakłócenia generowane przez silnik, w szczególności podczas rozruchu, mogą powodować niestabilną lub całkowicie uniemożliwić pracę sterownika.
Część cyfrowa sterownika, może oczywiście być zasilana z tego samego źródła, ale poprzez osobny regulator napięcia. W przypadku, gdy różnica napięcia pomiędzy zasilaniem części cyfrowej i części wykonawczej silnika jest niewielka, warto skorzystać z regulatorów LDO.
3. Wydziel region na PCB
Na początek podstawowa zasada, którą warto zawsze przestrzegać, by układy wykonawcze nie zakłócały części sterującej (cyfrowej).
Wydziel region na płytce PCB, w którym umieścisz elementy sterownika silnika.
Możesz wręcz wydzielić cały moduł sterownika (lub tylko części wykonawczej - tranzystory) na osobną płytkę PCB, do której doprowadzisz jedynie sygnały z mikrokontrolera oraz masę.
W skrajnych przypadkach możesz nawet rozdzielić masy, stosując optoizolację.
Możesz wręcz wydzielić cały moduł sterownika (lub tylko części wykonawczej - tranzystory) na osobną płytkę PCB, do której doprowadzisz jedynie sygnały z mikrokontrolera oraz masę.
W skrajnych przypadkach możesz nawet rozdzielić masy, stosując optoizolację.
Jest to tym ważniejsze im większe stosujesz prądy sterujące silnikiem i częstotliwości przełączania oraz PWM. Poniżej przykład płytki PCB z wydzieloną strefą dla elementów wykonawczych sterownika:
Na wspólnej płytce podziel masę na część cyfrową i część wykonawczą i łącz je tylko w jednym miejscu. W okolicy tego miejsca możesz także dodać parę kondensatorów 100nF i np. 47µF.
4. Przewody i ścieżki
Zarówno przewody jak i ścieżki zasilające sterownik (Vcc oraz GND), a także ścieżki z drenów tranzystorów do silnika, powinny być odpowiednio grube, szerokie dla prądów, które w nich płyną. W przeciwnym przypadku, spadek napięcia na silniku może być znaczny, i tym większy im większy prąd silnik pobiera. Wtedy nawet dodawanie kondensatorów nie spowoduje poprawy sytuacji.
Dwustronne PCB
Nie puszczaj sygnałów sterujących bezpośrednio pod tranzystorami montowanymi w technologii SMD (lutowane do PCB).
Czyli jeżeli z jednej strony PCB jest przylutowany tranzystor, to po drugiej stronie nie powinny znajdować się ścieżki sterujące wychodzące z mikrokontrolera, itp).
Duże prądu komutacji, wraz z częstotliwością PWM oraz indukcyjnością ścieżek, obudowy tranzystora (radiator) oraz jego nóżek, mogą zakłócać sygnały niskonapięciowe pochodzące np. z mikrokontrolera.
Podsumowanie
Jak wspomniałem na początku powyższe zasady są tylko ogólnymi wskazówkami. Nie należy ich traktować jako jedynie słuszne i zawsze wybierać świadomy kompromis.
Bardzo przydatnym w tym przypadku urządzeniem pomiarowym jest oscyloskop. W późniejszym czasie opublikuję tutaj dodatkowo oscylogramy zasilania sterownika w czasie jego pracy.
Artykuł z cyklu: Silnik BLDC: Spis treści
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz