Problem med H-brygga / BJT effekttransistorer

[PERfect]

Hej

Jag försöker att bygga en H-brygga som ska användas till en chopperdriven stegmotorstyrning men det fungerar inte riktigt som jag vill.

De transistorer jag använder är BDX33 och BDX34. ELFAs datablad ännu ett datablad

Hela H-bryggan


Halv H-brygga för att testa



Jag lägger D till 0V (vilket gör att Q3 inte leder) och lägger en fyrkantsignal på C. Detta leder till att jag får strömspikar (hög spänning över R7) precis på den stigande flanken på fyrkantsignalen. Eftersom jag använder 12V och R8 är 12 Ohm i detta testet kan väl inte en strömspik på 2-3A gå genom motor lindningen. Alltås leder Q3 en kort stund.
Har även testat att lägga basen på Q3 direkt till 0V med samma/liknande resultat.
Om jag gör tvärt om dvs. lägger C till 5V eller basen på Q1 till 12V och lägger fyrkantsignalen på D får jag fortfarande samma/liknande resultat.

Är det någon som har en aning om vad som orsakar detta oönskade beteende?

[SvenW]

"Alltås leder Q3 en kort stund."

Knepet med att bygga H bryggor med bipolärtransistorer är att tömma/fylla basladdningen tillräckligt snabbt. Med de komponenter som här finns kommer det att ta ett antal mikrosekunder, och innan basladdningen är tömd så får man strömspikar. Darlingtonkopplade transistorer är de svåraste att tömma snabbt.

Har du tid så gör en spicesimulering.
Då ser man tydligt vad som händer. Man kan också prova olika transistorer och på så sätt få vägledning om komponentval.

Om chopperfrekvensen är högre än några kHz är det lättare att använda MOSFETar, men även dessa kräver kraftiga (gate-)drivkretsar. Ett par A krävs vanligtvis. Sådana drivkretsar finns att köpa.

[PERfect]

Glömde att skriva att chopperfrekvensen är på 20kHz vill ju inte höra något pipande.
Kan ju passa på att säga att det är en inbygd skyddsdiod samt motstånd mellan bas och emitter i transitorerna.

Det stämmer att det tar några mikrosekunder för transistorerna att öppna/stänga. Men det är inte riktigt det som är problemet. Q3 ska inte leda över huvud taget. som jag skrev så har jag fortfarande strömspikar då jag lägger basen på Q3 direkt till 0V, dvs. kopplar bort drivsteget.

[peter555]

Du har inte sagt hur lång tid spikarna varar, det kan ju vara CE-kapacitansen som spökar.

[SvenW]

Strömspiken måste av allt att döma gå genom Q3, såvitt det inte är mätfel. Om basen ligger på 0V kan möjligen kapacitansen kollektor-emitter i första delen i Q3 injicera laddning i basen i andra delen, trots att första basen är noll.

Med similatorn Gnucap kan man få basladdningen utskriven vid transientsimulering, åtminstone i en vanliga BJT. Vet inte på rak arm om det går med BDX33 men det kan vara värt att undersöka.

http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/BDX33C.SP3

[SvenW]

Har nu kört några simuleringar med Gnucap och modellen ovan.
Emittern jordad, basen jordad via motstånd (10ohm -1k), kollektorn till 12V puls.
Simuleringarna, vad de nu är värda, ger att det blir en strömpuls vid flanken på ett par A och en längd på ca en us. Strömpulsernas längd beror på basmotståndets värde. R=1k ger över en us.

*
.include BDX33C.SP3
.options reltol 1e-9 abstol 1e-9
* Node 1 -> Collect
* Node 2 -> Base
* Node 3 -> Emitter

x1 1 2 3 bdx33c
R1 10 1 1
R2 0 2 100
R3 0 3 1

* pulse v1 v2 tdelay traise tfall pw per
V1 10 0 pulse 0 12 15u 2n 2n 40u 50u

.print tran v(1) v(2) v(3) v(10) i(R1)
.tran 0.1n 40u Basic
.end

[blueint]

Inget back-emk skydd för Q1 och Q3 vad jag kan se.

[$tiff]

Darlington-trissor i en lågspännings-H-brygga!!?

Hoppas du har en bra ursäkt att använda darlington, du har nämligen 2.5 V CE-spänningsfall över varje vid normal drift! Det summeras till 5.0 V, eller låt mig påstå att 42 % av spänningen kommer hamna över transistorerna istället för över motorn, och effektutvecklingen kommer följa samma mönster...

[Tekko]

Släng de där trissorna och skaffa några mosfets.

[PERfect]

Tack SvenW för simuleringen, nu vet jag att det ska/kommer att vara en strömspik. Får se om man kan få den så liten och kortvarog att det fungera ändå.

Anledningen till att jag valde dessa trissor var att de var billiga och att jag trode att det skulle kunna fungera.

Tanken är inte att spänningen ska vara 12V snarare 40-60V men hitintills har transistorerna gått sönder när det blir kortslutning.


Bilderna är på 1024x768 pixlar och ca: 0,1 MB stora.

Halva H-bryggan enligt schema nr. 2 D är lagd till 0V och på C ligger en fyrkantssignal på ca: 20kHz. Den övre kanalen visar utsignalen från funktionsgeneratorn, den undre är spänningen (0,2V/ruta) över R7, 0V är vid den näst understa horisontella strecket i griden, tidsbasen är 5µs/ruta.

H-bryggan enligt schema nr.1 A2 och B1 hålls låga, på A1 och B2 ligger en och samma fyrkantssignal på ca: 20kHz.
Det övre skåpet visar insignalen buffrad i en OP och spänningen (1V/ruta) på basen till NPN transistorn som orsakar strömspikar. Det undre såpet är samma som tidigare fast 0,5V/ruta, tidsbasen är 10µs/ruta.

H-brygga ökad dutyHär har jag ökat dutyn på insignalen och en hemsk strömspik visar sig, bilden är på det undre skåpet.

H-brygga ytterligare ökad dutySamma som tidigare fast 2V/ruta på det övre och 1V/ruta på det undre skåpet.

Som synes händer det något när dutyn ökas, det är därför som jag började denna felsökning. Liknande händer om jag lägger B2 till 5V så att den alltid leder, men då kommer det vid mycket kortare duty.

Testade att lägga A2 o B1 till 0V och A1 o B2 till 5V.
När jag sen trycker på strömbrytaren blir det kortslutning och jag får stänga av igen. Om jag däremot flyttar A1 o B2 från 0V till 5V under tiden det hela är igång så funkar det som förväntat. Skumt och jag har inte hittat vad det beror på än.

[PERfect]

Efter att jag har lagt emittern på Q6 och Q8 till 0V så beter sig H-bryggan som förväntat.
Nu får vi se om det går att använda till något också. Strömspiken i början kanske gör att den inte går att använda till chopperdrivning eftersom styrkretsen kanske tror att strömen går genom motorn.

[PERfect]

Nu hade jag tänkt att höja späningen men då borde ju rimligtvis strömspiken bli ännu större.
Finns det något sätt att minska dessa så att inte transistorerna brinner upp.

[MicaelKarlsson]

Använder du frihjulsdioder?

Länk

[Mindmapper]

Dom är inbyggda i BDX33, 34.
Hur varma hinner transistorerna bli. Eftersom spänningsfallet är så stort över dessa bör de bli ganska varma.

[PERfect]

Idag har det verkligen gått framåt (jämfört med vad det brukar göra)

Har två olika sorter av NPN transistorn BDX33B och BDX33C, den senare klarar av högre spänning annars ingen skillnad i databladet.
Av någon anledning blir strömspikarna mindre när jag använder BDX33B. Oftast inte större än 2A men ibland är de runt 3-4A.
Chopperdrivningen är satt att begränsa vid 1.8A. Har vågat gå upp så högt som 36V och nu har stegmotorn tillfredställande prestanda så det stannar nog där. Pga. den högre spänningen har jag bytt R17,18,20,28 (alla 1k motstånd) till 2,2k. Har även kopplat in ett till 1 Ohms motstånd parallell med R7 så nu är det 0,5 Ohm.

Ang. värmeutvecklingen så är det inte så farligt. Kylflänsarna som syns på bilden räcker gott. Blir bara lite ljummen och lägger jag på 80mm som går på 5V så håller de sig riktigt svala.

Större bild