Ontwerp Three Phase Inverter

Hallo,

Ik ben momenteel bezig met het bouwen van een motorcontroller / three phase inverter combinatie.

De controller is een FCM8201 (is al werkend) en stuurt een bldc motor aan via een 3 fase inverter. De uitgang van de motorcontroller levert een stuurspanning van 10V.

Nu wilde ik het volgende ontwerp van een inverter gaan testen met wat vermogensweerstanden:
https://www.dropbox.com/s/gq6t66v6v78uzon/Three%20Phase%20Inverter.JPG

Informatie over de brushless DC motor:
* Voltage: 48V
* Nominaal stroomverbruik: ~6A
* Start stroomverbruik: ~130A

Bovenstaand schema zal nog wat meer ontkoppelingcondensatoren bevatten en misschien zal het ontwerp ook wel werken maar ik wilde graag weten wat de toegevoegde waarde is als je een high/low side gate driver toevoegt (bijvoorbeeld de FAN7842).

Wat zouden jullie adviseren als er ook gekeken word naar efficientie en stabiliteit etc? Verder waarmee moet rekening gehouden als je die startstroom door een print gaat jagen of is dat niet heel belangrijk omdat het maar een kortere piek is?

Groeten,
Bart

De toegevoegde waarde is dat je die high-side MOSFETs dan ook daadwerkelijk in geleiding kunt krijgen, dat lukt je nu nooit, of in ieder geval niet met een 10V signaaltje.

Verder lijkt het me handig als je wat literatuur over BLDC motoren gaat lezen; o.a. Microchip heeft er talloze application notes over.

Die startstroom is grote onzin, die kan alleen gaan lopen als jij bij stilstand of zelfs een geblokkeerde motor een veel te grote pulsbreedte uitstuurt.

Dank SparkyGSX,

Dat is tenminste een duidelijk antwoord, ik had al wat twijfels over mijn inverter. En is inderdaad niet slecht om wat meer achtergrond informatie te bekijken.

Maar stel dat ik in mijn controller het duty cycle register instel op >90% terwijl de motor en belasting nog niet in beweging is dan zou zomaar flinke stromen kunnen gaan lopen?

Inderdaad, maar daarom heeft elke fatsoenlijke microcontroller ook een of meer circuits om de stroom te meten, zodat je die actief kunt regelen. Een hele simpele regelaar zou ook de snelheid van de motor kunnen regelen, en aan de hand daarvan de maximale pulsbreedte beperken, maar dat is al erg primitief en onnauwkeurig.

Beste,

Om terug te komen op mijn eerdere vraag. Ik heb momenteel een inverter bestaande uit een mosfet gate driver inclusief bootstrap circuit en een b6-brug. De controller die de hall sensor data inleest en de phase uitstuurt is eentje van fairchild, de FCM8201.

Als ik alles aansluit zie ik dat wanneer de motor +/- halve minuut - minuut draait voordat hij dan plots volledig blokkeert en met de hand de as draaien gaat enorm stroef. De low en high sides aan de uitgang van de motorcontroller klopt met de data die je verwacht adv de hall sensoren. Ook gaan er geen grote stromen ergens lopen hij doet gewoon niks meer.

Ik verdenk ergens een fout in het bootstrap circuit, het circuit bestaat uit de VCC (+12V) -> MUR180E diode -> 33 ohm weerstand -> 1uF cap. De MOSFET op de high en low side zijn N-kanaals (AUIRF3805). De pwm frequency waarop de motorcontroller werkt is ongeveer 23kHz en de duty cycle bedraagt tijdens het blokkeren nooit meer dan 40%. Misschien heeft iemand van jullie meer ervaring met dit stukje elektronica of is dit probleem ook wel eens tegen gekomen.

De "1k" gate weerstand zou wel eens kunnen zorgen voor dat je fets te langzaam open en dicht gaan. Je fet-driver kan stromen leveren in de orde groote van 1A, en dan ga je de stroom extern begrenzen tot "max 10mA". Ehh. ????

Doen al je fets het nog? Bij een BLDC is mijn ervaring dat de boel "plof" doet als er iets misgaat, en dan zijn er dus meestal FETs kapot.

Als je een mosfet driver gebruikt moet je dan gate weerstanden hebben?man man was weer te snel, hangt af van de driver 1 keer wel andere keer niet (ingebakken)

Ben eigenlijk nieuwsgieriger naar het drive ontwerp. De drivers van de onderste fets kunnen op dezelfde tussenspanning, maar de 3 bovenste hoeven elk hun gescheiden spanning omdat de source's op verschillend potentiaal liggen.

@Rew, de 1k weerstanden zijn inderdaad aan de hoge kant. Als ik de datasheet bekijk zou met een stuurspanning van +12V een weerstand van 33 ohm een betere keuze zijn.

Fets heb ik ook doorgemeten en blijken nog te werken.

@Jerome, mijn schema ziet er als volgt uit:

MOSFET gate driver:https://www.dropbox.com/s/6ywogui4bp2ihrj/MOSFET%20Gate%20Driver.JPG

Inverter:
https://www.dropbox.com/s/bdwiycxzh48ho4j/Inverter.JPG

Momenteel functioneert de motor goed bij lage duty cycles, er zijn alleen redelijk veel storingen op de signalen van de hall sensoren. Wanneer ik het toerental verhoog gaat de motor erg onrustig lopen en hoor je een getik. Momenteel ben ik een active low pass filter aan het maken voor de hall sensoren zodat de ruis hopelijk minder word. Een gedeelte zal ook wel te wijten zijn dat alles van motorcontroller tot en met mosfet driver op breadbords zijn opgebouwd :)

gate driver en inverter zijn hetzelfde :/

Excuses, aangepast

Tja, de gate driver is een chipje die je hebt aangesloten zoals het hoort. De mosfets zijn aangesloten, kan je weinig aan verkeerd doen.... De rest is het interessantst....

Alle problemen zijn nu opgelost. Het was een combinatie van meerdere dingen die fout gingen. Ik denk dat het grootste probleem was het teveel beperken van de stromen naar de gates van de MOSFET. Dat hij vervolgens nog niet super draaide was te wijten aan veel high frequency noise op de hall sensor data. Een passief filter met cuttof op de 1kHz en extra ontkoppeling op de voeding en ingang van de sensor data zorgde ervoor dat het geheel nu naar behoren werkt. Ik ben voor de b6-brug en gate driver+motorcontroller 2 aparte printjes aan het tekenen. Ik zal morgen of zondag het ontwerp ff online zetten dan kunnen jullie kijken en nog wat tips geven