Çarpaz qısaqapanmasız H-körpü mühərrik idarəetmə sxemlərinin layihələndirilməsi

H-körpüsü sxemdə sadə görünür: dörd elektron açar sabit cərəyan mühərrikinə tətbiq olunan gərginliyin istiqamətini dəyişir. Lakin maşında faydalı layihələndirmə məsələsi yalnız istiqaməti dəyişmək deyil. Əsas məsələ işə salma, istiqamətin dəyişdirilməsi, əyləcləmə və nasazlıqlar zamanı cərəyanı təhlükəsiz idarə etməklə yanaşı, sürətli kommutasiya səs-küyünü PLC-nin giriş-çıxışlarından və mühafizə dövrələrindən uzaq saxlamaqdır. Buna görə etibarlı körpü dörd güc elementindən əlavə, vaxtlama, cərəyan yolları, mühafizə və istismara vermə intizamından da asılıdır.

Dörd açar əslində nəyi idarə edir

Mühərrik iki kommutasiya qolunun orta nöqtələri arasında qoşulur. Yuxarı sol və aşağı sağ elementlərin işə salınması bir qütblülük yaradır; əks diaqonal isə tərs qütblülük tətbiq edir. İmpuls eninin modulyasiyası orta mühərrik gərginliyini dəyişir və buna görə sürətə təsir göstərir, mühərrik momenti isə armatur cərəyanı ilə sıx əlaqəli olaraq qalır. Körpü sərbəst hərəkət və əyləcləmə rejimləri də yarada bilər, lakin onların dəqiq davranışı element topologiyasından, qapı sürücüsündən, PWM üsulundan və cərəyanın sönmə yolundan asılıdır.

Yük induktivdir, buna görə tranzistor söndürüldükdə cərəyan dərhal dayana bilməz. Cərəyan daxili diodlara, xarici diodlara və ya aktiv idarə olunan tranzistorlara yönəlir. Bu dövr edən yol gərginlik gərginliyini, cərəyanın sönməsini, istiliyi və əyləcləmə reaksiyasını müəyyən edir. Layihələndiricilər yalnız həqiqət cədvəlinə əsaslanmaq əvəzinə, hər idarəetmə vəziyyətində və hər kommutasiya keçidində cərəyanın istiqamətini təhlil etməlidirlər.

Keçidlərarası qapanma vaxtlama xətasıdır

Ən dağıdıcı əmr irəli və ya geri hərəkət deyil. Eyni qolun yuxarı və aşağı elementlərini eyni anda işə salmaqdır. Bu, sabit cərəyan şini üzərində aşağı impedanslı yol yaradır və adətən keçidlərarası qapanma adlanır. Hətta qısa müddətli üst-üstə düşmə belə, əsasən yarımkeçirici müqaviməti, şin impedansı və naqil induktivliyi ilə məhdudlaşan cərəyan yarada bilər.

Qapı sürücüsü adətən bir element tam sönməzdən əvvəl digərinin işə düşməməsi üçün ölü vaxt yaradır. Tələb olunan interval universal rəqəm deyil. Bu interval yayılma gecikməsindəki fərqi, qapı yükünü, temperatur təsirlərini, sürücünün gücünü və seçilmiş MOSFET-lərin və ya IGBT-lərin kommutasiya davranışını əhatə etməlidir. Həddindən artıq ölü vaxt da arzuolunmazdır, çünki cərəyan diod yollarında daha uzun qalır, itkiləri artırır və aşağı iş əmsalında idarəetməni təhrif edir. Düzgün qiymət komponent məlumatlarından və real şin gərginliyi, yük cərəyanı və temperatur şəraitində osiloskop ölçmələrindən əldə edilir.

Proqram təminatındakı interloklar faydalıdır, lakin mühafizə yalnız tətbiq kodundan asılı olmamalıdır. Aparatla təmin edilən ölü vaxt, aşağı gərginlikdən bloklama, idarə olunan qapı sürməsi və sürətli artıq cərəyan reaksiyası müstəqil maneələr yaradır. PLC işə salma, istiqamət və sürət istinadları verə bilər, lakin güc tranzistorlarının qapılarını birbaşa idarə etməməlidir.

Kommutasiya strategiyasını maşına uyğun seçin

İşarə-amplitudalı idarəetmədə bir siqnal istiqamət, digəri isə PWM üçün istifadə olunur. Kilidlənmiş əks-fazalı idarəetmədə körpü qütblülüyü sürətlə növbələnir və sıfır əmr təxminən 50 faizlik iş əmsalı ilə ifadə olunur. Hər bir üsul dalğalanma cərəyanını, akustik davranışı, əyləcləmə reaksiyasını və əmr xətalarının nəticələrini dəyişir. Kontroller və körpü sənədləri gözlənilən interfeys barədə uyğun olmalıdır.

PWM tezliyi də mühəndislik kompromisidir. Tezliyin artırılması eşidilən səsi ən həssas diapazondan yuxarı keçirə və cərəyan dalğalanmasını azalda bilər, lakin kommutasiya itkilərini və qapı sürücüsünə olan tələbi artırır. Aşağı tezlik kommutasiya itkisini azaldır, lakin moment dalğalanmasını və səsi artıra bilər. Seçimi mühərrik induktivliyi, kommutasiya elementinin itkisi, mövcud soyutma, cərəyan konturunun buraxma zolağı və elektromaqnit uyğunluğu müəyyən etməlidir.

Daha böyük maşınlar və ya dəyişən cərəyan mühərrikləri üçün inteqrasiya olunmuş sənaye ötürücüsü adətən ayrıca H-körpüsündən daha münasibdir. Mağazanın ötürücülər və hərəkətə nəzarət kolleksiyası güc çevrilməsini, əks əlaqəni, mühafizəni və diaqnostikanı birləşdirən daha geniş avadanlıq sinfini göstərir. Elektrik və funksional məhdudiyyətləri başa düşüldükdə H-körpüsü fırçalı sabit cərəyan mühərrikləri, aktuatorlar, klapanlar, kiçik konveyerlər və laboratoriya mexanizmləri üçün faydalı olaraq qalır.

Mühafizəni ölçülə bilən nasazlıq rejimləri əsasında qurun

Cərəyan məhdudlaşdırması yarımkeçiricini qoruyacaq qədər sürətli işləməlidir; zədədən sonra yalnız PLC siqnalı verməsi kifayət deyil. Şunt rezistoru, Holl sensoru və ya cərəyanölçən gücləndirici hər dövr üzrə məhdudlaşdırmanı və daha yavaş nəzarət açılmasını təmin edə bilər. Mühafizə hədləri mühərrikin dayanma cərəyanını, işə düşmə müddətini, mexaniki ilişmə ssenarilərini və açarların təhlükəsiz iş sahəsini əhatə etməlidir.

Sabit cərəyan şini bərpa olunan enerjiyə qarşı müəyyən edilmiş reaksiyaya da malik olmalıdır. Sürətli yavaşıma və ya aparıcı yük enerjini qida mənbəyinə qaytara və şin gərginliyini artıra bilər. Sistemdən asılı olaraq həll enerjini qəbul edə bilən qida mənbəyi, əyləcləmə elementi, sıxac dövrəsi və ya daha uzun yavaşıma rampası ola bilər. Yalnız böyük tutumlu kondensatorların olması şinin təhlükəsiz olduğunu sübut etmir.

Temperatur mühafizəsi ehtimal olunan isti nöqtələrə əsaslanmalıdır: kommutasiya keçidləri, cərəyan şuntları, konnektorlar, mis yollar və mühərrikin özü. Lövhə temperatur sensoru sürətli yarımkeçirici hadisəsini aşkar etməyə bilər, cərəyan məhdudlaşdırması isə hər soyutma nasazlığını müəyyən edə bilməz. İstilik hesablamalarına keçiricilik itkisi, kommutasiya itkisi, ölü vaxtda diod keçiriciliyi və korpusdakı mühit temperaturu daxil edilməlidir.

Montaj güc dövrəsinin bir hissəsidir. Yüksək cərəyanlı kommutasiya konturunu qısa saxlayın, yerli bloklama kondensatorlarını körpüyə yaxın yerləşdirin, güc qayıdışını həssas ölçmə qayıdışından ayırın və qapı siqnallarını yüksək dv/dt-li qovşaqlardan uzaq aparın. Mühərrik kabeli korpusdan çıxdıqda kabel ekranlaması, ümumi rejimli yollar və torpaqlama xüsusi diqqət tələb edir. Bilik kitabxanası istismara vermə ilə bağlı əlavə üsullar təqdim edir, lakin əvvəlcə körpünün yerli güc konturu müstəqil şəkildə sabit olmalıdır.

İstismara verməni nəzarətli mərhələlərdə aparın

1. Məntiqi mühərrik enerjisi olmadan yoxlayın

Güc mərhələsi söndürülmüş vəziyyətdə və ya cərəyanla məhdudlaşdırılmış aşağı gərginlikli mənbədən qidalanarkən işə salma qütblülüyünü, istiqamət əmrlərini, PWM məhdudiyyətlərini və xətanın yadda saxlanmasını yoxlayın. İşə salma, nəzarətçi taymerinin vaxt aşımı, rabitənin itməsi və nəzarətçinin sıfırlanmasının hamısının nəzərdə tutulan təhlükəsiz vəziyyət yaratdığını təsdiqləyin.

2. Bir qoldakı hər iki qapını müşahidə edin

Düzgün nominala malik diferensial zondlardan və uyğun izolyasiya üsullarından istifadə edin. İstiqamət dəyişiklikləri və xətadan bərpa daxil olmaqla, işə salma və söndürmə zamanı ölü vaxtı təsdiqləyin. İki təmiz məntiq siqnalının təhlükəsiz tranzistor qapısı dalğa formalarına zəmanət verdiyini heç vaxt fərz etməyin.

3. Mühərriki ehtiyatlı məhdudiyyətlərlə qoşun

Aşağı şin gərginliyi, məhdudlaşdırılmış iş əmsalı və elementin fasiləsiz nominalından aşağı cərəyan həddi ilə başlayın. Şin gərginliyini, mühərrik cərəyanını, kommutasiya qovşağının dalğa formasını və temperaturları qeydə alın. Mexaniki yük tətbiq etməzdən əvvəl yüksüz işi yoxlayın.

4. Qeyri-adi vəziyyətləri qəsdən sınaqdan keçirin

Yalnız nəzarətli sınaq planı çərçivəsində valın ilişməsini imitasiya edin, əmr mənbəyini ayırın, əks əlaqəni kəsin və qəza dayandırma davranışını yoxlayın. Enerji və ya rabitə bərpa olunduqda körpünün gözlənilmədən yenidən işə düşə bilmədiyini təsdiqləyin. İstiqamətin dəyişdirilməsi hərəkət zamanı qütblülüyün ani dəyişdirilməsi ilə deyil, müəyyən edilmiş yavaşıma və ya cərəyan həddi ilə həyata keçirilməlidir.

5. Son korpusu yoxlayın

İstehsalat naqilləri, kabel uzunluğu, qida mənbəyi və ventilyasiya ilə istilik və elektromaqnit yoxlamalarını təkrarlayın. Qısa naqillər və açıq hava axını ilə stenddə əldə olunan uğur qapalı sənaye şkafını əks etdirmir.

Layihəni tamamlayıcı ölçmələrdən istifadə edin

Yaxşı H-körpüsü layihəsi kommutasiya vəziyyətlərini ölçülə bilən nəticələrə çevirir: ölçülmüş ölü vaxt, məhdudlaşdırılmış cərəyan, məlum şin gərginliyi davranışı, proqnozlaşdırılan xəta reaksiyası və məqbul temperatur artımı. Texas Instruments şirkətinin rəsmi H-körpülü mühərrik sürücüsü üzrə tətbiq qeydi cərəyan yolları və sürmə davranışı üçün faydalı istinaddır, lakin komponentə xas məhdudiyyətlər yenə də seçilmiş sürücünün və tranzistorun sənədlərindən götürülməlidir.

Praktik sərhəd aydındır. H-körpüsü güc mərhələsidir; tam təhlükəsizlik funksiyası, hərəkət kontrolleri və ya mühərrik mühafizə sistemi deyil. Mühəndislər bu məsuliyyətləri ayırdıqda, interlok əmrlərini aparat və proqram təminatında tətbiq etdikdə və məhdud enerji ilə istismara verdikdə zahirən sadə dövrə idarə olunan sənaye alt sisteminə çevrilir.