MOS管驱动直流24V-500W电机，关断电机脉冲吸收问题

wang479871 · 发表于 2014-1-17 17:34:50

本帖最后由 wang479871 于 2014-1-18 12:48 编辑

这是我之前讨论用继电器还是MOS管驱动直流24V-500W电机发的帖子：http://www.amobbs.com/thread-5563397-1-1.html 。
之所以不用继电器出于以下几点考虑：
1、大功率继电器（比如NT90TP）的接触电阻≤30mΩ，而选用的IRFB4410MOS管导通内阻RDS≤9mΩ，明显MOS管损耗功率要小些。
2、由于电机额定电流有20A，并且是直流电，所以继电器断开触头后会有电弧，断开次数多了后，触头表面的阻抗会增加。
3、用万用表测电机的铜线内阻为0.3Ω，电瓶24V，则启动电流有80A，用PWM控制MOS管软启动，用钳形电流表测，发现启动电流比较平缓，而如果用继电器驱动，电机的启动电流不好解决。

以下是我用MOS管驱动电机的原理图

通电让电机一直工作半个小时，室温13℃，
1、用手触摸保险丝很烫，估计温度50℃以上。
2、用手触摸MOS管温度较温和，估计温度45℃左右（没有加散热片）。
3、其它元件的温度不明显。

接下来用PWM波频繁启动电机(不断的PWM波启动-停止-启动循环），为的是测试启动和停止时MOS管DS两端的脉冲，用示波器测量MOS管两端的电压，探头衰减十倍。以下是测得MOS管DS两端波形

发现在几个脉冲之后有个电压很高的脉冲，脉冲电压130V左右，持续时间140uS左右（MOS管并没有烧坏）。
于是网上查了下压敏电阻的响应时间后得知：压敏电阻导通后需要几毫秒到几秒的时间来恢复。这就是为什么有时候脉冲能吸收，有时候不能。

MOS管的VDSS耐压值为100V，
现在的问题是：有什么更好的方法来吸收脉冲，或者说有什么更好的方法来保护MOS管。

wang479871 · 发表于 2014-1-17 17:36:34

好紧张啊，期待指点ing

wang479871 · 发表于 2014-1-17 19:28:55

提前祝各位新年快乐！
该拿年终奖的拿年终奖啊^_^
该收红包的收红包啊~

SevenLiu · 发表于 2014-1-17 20:23:13

用TVS试试效果

SevenLiu · 发表于 2014-1-17 21:03:41

不用PWM软启动，直接开启MOSFET应该就没有MOV恢复时间问题。LZ直接开通有无试试效果？表示持续关注。

attenabc · 发表于 2014-1-17 21:36:55

应当是吸收电路的功率不够

wang479871 · 发表于 2014-1-17 22:08:57

本帖最后由 wang479871 于 2014-1-18 13:01 编辑

SevenLiu 发表于 2014-1-17 21:03
不用PWM软启动，直接开启MOSFET应该就没有MOV恢复时间问题。LZ直接开通有无试试效果？表示持续关注。 ...

之前考虑过用TVS（瞬态抑制二极管），但没有测试，现在正在TVS管选型

电机直接启动有测试的：
只用12V蓄电池供电，把8A的玻璃管熔断保险丝串联在电路上，
由于电机内阻0.3Ω，理论启动电流有40A。
接下来通电让电机直接启动，发现保险丝烧的通红（由于大电流持续时间短，保险丝并没有烧断），
过了几秒电机完全启动后，保险丝暗了下来，但是里面的保险丝已经明显下垂了，用钳形电流表测有8A多。

通过这个测试得出结论：
用24V电瓶直接启动电机瞬间电流会很大，对保险丝以及电瓶的寿命会有影响，所以有必要软启动。

Elex · 发表于 2014-1-17 23:48:48

如果不考虑功率的问题,TVS可以像稳压管那样直接把尖峰电压钳位.
但考虑持续功率耗散, 用TVS不一定hold得住,可能发热很快就把TVS烧坏.
可以通过测量计算除去RC吸收电路后的负载特征阻抗(不是电机直流电阻),然后再用等于特征阻抗的吸收电阻和合适的电容去吸收尖峰
这样可以把尖峰能量消耗在吸收电阻上以免消耗在其它半导体器件上造成热击穿.
合适的RC可以完全抑制尖峰, 具体需要调试.可以先用2200p电容,再调节电阻大小.找到合适电阻后再调整电容大小. 电容也不是越大越好的,大了反而增加电阻发热.

liubin1109 · 发表于 2014-1-18 00:45:35

看MOS管G的上升沿！
R9换成2K，D5要并10K电阻。

bailao99 · 发表于 2014-1-18 09:38:31

以前也做个24V-500W的电机驱动，电路结构和楼主一致，有差异之处为：
1、没有加32A保险，如果加，也是40A以上
2、MOSFET选用60V，2mΩ的管子
3、没有采用RC削峰，只采用1nF 100V电容对电源
4、续流二极管采用一个20100
5、开关没有采用PWM
6、MOS驱动采用集成的驱动芯片，和G之间串12Ω
产量已经超过10K，以后年用量也会超过5K

对比楼主的示波器图形，高度怀疑测量存在问题。

我仔细查了ST的高边开关应用文档，加了续流二极管后，输出端对地也就是-1V左右，见下图

LZ为低边驱动，驱动端对地也应该是25V左右(比电源高1V)
建议LZ简化电路，重新测量，期待后续结果

如下

bailao99 · 发表于 2014-1-18 09:39:54

bailao99 发表于 2014-1-18 09:38
以前也做个24V-500W的电机驱动，电路结构和楼主一致，有差异之处为：
1、没有加32A保险，如果加，也是40A以 ...

前一帖无法上传图片，此帖补上

bailao99 · 发表于 2014-1-18 09:55:48

本帖最后由 bailao99 于 2014-1-18 10:04 编辑

一个很大的疑问：LZ的管子内阻两个两联后等效为4.5mΩ，持续电流20A，那么管子上的功耗为20*20*4.5/1000=1.8W，LZ的PCB散热做得很好，热阻为30度/瓦，温升为54度，打点折扣，温度也会高于40度，可是实际测量温升为30度，比较奇怪，希望LZ能用测温仪测试一下。
有两种可能出现温升小于计算值：
1、MOS的实际内阻小于8mΩ(手册上典型值8mΩ，最大值10mΩ)
2、PCB散热面积足够大，热阻降到了20度/瓦

看了楼主的需求，发现居然和以前设计需求相同：我以前是6个500W的风扇

lcmdw · 发表于 2014-1-18 11:15:56

学习

SevenLiu · 发表于 2014-1-18 11:39:20

bailao99 发表于 2014-1-18 09:39
前一帖无法上传图片，此帖补上

能否介绍下你的驱动IC型号和PMOS型号？

l.htlht · 发表于 2014-1-18 12:01:28

MOS管启动

wang479871 · 发表于 2014-1-18 12:10:35

本帖最后由 wang479871 于 2014-1-18 13:49 编辑

liubin1109 发表于 2014-1-18 00:45
看MOS管G的上升沿！
R9换成2K，D5要并10K电阻。

这是我测试的波形，左边的图是电路没改的，右边的图是改过的（R9改成2K，D5并联10K电阻），
以地为参考，蓝色的波形是MOS管G极，黄色的波形是MOS管的D极。
图一和图二的脉冲电压都有110V。
实际测试发现，效果不明显，说明这与MOS管的导通时间快慢对电机的脉冲影响不大

wang479871 · 发表于 2014-1-18 12:43:28

本帖最后由 wang479871 于 2014-1-18 13:33 编辑

bailao99 发表于 2014-1-18 09:38
以前也做个24V-500W的电机驱动，电路结构和楼主一致，有差异之处为：
1、没有加32A保险，如果加，也是40A以 ...

谢谢你的热情~

下面我解释一下：
1、本人之前只搞过小功率的驱动，一下子搞500W的电机有压力，所以只用32A的保险丝，以后如果用保险丝的话，会考虑用40A以上
2、MOSFET之所以选用IRFB4410（100V，9mΩ），担心电机启动和断开时的脉冲把MOS管烧坏，所以选用100V的。
3、实际测试过，有没有加RC削峰效果不明显（可能是我的RC参数不对）。
4、MBR20100肖特基二极管有点怕怕的感觉，在成本允许的前提下，我会考虑用好点的。
5、之所以用PWM软启动是因为直接启动电流有点大，我猜测MOS驱动集成芯片有这个软启动功能，过几天买个MOS驱动集成芯片测试下。
6、这个示波器测量我觉得是没有问题的。我这个图是“PWM波频繁启动电机-停止电机”所做的测试，为的是测量MOS管DS两端的脉冲。
当然电机正常工作时是没有MOS管两端是没有脉冲的，用示波器测了下，IRFB4410MOS管DS两端压降只有60mV。
7、你说的”低边驱动“是不是指MOS管低电平驱动？我这个IRFB4410是高电平驱动，驱动电压用7812稳压输出12V驱动。

surken · 发表于 2014-1-18 13:18:19

关注中，楼上的，低边驱动是指负载接在电源端管子是接在地端的，高边驱动就刚好反过来了。有专门的低边开关管和高边开关管，也叫低侧开关高侧开关。

surken · 发表于 2014-1-18 13:22:28

专用的高低侧开关管有过流过压超温保护还有EMI抑制功能。

liubin1109 · 发表于 2014-1-18 15:38:34

想看下LZ的测试环境、走线/线粗细。

wang479871 · 发表于 2014-1-18 15:59:55

本帖最后由 wang479871 于 2014-1-18 16:04 编辑

liubin1109 发表于 2014-1-18 15:38
想看下LZ的测试环境、走线/线粗细。

这是PCB的实物图和PCB图

wang479871 · 发表于 2014-1-18 16:49:56

bailao99 发表于 2014-1-18 09:55
一个很大的疑问：LZ的管子内阻两个两联后等效为4.5mΩ，持续电流20A，那么管子上的功耗为20*20*4.5/1000=1. ...

我查了下MOS管驱动芯片”IR2104S “，单价2.7￥左右，如果要驱动6个电机，单驱动芯片就要2.7*6=16.2￥
不知仁兄你用的是什么芯片，可否参考下你的驱动电路？

liubin1109 · 发表于 2014-1-18 18:40:14

本帖最后由 liubin1109 于 2014-1-18 18:41 编辑

这MOS管下面的走线也忒难看了吧

铜箔不是越大越好，电流大就露铜加焊铜线/铜条，
吸收电路走那么远，不会指望MOS管来吸收吧。。。
C1负极不应该取MOS管S极，电流大MOS管S极到JP5是会有电位差的。。。
你自己都知道电流有20A，你用那么细的电线做测试，而且电线穿过元件那么乱，唉。。。
下图仅供参考

另，示波器一端接JP5，一端接A点，再看看

bailao99 · 发表于 2014-1-18 18:51:40

SevenLiu 发表于 2014-1-18 11:39
能否介绍下你的驱动IC型号和PMOS型号？

驱动IC ZXGD3003E6
NMOS RU6199

bailao99 · 发表于 2014-1-18 18:59:35

liubin1109 发表于 2014-1-18 18:40
这MOS管下面的走线也忒难看了吧
铜箔不是越大越好，电流大就露铜加焊铜线/铜条，
吸收电路走那么 ...

楼上高见，大电流驱动和PCB布局有关。
测试结果和测量点有关

另外，楼主测得DS压降60mV，电流多大？，电压乘以电流就能算出管子功耗了。

大功率驱动的PCB布局还要考虑散热，一个管子还不是很明显，6个管子的布线就要花点功夫了

JQ_Lin · 发表于 2014-1-18 21:18:34

3、用万用表测电机的铜线内阻为0.3Ω，电瓶24V，则启动电流有80A，用PWM控制MOS管软启动，用钳形电流表测，发现启动电流比较平缓，......

注意概念错误。
用PWM控制的软启动，“启动电流比较平缓”，并不意味着启动时通过电机绕组的电流的峰值减小了，它该多大还是多大，照样是80A，只不过通通断断罢了。

1、用手触摸保险丝很烫，估计温度50℃以上。

保险丝本来就是不应该加的。
保险丝是个电阻。加了它，反而影响了续流效果。

发现在几个脉冲之后有个电压很高的脉冲，脉冲电压130V左右，持续时间140uS左右（MOS管并没有烧坏）。
于是网上查了下压敏电阻的响应时间后得知：压敏电阻导通后需要几毫秒到几秒的时间来恢复。这就是为什么有时候脉冲能吸收，有时候不能。

压敏电阻是否起到了作用，根据反电动势脉冲的幅度即可判别。
如果，反电动势脉冲的幅度都限制在24V多一点的水平，那么，说明起到了作用的是续流二极管，而不是压敏电阻。
所以，只要加入合适的续流二极管即可。

wang479871 · 发表于 2014-1-18 21:20:07

本帖最后由 wang479871 于 2014-1-18 21:51 编辑

liubin1109 发表于 2014-1-18 18:40
这MOS管下面的走线也忒难看了吧
铜箔不是越大越好，电流大就露铜加焊铜线/铜条，
吸收电路走那么 ...

非常感谢“liubin1109”的指点，之前没有上传原理图和PCB，让你在我的图片上修改，实在是不好意思啊.......
这是我画的原理图和PCB

不怕你笑，乍一眼我看你画的图以为只是把我的图片截屏而已，仔细看了好几分钟后才注意细节：
1、电流大的走线单点连接（我的理解是：这样可以减小压降）。
2、在覆铜的地方特意变窄（这反面我还要补习下，之前以为开关电源才要这样）。
3、稳压输出12V的地连接输出电容的阴极（我的理解是：这样稳压效果好些）
4、我很好奇为什么Q6MOS管的G极用跳线？是因为我原先布线太近了不安全吗？

anxiangbo · 发表于 2014-1-18 21:51:59

搬个板凳来听课！楼下的继续

mtswz.213 · 发表于 2014-1-18 21:59:08

这个要加吸收电容，加在mos官上，引脚越短越好，就在MOS官上，更IGBT吸收电容类似！

PCBBOY1991 · 发表于 2014-1-18 22:48:57

为iubin1109和bailao99同学的人品赞一个！

wang479871 · 发表于 2014-1-18 23:20:06

JQ_Lin 发表于 2014-1-18 21:18
注意概念错误。
用PWM控制的软启动，“启动电流比较平缓”，并不意味着启动时通过电机绕组的电流的峰值减 ...

我有几个疑问：
1、用PWM软启动不合适？那先用12V做启动，待电机转动后再切换到24V驱动？还是其它软启动方法？抑或没必要软启动？
2、不应该加保险丝？那万一电机故障导线短路了呢？或者有其它好的电机保护方案？
3、我实际测试，有没有加压敏电阻，效果不明显，我明天把续流二极管拆下来，焊接在MOS管试一下

liubin1109 · 发表于 2014-1-18 23:38:42

本帖最后由 liubin1109 于 2014-1-18 23:44 编辑

wang479871 发表于 2014-1-18 21:20
非常感谢“liubin1109”的指点，之前没有上传原理图和PCB，让你在我的图片上修改，实在是不好意思啊..... ...

随便画了下，20A的电流，PCB宽度10mm差不多就够了，

另，散热器用白色的，不加矽胶片，电流亦会通过MOS管自带的散热片流向散热片固定脚

JQ_Lin · 发表于 2014-1-19 00:19:23

wang479871 发表于 2014-1-18 23:20
我有几个疑问：
1、用PWM软启动不合适？那先用12V做启动，待电机转动后再切换到24V驱动？还是其它软启动 ...

１．软启动，是让电机慢慢提速，或者避免启动时过大的冲击电流。如果实际应用中需要软启动，那就用呗。PWM软启动也是选择之一，没什么不可以的。
我上面的回复指出的是你理解的错误。
２．如果什么都要考虑万一短路的情况发生，那么电路中就该有更多的熔断器了。
如果你非要为电机加保险丝的话，那么它必须处于续流二极管和电机绕组的回路之外，亦即确保续流二极管并接于电机两端。
你１楼电路的错误就在于，把保险丝串接于续流二极管和电机绕组的回路之中，破坏了续流二极管作用的发挥。
３．只要续流二极管起到了作用，压敏电阻就毫无用途。拆掉！
４．前面忘记说了，ＲＣ缓冲在此也无用。拆掉！

SevenLiu · 发表于 2014-1-19 20:32:03

楼主，是否测试过RC或MOV并在MOSFET DS端？

xl1736 · 发表于 2014-1-20 03:27:57

看了几位高手的意见，小弟我来说下我的看法哈。
1、建议LZ吸收二极管管子离电机近一点，吸收脉冲的效果会好很多。
2、另外电机线圈是电感，启动瞬间电流不能按照存阻性的欧姆定律来算（具体公式我忘了，跟克服静摩擦所需要的电流大小有关）
3、RC回路我认为没用，那玩意大多数见用在可控硅调功保护里面

xl1736 · 发表于 2014-1-20 03:34:35

另外，如果这个电机不需要正反转，建议选择现成的开关电源芯片UC8342等，便宜，而且功能强大。

SevenLiu · 发表于 2014-1-20 10:17:27

JQ_Lin 发表于 2014-1-18 21:18
注意概念错误。
用PWM控制的软启动，“启动电流比较平缓”，并不意味着启动时通过电机绕组的电流的峰值减 ...

严重不同意你的"启动电流照样80A,不过通通断断罢了"这个观点，我认为电机线圈有电感，要考虑PWM 导通时间内电流能上升到的最大值。有个公式V=L*di/dt.应可解释这点。

JQ_Lin · 发表于 2014-1-20 13:24:10

SevenLiu 发表于 2014-1-20 10:17
严重不同意你的"启动电流照样80A,不过通通断断罢了"这个观点，我认为电机线圈有电感，要考虑PWM 导通时间 ...

哈哈，你说的对。不过，我也没有说错。

常规下，PWM的最小脉宽时间应当大于电流上升时间的。亦即在该脉宽时间内，过渡过程已经结束，电流已经上升到了最大稳定值。
所以，我在回复楼主的问题时，是忽略电流的上升时间了的，“电流该多大还是多大”，是指通过电机绕组的电流能够达到的最大峰值。

zjk · 发表于 2014-1-21 14:06:53

mark ，来看看

fivetrees · 发表于 2014-2-17 12:53:53

提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

hopefly2 · 发表于 2014-2-24 09:35:07

学习了！期待lz后期改进结果

baikenor · 发表于 2014-2-24 13:16:38

吸收一般用CBB电容或者云母电容看看IGBT的保护电路

oauming · 发表于 2014-2-28 14:03:43

最近也做类似的，参考一下。

yinhe · 发表于 2014-7-7 10:10:53

记录一下，很重要的资料

北漂的木木 · 发表于 2014-7-7 10:38:16

本帖最后由北漂的木木于 2014-7-7 10:41 编辑

在这个电路中，如果续流二极管都不能起作用，还指望什么来嵌位。什么ＲＣ吸收、压敏电阻、都是浮云。。。

要明白尖峰从哪里来的。。。
建议在电机的接线口加好的肖特基，这个很关键。
补充下，在ＭＯＳ管的Ｇ对地加个下拉电阻吧，不差那两分钱。

xly · 发表于 2014-7-7 10:50:49

加TVS不现实，可以在DS两端并阻容吸收，可以降低尖峰电压。 G极电阻１０R可以适当增加到２０-４０试试。

luosheng · 发表于 2014-7-23 08:14:19

楼主，能QQ交流下吗？659863506

zqbing · 发表于 2014-7-23 08:28:59

xly 发表于 2014-7-7 10:50
加TVS不现实，可以在DS两端并阻容吸收，可以降低尖峰电压。 G极电阻１０R可以适当增加到２０-４０试试。 ...

你好，这个RC参数有详细的介绍吗，怎么选取，我总有看到别人说加RC有效果为啥我试过很多组，基本没作用？

mangocity · 发表于 2014-7-24 10:40:37

学习了。木有搞过这么大功率的电机

520雪域 · 发表于 2016-3-7 19:34:03

楼主想问一下你有这个驱动电路最新的原理图可以发一个吗？期待！！!

520雪域 · 发表于 2016-3-8 16:45:30

想问大家一下，这个电路可以用IR2104代替吗？

liupanliang · 发表于 2016-3-8 19:09:16

mark

MOS管驱动直流24V-500W电机，关断电机脉冲吸收问题

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