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dsPIC33EP_PWM控制H橋請教

非8051系列的單晶片軟硬體請在此區討論(CPU介面周邊,或MICRO CHIP等....)

版主: charlesliao

dsPIC33EP_PWM控制H橋請教

文章water10735 發表於 週四 2月 05, 2015 10:26 am

不好意思,有一些關於PWM控制的問題想要請教,小弟目前選用的是dsPIC33EP32MC502的MCU,
此MCU為高速PWM模組,提供以下幾三種模式,獨缺獨立模式,
bit 11-10PMOD<1:0>:PWMx #I/O 引腳模式位元
11 = 保留;不要使用
10 = PWMxI/O 引腳對處於推挽輸出模式
01 = PWMxI/O 引腳對處於冗餘輸出模式
00 = PWMxI/O 引腳對處於互補輸出模式

心目中預想控制H橋的MOSFET的狀態,如下電路圖,是使用PWM獨立模式,
PWM1H與PWM2H就是正常變化可調的Duty cycle PWM→控制馬達轉速
PWM1L與PWM2L就是只有0% OR 100% Duty cycle PWM→模擬I/O的0跟1,
如下圖三波形,但是此MCU不提供獨立模式,所以這樣子的作法可能沒有辦法實現...

看網路上很多人使用互補模式直接來控制,
假設馬達在正轉模式下,PWM均為互補模式
PWM1H與PWM1L為正常變化可調的Duty cycle PWM(假設50%)→Q1與Q2輪流收到50%的PWM訊號
PWM2H與PWM2L為0%與100%的PWM→Q3為0、Q4為1
那麼我的電路是不是會Q1與Q2會輪流導通,馬達就會變成一下子正轉,一下子煞車?
如下圖二波形,

想請問大家一下,我這樣子思考的邏輯是否有誤?是否直接使用互補型PWM即可?
有想過單獨將PWM1L與PWM2L設定為I/O使用,
但這樣子好像會變成PWM1H與PWM2H為硬體控制,PWM1L與PWM2L為軟體控制,時序上比較會容易出錯!!
是否有這方面經驗的前輩可以提供給小弟一點意見,謝謝!!

下面幾張波形圖是我使用555模擬PWM,然後施加在GATE DRIVER,電源分別為5V與12V
使用555模擬PWM輸出,再使用7404將信號反向,達成類比互補型PWM輸出,
示波器CH1為HIN波形
示波器CH2為LIN波形
示波器CH3為NGH波形(R45輸出端)
示波器CH4為NGL波形(R47輸出端)
圖一:電路圖
r3PVYX5.png

圖二:PWM1H與PWM1L輸入互補的波形
輸入端HIN與LIN為互補PWM波形,分別為CH1與CH2,
CH3為NGH波形(對GND),約19.1V
CH4為NGL波形(對GND),約6.9V
XtHh5h5.png

圖三:
CH1為HIN波形,輸入0
CH2為LIN波形,輸入PWM
CH3為NGH波形(對GND),
CH4為NGL波形(對GND),
FZmouMo.png

圖四:確認GATE DRIVER有死區保護
輸入端HIN與LIN為相同訊號波形,分別為CH1與CH2,
CH3為NGH波形(對GND),輸出0
CH4為NGL波形(對GND),輸出0
QPDsGTo.png
water10735
 
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Re: dsPIC33EP_PWM控制H橋請教

文章Scott Wang 發表於 週五 2月 13, 2015 4:22 am

死區保護出來的波形,一定是要有一正一負一大一小的波形.
所謂死區,並非只是兩個信號反向而已,而是當兩個波形轉換時,一定要有一個先不工作(Low),另一個才可以工作(Hi),所以有死區保護出來的波形,一定不可以有交越之問題發生,也就是當前一個信號和後一個信號之間,有所謂的Low區空檔讓兩個Mosfet都處在休息狀態.
超音波切割機(切割塑膠用),小型攜帶式,可以切割如:adapter適配器外殼,玩具模型等等,若欲詢問超音波切割機,請PM,謝謝。

可調高壓直流電源供應器,中低壓直流電源供應器,高壓模組,電壓放大器,電流放大器.
恆流源(定電流源),恆壓源(定電壓源),帶通濾波器,2V以下高精度參考電壓,標準電壓.
專門接受訂製,設計生產各種特殊規格,高精度產品,學校實驗室,研究單位實驗設備.
另可接受其它電子專案設計.
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Re: dsPIC33EP_PWM控制H橋請教

文章water10735 發表於 週三 3月 04, 2015 3:42 pm

首先先感謝Scott Wang的回覆,之前忘了回覆已經看到訊息了,真是抱歉!!!! :)

現在電路可使馬達達到基本運轉了,但是發現了一個問題,
同樣的韌體架構下,使用100W的馬達可以正常運轉,但改用300W的馬達就無法運轉,且產生的波形也變異常,
相關波形圖如下,還請各位前輩幫忙看看,給小弟一點指教,非常感謝!!!
補充一下,剛剛改量測MCU所提供的PWM波形,結果與MOSFET G-gate的波形一樣,所以猜想是不是馬達干擾到mcu的工作了?謝謝!!!

CH1:左上臂MOSFET_G-gate波形
CH2:左下臂MOSFET_G-gate波形

CH3:右上臂MOSFET_G-gate波形
CH4:右下臂MOSFET_G-gate波形

圖一:100w馬達正轉正常的波形,馬達正常運轉,Q1導通、Q2&Q3關閉、Q4-PWM調速

otQdGnL.png

圖二:300W馬達運轉異常的波形(無法運轉)馬達不運轉,電路變成Q1&Q3導通與Q2&Q4導通,兩者互相交替,變成馬達煞車的作用

VGeYm5E.png

圖三:圖二在放大的波形

KoPTMcW.png
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Re: dsPIC33EP_PWM控制H橋請教

文章Scott Wang 發表於 週四 3月 05, 2015 2:02 am

當你W值增加後,系統所提供的電流是否足夠,mosfet的Id與W值是否足夠,Vg的推力是否足夠?

若你擔心uC受馬達干擾,先以示波器測量uC的正端與地端的電壓波形,還有Reset和輸出信號是否有受到影響,重點是你要先確定是否有受到干擾,還有干擾源在那裡,以下是當uC有受到干擾時的對策,你可以參考看看.

採用環形線圈和電容LC濾波器的uC 5V和GND的浪湧和干擾問題之處理參考方法
超音波切割機(切割塑膠用),小型攜帶式,可以切割如:adapter適配器外殼,玩具模型等等,若欲詢問超音波切割機,請PM,謝謝。

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Re: dsPIC33EP_PWM控制H橋請教

文章water10735 發表於 週四 3月 05, 2015 8:41 am

感謝!!!!
系統所提供的電流應該是沒問題,使用的是24V/25A的POWER,
MOSFET的規格是75V/75A,VGS為20V(我提供的是VGS是15V),

昨天發文詢問之後,後來有做MCU_PWM送出的信號量測,小馬達一切正常,大馬達就是一樣異常了(波形如下圖),
後來仔細去看電路圖,發現我當初在PCB Layout時,+24V的地並沒有與系統的地隔開,我目前在猜想是不是這個原因造成的,
會想辦法做這方面的驗證,如前輩有其他想法,還請提供給小弟參考,非常感謝!!!

MCU_PWM的波形
CH1為MCU_PWM1H波形
CH2為MCU_PWM1L波形
CH3為MCU_PWM2H波形
CH4為MCU_PWM2L波形

7ibciq1.png

u762jeQ.png

FLURoHa.png
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Re: dsPIC33EP_PWM控制H橋請教

文章Scott Wang 發表於 週四 3月 05, 2015 2:57 pm

如果你的電壓是像電路那樣加,那PIS5109的Vboot電壓將會不足,Vboot的電壓為Vcc+HV,Vcc至少要10V以做為Mosfet的Vg使用,而HV就是馬達電壓24V,請看PIS5109的datasheet第一頁.

Absolute Maximum Ratings.
VBOOT | Bootstrap Power Supply Voltage | VCC+HV | V

當mosfet Q1A工作,其Vs=24V,所以Vg所需要的最小電壓為Vg=24V+10V=34V,同樣的另一邊PIS5109,同樣有類似問題,這個問題若沒有解決,整個電路將無法正常的工作.

在上半部的推動元件,若能找到Vgs=5v logic level的mosfet,那Vg的電壓就會降下來Vg=24V+5V=29V.

你用的PIS5109,其datasheet並沒有提到dead time的處理,一般若有該功能,理當會寫出來才對,像TPS28225_High-Frequency 4-A Sink Synchronous MOSFET Drivers,其資料第1項就有寫出來.

Drives Two N-Channel MOSFETs with 14-ns DESCRIPTION Adaptive Dead Time.
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Re: dsPIC33EP_PWM控制H橋請教

文章water10735 發表於 週四 3月 05, 2015 3:24 pm

感謝Scott Wang 的回覆,

我目前H橋驅動電路測試的結果是沒有問題的,MOSFET均有正常工作,
剛剛有測試,判斷是MCU的工作電壓受到的干擾太大,所以才導致300W的馬達不會運轉,
後續有將MCU電源的電容加大一點(治標不治本)測試,300W馬達就能夠運轉了,
但是不知道哪個環節出錯,把電源供應器的CH2弄到掛掉了,沒辦法輸出電壓
設定24V,出來的電壓很低,甚至沒有並飄動,猜想是不是馬達的反電動勢往POWER打回去,
想在24V電壓出來最前端加一個200V/30A的二極體作順向保護,不知是否可行??
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Re: dsPIC33EP_PWM控制H橋請教

文章water10735 發表於 週二 3月 24, 2015 10:58 am

後來把干擾排除之後,功能就正常了,
但是可能因為煞車的衝擊,導致兩個104/50V的電容燒毀,
後來改加大為104/100V,
反覆測試幾次,電容沒有在燒毀了,
但是我猜想反電動勢往相對較弱地方打的,
後來測試幾次之後,我的兩組Gate Driver的NGL(控制上臂)均掛掉,
兩顆的異常情形都是一樣的,
另外想請教一下,
為什麼下臂的MOSET都打開了,那還導致Gate Driver的NGL都掛掉
反電動式應該要走最短路徑(mosfet導通全開),
為什麼還會從我的Gate Driver的NGL衝擊打掛,
因為不是會由下臂MOSFET導掉,為什麼還會往上串?
工作說明:
煞車→切換正轉開關(PWM關閉0.2S)→開關切換(PWM關閉200Ms)做後續動作煞車MOSFET控制→
切到反轉(PWM關閉0.2S)後進行反轉MOSFET控制
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Re: dsPIC33EP_PWM控制H橋請教

文章Scott Wang 發表於 週三 3月 25, 2015 1:54 pm

你用10Hz以下去測輸入和各極在dead time時的波形,注意相對應的時間.
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Re: dsPIC33EP_PWM控制H橋請教

文章water10735 發表於 週四 3月 26, 2015 12:03 pm

Scott Wang大大,

做這個的測試是要確認gate driver的dead time是否正常嗎?
另外我有做了一些GATE Driver的波形測試,
分別為
1.NGH對OUT的波形
2.Vboot對OUT的波形
3.OUT對POWER GND的波形
相關波形如下,均為馬達正轉時的波形,GATE Driver-左(控制Q1與Q2)謝謝!!!
1.NGH對OUT的波形

tABqnEA.jpg

2.Vboot對OUT的波形

Qd7hzdV.jpg

3.OUT對POWER GND的波形

NwzH3ea.jpg
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Re: dsPIC33EP_PWM控制H橋請教

文章Scott Wang 發表於 週五 3月 27, 2015 1:43 am

我一直跟你講dead time的問題,不知你是否真的了解了,也就是兩個波形之間不能有任何的交越現象,或接近交越都不行,當一個A波形為Hi時,另一個B波形一定要為Lo,當要轉態時,A波形與B波形之間不能有同時為Hi的機會,否則就有機會燒mosfet了,也就是A與B先關閉休息了,B再轉為Hi.

高頻振盪就會燒壞mosfet,你要先查出是dead time造成熱,或者是馬達干擾造成熱,因過熱而燒壞mosfet.
若你貼出的是10hz以下的波形,看此次的波形裡高頻振盪很嚴重,第3張的中間裡的好像是轉態,若是的話也有問題,轉態不全,造成兩個ON,若是低頻裡有高頻振盪,那你說的干擾問題並沒有處理好,你要再找出來.
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Re: dsPIC33EP_PWM控制H橋請教

文章water10735 發表於 週五 3月 27, 2015 9:21 am

Scott Wang大大,
感謝您的回覆與教導,關於dead time的部分,我是真的很清楚,
在韌體方面pwm的設定,我也都有加入前後各1000ns的死區功能
目前是還沒有使用10hz去測試,現階段燒掉的都是Gate Driver,MCU與MOSFET跟電源部分均沒事,
所以在查為什麼GATE Driver會掛掉,最嚴重的燒毀是整顆pin1.4.5.6.7.8都導通,
看到MOSFET上的dead time波形,發現我軟體設定1000ns好像還不夠長,所以波形上還是有不妥,
懇請給予指教!!! :)

如下波形是mcu所送出的pwm
圖一,提供給Q1&Q2的PWM波形

h3dTw2T.png

vk0BNKj.png

圖二,經過Gate Driver送到Mosfet之後的波形

nc45Y0s.png

圖三,正轉切換至煞車(中間有韌體有設定100ms時間mosfet全關)MCU波形

I9DHJiA.png

圖四,正轉切換至煞車(中間有韌體有設定100ms時間mosfet全關)MOSFET波形

TfLCvCE.png

圖五,MOSFET全關之後,再開啟下臂MOSFET,發現PWM1H還會先凸起一個電壓,之後再為0(這地方感覺不正確)-MCU波形

dm4WMSU.png

qc2eugJ.png

圖六,MOSFET波形

csIKDvA.png
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Re: dsPIC33EP_PWM控制H橋請教

文章Scott Wang 發表於 週五 3月 27, 2015 12:14 pm

第3,6,7,8圖裡的交越就會燒死mosfet了.
第3圖可能是Vgs的內部輸入電容Cgs(Ciss)所引起,它也就是限制輸入頻率的原兇,你可以先將所有的輸入電阻22 Ω拿掉(加了22 Ω輸入電阻之後,會與Cgs(Ciss)形成積分濾波器,降低工作頻率),再把Rgs的10K電阻改為4.7K看看,像R44,R46,R49,R50,若改變有一些效果,可以再試試電阻再低一些,因為工作頻率高,需要更低的電阻幫助Cgs放電.

更改後再測量Vgs的電壓是否足夠讓Vds進入sat.

另一種方式,試試在22 Ω兩端並聯一個1N4148,左正右負,再看看.
更改後再測量Vgs的電壓是否足夠讓Vds sat.

若是Dead Time的中場休息時間不夠,日啊操,暝也操,會累死老驢 ... :(
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Re: dsPIC33EP_PWM控制H橋請教

文章water10735 發表於 週一 3月 30, 2015 8:24 am

感謝回覆,
我會再試一下的,
關於6.7.8圖的部分,
後來確認應該是我程式的問題,
修改之後,這個現象就不存在了,謝謝!!!
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Re: dsPIC33EP_PWM控制H橋請教

文章water10735 發表於 週一 3月 30, 2015 3:10 pm

您好,

試著調整電路一下,結果如下,
好像沒有顯著的改善,兩者還是會有交連現象,
相關波形如下,還請給予建議,非常感謝!!! :D
1.22歐姆並聯1N4148+RGS=10K的波形

jt8QSlL.png

2.22歐姆並聯1N4148+RGS=4.7K的波形

1gvPgkQ.png

3.無22歐姆(短路)且無4148+RGS=4.7K波形

r6y43L6.png
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