Подскажите по схемотехнике защиты от КЗ

[clawham]

Здравствуйте!
Я программист но пришлось заниматься аналоговым делом.
Делаю для себя и товарищей открытый контроллер BLDC двигателя с датчиками холла.

Есть вот такая схемка - набросок. в ней многого нет но сут не важна



Полная версия в большом разрешении
https://kazus.ru/forums/attachment.p...1&d=1427532202

На ней обычный трехфазный мост и система защиты. Компараторы и защелка, когда срабатывает защелка - она садит на землю входы драйверов и собственно сами затворы силовых полевиков внахалку принудительно.

Комапартора по два на каждый канал - первый это аварийная защита по КЗ на ток 200 ампер. А второй рядом - это система динамического ограничения фазного тока. Там уже сам контроллер задаёт уровень и это не аварийное дело а штатное - оно просто на землю вход драйвера кидает.

Вторая часть меня особо не беспокоит - там все нормально ибо там нет угрозы вылета ключей.

Но если выходные ровода замкнет между собой( а они 12 квадратов собранные из 4000 жил меди с посеребрением в силиконовой изоляции), или мотор от перегрева/трения коротнет одну из обмоток. или ещё какая оказия - ток полйдёт вразнос.

Питание этой схемы аккумуляторы литийполимеры 60 амперчасов ёмкостью и номинальной токоотдачей 40-60С, тоесть они спокойно могут держать 2000 ампер долговременно без вреда для себя. Конечно там не такие провода чтоб выдержать это долговременно но полевикам хватает чтоб расстаться с крышечками. Кроме того на плате будет 10-20 кондеров впаянный в непосредственной близости к полевикам с ёмкостью 1-10 тысяч микрофарад и самым малым ESR какое можно только будет найти. Тоесть пиково там токи вообще беспредельные наверно.

Так вот. Симулируя этот компаратор с защелкой + драйвер для аварийного запирающего полевика + сам полевик + кондер эмулирующий ёмкость затворов я получил такие результаты-


В полном виде
https://kazus.ru/forums/attachment.p...1&d=1427532202

Тоесть с приходом импульса с шунта в 1 иллиом превышающем 0.2 вольта(200 ампер) на 100 миллисекунде - должно пройти целых 34 наносекунды пока он опрокинется и защелкнет защелку. А дальше уже дело драйвера - ещё 30 наносекунд на перезаряд затвора полевика и только к 85 наносекунде на затворе силового полевика напруга уменьшится до 2 вольт что приведёт к началу его закрывания.

Полевики будут irfp4110. В одной версии по одному в другой по 5 впаралель.
там где по 5 - ток на 500 ампер будет ограничен, там где по одному - на 100 амперах.

Так вот вопрос. Выживут ли эти полевики с такой системой защиты при таких 3 событиях:
1) Пробой обмотки мотора - мотор это индуктивность около 500 миллигенри
2) КЗ силовых проводов на входе в мотор - расстояние 1 метр от контроллера. Там может сам мотор в креплении провернуться и скрутить намертво эти провода в один
3) Пробой напряжением или тепловой пробой одного из полевиков. обычно пробивает верхний ибо при газе в пол мотор стреляет противоэдс со всем совим возможным током на +20% от напряжения батареи. Да я ставлю на 60вольтовую систему 100 вольтовые полевики и для того там и такое кол-во кондеров - сожрать эти выбросы чтоб потом на следующем цикле их потратить. НО люди...увидев 100 вольтовые феты обязательно подадут 99 вольт и будут удивляться почему все сгорело. Ну обычно умирает один из 5-ти. и его может впринципе 5 штук и разорвут на части но хотелось бы чтоб контроллер тихо замолчав выдал на экран - сгорел фет верхний на 2 фазе. у меня будет контроль "что на входе драйверов", "что на выходе драйверов", "что на фазах".

Вот такой вот вопрос. может что улучшить можно? Может между плюсом и фетами поставить какой-то дроссель? Подскажите чтонить.

Да..у проца будет общий шунт на - батареи и инструментальник но сами понимаете какая там скорость реакции...

[jump]

Я программист но пришлось заниматься аналоговым делом. Делаю для себя и товарищей открытый контроллер BLDC двигателя с датчиками холла. Есть вот такая схемка - набросок. в ней многого нет но сут не важна

Я погроммист, но сут не важна

должно пройти целых 34 наносекунды пока он опрокинется и защелкнет защелку. А дальше уже дело драйвера - ещё 30 наносекунд на перезаряд затвора полевика и только к 85 наносекунде на затворе силового полевика напруга уменьшится до 2 вольт что приведёт к началу его закрывания

ваш драйвер наверняка будет иметь задержки вкл/выкл сотни мкс - дорабатывайте схемотехнику и элементную базу. кроме того, верхнее плечо на биполярных транзисторах потребует питания от трансформатора или DC/DC, но не бустрепной запитки.
так что оставьте схемотехнику схемотехникам и идите программировать

[ForcePoint]

За защиту не скажу. Разве что в симуляторе погонять и посмотреть, что будет при замене U7 на "честный" компаратор (т.к. частотная компенсация ОУ несколько синжает скорострельность).

А вот система питания, ИМХО, - говнохард.
Во первых - использование параметрического стабилизатора на Q11, Q20. Тогда придётся питание всех затворных драйверов обвешать куда более серьёзными номиналами, чем 10+10+100 мкФ. Если уж не хотите импульсный стабилизатор поставить, так хоть сделайте с ОС стабилизатор.
Во вторых - одноомные резисторы в развязках питания драйверов. Лучше уж два стабилизатора поставить.

[clawham]

Верхние полевики меня не интересуют. если они все пробьются - вреда от этого не будет. Но вот если верхний открыт и в это время открывается нижжний. вот тут уже беда. поэтому только нижние будут вырубаться по защите от кз. там будет этому драйверу отдельное личное мощное питание.

Как собственно и защитным компараторам + защелкам. они не будут питаться от того что может пропасть и изза чего и может возникнуть кз.

я вот тут упростил драйвер защитного полевика как вы посоветовали... Дало прирост.. Мне же не надо полевик защиты быстро закрывать. у него только один путь - открыть и любыми путями на землю затворы силовых полевиков опустить.

Я допустил что ток 2000 ампер может развиться только за 10 наносек - скорость открытия любого силового полевика. Получилось вот так.


Полная версия
https://kazus.ru/forums/attachment.p...1&d=1427537260

Что можете сказать? Хватит времени реакции в 34 наносекунды?

И второй вопрос - может можно как-то первый компаратор с защелкой совместить? или не стоит? всеравно компараторов 3 а защелка одна.

П.С. я б и рад отдать схемотехнику схемотехникам но увы. они все в один голос кричат что достаточно одного ощего шунта на батарею. а КЗ фаз это проступок пользователя и его надо наказать убив все феты Я так не считаю. КЗ может быть и от разьёма который перегрелся и расплавил изоляцию. как правило очень близко с мотором есть разьём.в пути мотор остановился, польз полез посмотреть и увидел обгорелость, восстановил изолентой неконтакт и поехал дальше а не пошел искать в поле контроллер. Помоему логично.

Так что пожалуйста если кто хочет/может помочь - помогите. Это и для себя и для большого сообщества электровелосипедистов и электромобилистов кто ездит на BLDC моторах. Проект некомерческий. Я не планирую этим денег зарабатывать.

Не заметил прошлого сообщения.
Да. драйвера будут миеть поболе чем 10 мкф. Они будут развязаны друг с другом. и да. стабилизатор нарисован а-ля макет. там будет импульсник на 4 ампера. так что сомневаться в 16 вольтах не стоит.

А какие посоветуете более менее доступные компараторы? Я планировал использовать opa2354 в качестве компараторов - у меня их пачка. вроде как приличные характеристики в открытом цикле. и офсет 1-3 милливольта мне приемлем. Есть ещё THS4304 - он вообще на 1 гигагерц в опен луп но не рейл ту рейл. по вольту не дотягивает. и входа у 4304 дубовые - 100 килоом.

[niXto]

Затворы верхних надо садить на их истоки, иначе им хана

Забудь про нс и наоборот увеличивай до единиц мкс. Иначе возбуд. Жизнь - это не протеус

Драйверы давно изобрели интегральные, зачем весь этот калхоз на бороде

Один шунт ставят потому что затворами нужно управлять относительно истоков, а не минуса до шунта. Потому что там выбросы доходят до десятков вольт и транзисторам хана. С одним шунтом проще, не нужно развязывать драйверы и их управление

[ForcePoint]

Что можете сказать? Хватит времени реакции в 34 наносекунды?

Вроде как на уровне интегралных драйверов. По поводу схемотехники - можете поискать на сайте www.ti.com документ slup169. Вот возможные варианты в текущей схеме:
1. При наличии R8 в эмиттере Q2 - от R10 можно отказаться. Может ещё какое-то время выиграете.
2. Попробовать увеличить R8 в 2..3 раза, а коллектор Q3 подключить на землю через 510 Ом.

А какие посоветуете более менее доступные компараторы?

По результатам симуляции получается, что 2/3 задержки в драйвере затвора и полевике. Тогда. наверное, и ОУ достаточно.

[jump]

clawham,
вы хоть представляете, что такое закрыть за десятки нс транзистор с емкостью затвора 9-10нФ? или сборку на 45-50нФ? это драйвер на десятки ампер с элементной базой почти СВЧ диапазона, а у вас время включения/выключения IRFP4110 около 100нс

Верхние полевики меня не интересуют. если они все пробьются - вреда от этого не будет. Но вот если верхний открыт и в это время открывается нижжний. вот тут уже беда. поэтому только нижние будут вырубаться по защите от кз

у вас нет никакого понимания работы ППЧ. зачем делают драйвера с DEAD TIME или возлагают эту функцию на логику, МК?
что будет с ключами, если замыкание произойдет между выходом полумоста и отрицательной шиной питания?

ок 2000 ампер может развиться только за 10 наносек

вы хоть представляете индуктивность реальных силовых цепей? там даже гвоздь - индуктивность и будет тормозить нарастание тока.
вы всерьез думаете, что моделька в симуляторе протеза или чем-то другом позволит учесть все тонкости топологии монтажа?
короче - изучать схемотехнику, ДШ и аппноты, разбирать привода и думать - почему (не)сделано так

[clawham]

Значиться так.
Обьясняю на пальцах

1) верхние полевики и их драйвер работает с буст кондером. земля драйвера это исток верхних полевиков.

2) АНАЛОГИЧНО же и нижние! Точно такие же будут кондеры бустовые с диодами. и земля нижнего драйвера тоже сидит ровно на истоке нижнего полевика - тоесть на верхнем выводе каждого из шунтов!

3) О каком возбуде реч если задача ЗАЩЕЛКНУТЬСЯ! Один раз и навсегда! потом когда у контроллера прийдёт по прерыванию осознание что произошло чтото - он снимет управляющие единицы со всех драйверов и тогда защелку-то и разблокирует поднятием минусового входа с 2-х вольт как положено до 5-ти - тоесть заведомо бОльше чем на выходе операционника. тогда он и разблокируется, если конечно шунт не отгорел и на компараторе опять больше 0.2 вольт будет. тогда не разблокируется и тогда будет ясно в чем беда.

R10 чисто защитный - не исключена ситуация когда у силового нижнего оплевика оторвало голову и замкнуло фазный выход на затвор. тогда не исключена ситуация что защитному фету тоже голову вырвет ибо посадить на землю +60 он не сможет. тогда и его затвор полетит на +60. вот если на затворе защитного будет +60 то и на базе составного PNP дравера тоже будет 60. тогда лучше чтоб резюк сгорел чем операционник.


Я тут посимулировал это дело на TINA-TI эмуляторе.
Сильно разочаровался.
105 наносекунд на опускание напруги на затворах силовых полевиков ниже 2 вольт. и это защелка и компаратор из THS4304.
OPA354 вообще разочаровал - тормоз. с ним закрытие силовых фетов произойдёт только на 180 наносекунде.

Вот схема


А вот результат работы

[clawham]

jump,
Я конечно только отдаленно представляю что там может твориться.
Но. у меня нагрузка - огромная индуктивность. В нормальных условиях работы там и намного худшая схемотехника прокатывает и ездиет оно себе годами. у многих людей китайские контроллеры у который драйвет полевика на LM358 и нормально.

Я не рассматриваю возможность закоротить шину - батареи на одну из фаз - просто потому что это разные провода выходящие в разные стороны от разных мест на плате. Я не рассматриваю падение гвоздя металического на плату. я рассматриваю реальные случаи которых валом в моей практие получилось и результат всегда один - вылет фетов. Ситуации я пересказал какие бывают.

Да в идеале такое бы сделать и для каждого верхнего фета но...тогда нужны ещё три компаратора и три защелки и питаться они должны от бутстрепного кондера а значить надо будет тщательно следить за временем открытого состоянияверхних ключей чтоб не допустить разрядку ёмкости. Это слишком избыточно.

Потому я и обратился к Вам. я понимаю что уйти с головой в это дело очень тяжело. А мне и подавно не достичь дзена познаний. Но если оно и без защит годами работает то вот вопрос. Выживет ли полевик если их выходы коротнуть а на сурсе до земли будет такая вот схемка.

Я не знаю времени нарастания тока при открытии полевика(при пробитии верхнего/нижнего)
Я не знаю времени нарастания тока при КЗ этих проводов в метре от полевиков.
Я не знаю какие токи будут в затворах и насколько сильно надо делать крутыми фронты. Я просто видел подобную схемотехнику на реальных работающих контроллерах и там фронты вообще ни к черту по 5 микросекунд. и ничего. два корпуса 75NF75 держат долговременно 80 ампер по общему шунту батареи(сколько там по фазам ХЗ - они не меряют) и ездит оно так долго и счастливо пока от преегрева обмотки не коротнет.

Вот и ответьте пожалуйста на такие вопросы:
1) Спасет ли моя защита от кз в обмотке?
2) Спасет ли такая защита от КЗ проводов за метр от платы контроллера
3) спасет ли такая защита от сквозного тока при пробитии одного из пары по напряжению?

Если нет то почему и что сделать чтоб могло спасти.
Я конечно какую-то часть схемы на столе соберу. я конечно потыкаю в неё заряженным конденсатором эмулируя КЗ и посмотрю на реалии но ... помогите хоть со схемотехникой определиться?
Я симуляторам очень недоверяю ибо напрмиер если из THS4304 сделать обычный повторитель то в симуляторе оно работает а в реалии у него такой дикий возбуд что приходится ему усиление делать 2 и потом резисторами делить выход на два. иначе он сходит с ума хоть ты тресни. Это дело такое в эмуляторе как я ни старался понарисовать паразитные индуктивности и ёмкости у меня этого не получилось повторить.

П.С. для "оценить" - вот пример того что я делаю и того как делать не надо - один шунт ДО кондеров.
https://plus.google.com/photos/10205...465?banner=pwa

П.П.С. Вот схема довольно качественного и живучего контроллера.
http://electrotransport.ru/ussr/inde...ownfile&id=467

[Kabron]

ИМХО появились уже смартфеты с интегрированной защитой. Конкретных не назову но поиск поможет.