Sfat pentru imunizare cablaj

[Galagie]

Va salut,

cu ceva timp in urma m-am apucat de un proiect, care ulterior s-a dovedit a fi plin cu surprize.

Este vorba de un invertor pe 3 faze pentru comanda unui brushless BLDC

Prima varianta de pcb a fost un dual layer, insa ulterior am descoperit ca zgomotul din etajul de putere influenteaza circuitele de control

Un exemplu este mai jos, pe bara de 3.3v am riplu "cat china" , am folosit un fir foarte scurt pentru groundul sondei

Din pacate capacitorii pentru decuplare nu m-au ajutat mai deloc

Situatia este similara si pentru bara de 5V

De data aceasta am decis sa merg pe un design in 4 straturi pentru pcb.  

Pe langa asta, am mai pus o gramada de condensatoare ceramice + ferite de 1k/100MHZ

 

Ordinea layerelor este urmatoarea:

1 - Top, 2 - Plan de masa, 3 strat intermediar, 4 - bottom .

Ma tot gandesc la planul de masa  cum sa il fac,   split plane sau full. 

 De exemplu ma gandeam traseul de masa unde se intorc curentii din puntea de tranzistoare sa nu se uneasca cu restul planului de masa decat in punctul unde vine firul de GND de la sursa.

Am atasat o poza mai jos cum ar arata planul de masa.

De asemenea pe layerele vecine, nu vor exista   bucle de masa, vor fi conectate doar prin punctul unde vine GND de la sursa 

Ce parere aveti?

 

[Real Minitehnicus]

14 minutes ago, Galagie said:

Este vorba de un invertor pe 3 faze pentru comanda unui brushless BLDC
Ce parere aveti?

 

Am părerea că  "brushless BLDC" este un pleonasm "cât China". Adică ori e brushless DC, ori doar BLCD.
În alta ordine de idei, pune un model exact de pcb (și schema, bine-nțeles), lasă deocamdată considerentele teoretice căci e o vorbă care spune  "teoria ca teoria dar practica ne omoară", Adică să știm exact despre ce discutăm.

Editat Martie 13, 2018 de Real Minitehnicus

[Galagie]

Motorul este DC pe 3 faze.

Asa arata  noua schema  pentru circuitele de alimentare.

Frecventa pwm-ului care ataca tranzistoarele mosfet este de 25khz

 

 

 

[UDAR]

Lipsesc multe informații iar din imaginea aia eu, sincer, nu pricep mare lucru . Mă așteptam să văd riplu cu frecvența PWM dar nu văd decât zgomot.

Cât de mare este curentul prin acel motor ? După shuntul ăla de 1mΩ bănuiesc că e mare , poate zeci de A . Dacă e așa, decuplarea aia cu 1000µF + 100nF e absolut insuficientă . De fapt nici nu contează prea mult capacitatea ci un ESR echivalent de sub zeci de mΩ și, desigur, condensatoarele să suporte curentul ondulatoriu generat .  EDIT . E drept că fiind trifazic riplul total se diminuează dar ar trebui să dai detalii de cum e făcută partea aia .

Ce fel de sursă furnizează 24V ? 

Cum arăta cablajul original, cel cu două straturi ? 

Cum arată semnalul în nodul de comutație ?  Ce MOSFET-uri ai pus, sunt suficient de rapide diodele lor sau trebuiau diode externe ? 

Etc..... 

Editat Martie 13, 2018 de UDAR

[sesebe]

Intotdeauna la aplicatii de forta (cum e cazul acum) se merge cu mase reparate pt comanda si pt forta. Defapt masa de forta putem nici sa nu o numim masa si minusul alimentarii.
Vad ca folosesti drivere izolate pt elementele de forta si atunci ar trebui nici sa nu te intereseze unde e masa de forta sau minusul de forta.

Legat de zgomotul masurat: cum ai facut masuratoarea? unde ai pus masa sondei?
Sint sigur ca aici ai ceva greseli nu neaparat ca ar fi zgomot pe alimentari. Nu exclud prezenta zgomotului mai ales la un cablaj gresit proiectat dar ceea ce se vede pe osciloscop este numai zgomot la modul general captat in mare parte de osciloscop. Pt masurarea zgomotului unei surse nici macar nu se mai utilizeaza firul de masa de la sonda. Se ia masa direct de pe virful sondei dupa inlaturarea cirligului si se utilizeaza un adaptor facut sin sirma si tabla subire de cupru sau unul industrial cumparat.
Un exemplu de astfel de adaptor poti vedea aici https://ac-dc.power.com/sites/default/files/PDFFiles/der245.pdf la pagina 34. Utilizezi neaparat si ansamblul de 2 condesatori, unul ceramic de 10-100nF in paralel cu unul electrolitic de 10-100uF (cit mai mare) dar nu mai mare de o zecime din capacitatea de filtrare prezenta in schema pe linia respectiva.
La osciloscop se utilizeaza limitarea de banda la 20Mhz, un samplerate de minim 10-50 ori mai mare decit frecventa de switching si se trece intrarea pe cuplaj AC astfel incit sa se vada numai componenta altternativa - de zgomot.

Ce-ar fi daca ne-ai prezenta si primul cablaj pe care sa indici EXACT si in ce puncte ai conectat osciloscopul (semnal si GND)

[Galagie]

 

@UDAR - cand am facut masuratorile, curentul prin motor era undeva la 500mA. Factorul de umplere abia daca era la 40%, 

Motorul functioneaza fara nici o problema, dupa 30minute la 90% factor de umplere  se incalzeste foarte usor

Acesta  conform cu datasheet trage max 8A la sarcina maxima, este de 3000rpm si 5000rpm/no load

Sursa de 24 este ceva de tip "adaptor laptop" , un smps de 24V/10Amperi

Mai jos este o poza cu semnalele de pe faze , formele de unda par in regula pentru comanda de tip trapezoidal

 

 

Daca incerc sa cresc forta pe rotor cu o simpla strangere de mana, creste amplitudinea zgomotului.

Motorul ruleaza in open loop

Am pus o poza cu punctele de masura

Am folosit punctul 1 de gnd chiar pe borna de -24V ,  aici am folosit firul cu crocodil de la sonda ( GND)

Pentru punctul 2 de masura, am lipit un picior taiat de la un rezistor, de aprox 5mm chiar pe inelul sondei

Varful sondei este pe viasul incercuit cu galben ( nodul de 3v3)

 

In punctul 1 semnalul arata asa:

 

Fara zoom 10ms/div

 

Cu  zoom 200ns ( cu referinta in punctul 1 de GND)

 

 

In Punctul 2 arata asa 

 

 

 

 

 

Editat Martie 13, 2018 de Galagie

[orgasmo]

Masuratorile facute pe condensatorii nepolarizati de 100nF pentru 24V, 5V, 3,3V cu sonda osciloscopului modificata dupa ce ati selectat BW Limit ON:

[Galagie]

Am pus un condic de 10n/100v, conteaza daca e MKT? si nu este ceramic? 

N-am ceramici la indemana.. pana saptamana viitoare

 

Mai pe seara sper sa apuc ceva masuratori cu "noul setup"  pe vechiul layout

 

Editat Martie 13, 2018 de Galagie

[sesebe]

Ceva in genul acesta dar e pacat sa strici sonda lipind direct pe virful ei.

[orgasmo]

Conectati doar sonda modificata  pe condensatorii nepolarizati  C2, C7, C18, C12 ce au capacitatea de 100nF aceasta era ideea.

La osciloscop Coupling setat AC iar la  BW Limit setat ON.

 

[Mircea]

15 hours ago, sesebe said:

Vad ca folosesti drivere izolate pt elementele de forta si atunci ar trebui nici sa nu te intereseze unde e masa de forta sau minusul de forta.

Si totusi, pinul COM tot la masa comuna control-forta ajunge. Nu se mai poate numi driver izolat. 

Intr-un caz similar as fi optat pentru o separare reala, folosind 2110 ca driver izolat.

[Galagie]

Am revenit cu vesti mai bune, 

osciloscopul este setat pe bandwith limit pe 20mhz,  coupling AC.  Am folosit acel varf cu condic de 10n.

 

- 3.3v masurat in acelasi punct ca si pana acum

 

Pe 20mV/div 10us 

 

 

Pe 20mV/div 200ns 

 

 

 

Tensiunea de 5V  masurata chiar pe pinii lui LM7085

zgomotul pe 5V vad ca este undeva la 50mVpp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

De asemenea am masurat si tensiunea de alimentare direct pe bornele +/- 24V  

 

1V/div 1ms

 

1V/div 500ns

 

1V  10us

 

 

Legat de IR2110 sincer nu mi-am batut foarte mult capul cu pinii de gnd si izolarea galvanica,  ce stiam despre acest driver, ca pinul de COM de pe low drive trebuie conectat cat mai scurt posibil la sursa mosfetului comandat fara bucla cu pinul de VSS de pe logic side

Am pus un screen cu pcb layout din zona unui driver mos,  sunt marcate condensatoarele si traseul catre low side COM

Mai jos este zgomotul pe tensiunea de "drive"  +12V pentru IR2110, masurat chiar pe pinii lui LM7812

 

50mv 1us

 

 

Dupa noile masuratori astea sunt valorile de zgomot

24V -  1Vpp  

12V - 25mVpp

5V - 50mVpp 

3.3V - 10mVpp

Tind sa cred ca peakuri de genul 20-10mV sunt normale pentru acest tip de circuit.

Ringingul vad ca este in zona ~12-13MHZ

Mai jos este un ring de pe bara de +24 chiar inainte de regulatoarele de tensiune.

Ma gandesc sa tai traseul de +24 intre regulatoarele de tensiune si bara care alimenteaza tranzistoarele de putere ( dupa shunt) si sa incerc plasarea unei oale de ferita ( 1kohm la 100mhz) si ceva ceramici de 10/100nf X7R smd, poate mai reduc din amplitudinea ringingului

Ce parere aveti?

 

 

 

 

Editat Martie 14, 2018 de Galagie

[orgasmo]

Puteti sa mariti capacitatea la condensatorul C1 sau sa alegeti unul tot de 1000uF dar cu impedanta redusa la 100KHz cum ar fi seria UPM de la Nichicon http://www.nichicon.co.jp/english/products/pdfs/e-upm.pdf

Nichicon VZ 1000uF/35V, Z la 100Khz

Samwha RD 1000uF/35V, Z la 100KHz

Samwha WL 1500uF/35V, Z la 100KHz

 

Editat Martie 14, 2018 de orgasmo

[UDAR]

Acolo trebuie sa coboare cu ESR la zeci de mΩ , poate chiar mai jos . Eu aș merge cu cîteva bucăți de 1000uF/35V LowESR în paralel. Să nu uităm că suntem departe de curentul maxim. 
De asemenea câțiva µF ceramici pusi cât mai aproape de nodurile de comutație de forță 
În ce privește ringing-ul  - snubber-e pentru început . 

[Vlad Mihai]

Salut,

Imi dau si eu cu parerea, Stackup-ul tau poate ar fi bine sa il faci in ordinea asta: TOP-SIGNAL, PLANE-GRAOUND, PLANE-POWER, BOTTOM-SIGNAL.

Dar eu cred ca poti obtine performante bune si pe 2 straturi. In general alimentarile si masa de forta se pun separat, asa cum s-a zis mai sus, si recomandat sa porneasca din acelasi punct, dar separat. Am facut si eu invertoare BLDC cu IR2110 si le comandam si cu uC si cu FPGA-uri si nu a gafait niciunul. E foarte important sa tii alimentarea curata (eu decuplam cu 1nF+10nF+100nF+1uF+22uF) si nu recomand poligoane cum ai tu acolo in cel cu 2 straturi, mai ales daca e legat la masa risti sa ai o antena pe acolo. La sistemele mele mixed-signals pe 4/8 straturi conectam cu vias-uri pe margine toate straturile de masa, si izolam partea analogica de cea digitala.

Poti pune toata schema? 

Spor la treaba,

Vlad