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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Mit Mega128 IRF2104 ansteuern


Autor: Alex S. (thor368)
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Tach!

Ich melde mich gleich mal mit einem richtigen Hammer zum ersten mal zu 
worte.

Einleitung: Ich baue mir momentan einen Induction Heater. Mit der 
Hardware bin ich eigentlich schon feritg. Da geht es eigentlich nur noch 
um den den Feinschliff. Ärger macht mir momentan der Controler.

Zum Aufbau: Eigentlich recht klassisch.
Fettes Netzteil: 1kW Rinkerntrafo mit Kfz Gleichrichter(50A;) und 5mF 
Blitzelko.
Endstufe mit Treiber: IRF2104 mit zwei IRFP260N. Die Ausgänge des 2104 
habe ich noch mit einem Komplementärpärchen aus NPN und PNP 
verstärkt(die Gatekapazitäten der 260 sind schon recht hoch).
(Micro-)Contoler: Ein Mega128 mit dem üblichen Versorungsgemüse.

So mein Problem ist jetzt die Ansteurung des 2104. Da mein Netzteil 
nicht ohne Weiteres regalbar ist muss ich die Leistungsreglung mit dem 
duty cycle der Endstufe regeln.

Das schreit förmlich nach einem 16bit Timer. Wäre auch eine sehr 
elegante Lösung. Ich sitzte da jetzt schon 2 Tage dran aber das 
Interface des 2104 könnte nicht unkompatibler sein. Es hat eine select 
und eine enable Leitung. Das heißt ich kann nur auswählen welcher der 
beinen Mosis grad an ist und ich kann das ganze Chip abschalten.

Von der Logik her lässt sich das lösen. Ich brauche dafür zwei OC-Pins. 
Der ertse macht für den select-Eingang ein 1:1 Rechteck. Der Zweite gibt 
an das enable ein PWM aus, das die Einschaltdauer des jeweiligen Mosis 
bestimmt.
Das muss aber jedes mal beim Toggeln des selects passieren! Es gibt aber 
kein Timermodus, der es erlaubt OC1A zu toggeln aber OC1B bei BOTTOM zu 
setzten und beim match zu clearen.
Diese Modi GIBT ES EINFACH NICHT ZUSAMMEN!

Das Problem ist also, dass die select Leitung erst die halbe Phase rum 
hat, wenn das Enable schon wieder von Vorne anfangen soll. Zum 
verdeutlichen des Signalverlaufes habe ich mal ein bisschen gemalt(siehe 
Anhang).

ARG! big confusion

Habt ihr eine Ahnung wie man diese Steueraufgabe lösen kann?

Thor

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Der IR2104 ist halt etwas ungünstig gewählt. Was spricht gegen einen 
anderen Treiber? z.B. der IR2110. Der ist auch viel kräftiger als der 
IR2104.

Eine Möglichkeit wäre, zwei getrennte Timer zu nehmen:
Der erste macht das 50:50 Signal, der andere die PWM. Wenn beide 
gleichzeitig gestartet werden, dann müssten diese auch synchron bleiben.

Wäre es mal möglich den Schaltplan zu sehen? Das Projekt klingt nämlich 
interessant-

Autor: Alex S. (thor368)
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Tach benedikt!

Der 2104 ist es halt genau desswegen weil, ähm, naja, der war halt grad 
da...

Übrigends danke für den Tip, als nächstes wird's wohl der 2110.

Jo an zwei Timer hab ich auch schon gedacht. Scheint bisher auch die 
beste Variante zu sein. Sie hat allerdings einen kleinen Nachteil. Wie 
du schon angesprochen hattest, sie müssen synchron sein und bleiben. Ich 
glaube auch, dass wenn sie erstmal synchron sind, werden sie das auch 
bleiben. Aber Ich brauche mindestens 3 Prozessortakte um beie TCCR 
Register zu setzen.

Naja, mit ein bisschen ausprobieren wirds schon gehen aber elegant ist 
es halt nicht;)

Uff, Sachaltplan. Da muss ich erstmal den Stift zücken. Bisher besteht 
das Projekt nämlicher eher aus "mal eben zusammengefriemelten" Modulen 
(ich beeil mich aber!).

Thor

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Reiner Zufall schrieb:
> Ich
> glaube auch, dass wenn sie erstmal synchron sind, werden sie das auch
> bleiben. Aber Ich brauche mindestens 3 Prozessortakte um beie TCCR
> Register zu setzen.

Ja, das ist ein kleines Problem, das man aber zumindest in Assembler gut 
lösen kann: Der Timer der zuerst gestartet wird, wird einfach auf einen 
entsprechend niedrigeren Wert voreingestellt, so dass beide dann 
wirklich synchron laufen.

Autor: Alex S. (thor368)
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Tach!

So jetzt hab ich endlich Zeit gefunden den Schaltplan zu malen.

Viel zu sehen ist eigentlich nicht. Den Controler und die Coil hab ich 
mir mal gespart. Das interessanteste wird sowieso die work coil ab zu 
stimmen.

Eventuell werde ich da später noch mit ADCs die Leistungsaufnahme und 
den Nulldurchgang überwachen. Das steht momentan aber noch in den 
Sternen. Erstmal will ich überhaupt Leistung verbraten können;)

Nachher gibt's auch noch Fotos. Jetzt muss ich aber erstmal 
Essenmachen...

Thor

Autor: Alex S. (thor368)
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ARG! Anhang vergessen...

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

Hardwarelösung: Dein unteres Signal ließe sich recht einfach mit einem 
D-Flip-Flop (74xyz74) aus dem oberen erzeugen.

MfG Spess

Autor: Alex S. (thor368)
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Tach!

@Spess:
Tja, zu spät! Ich bin schon fertig. Läuft nach viel ausprobieren und 
Takte zählen endlich. gähn
Trotzdem, THX.

So und  hier nun die Versprochenen Fotos. Die Work Coil ist noch nicht 
"fotoreif". Da wird noch gebastlet. Das ist dann aber auch das letzt was 
noch gemacht werden muss.

Dann heißt's M10 schmelzen... sabber

Thor

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Danke für die Bilder.
Das ganze sieht sehr einfach aus. Wenn du Ergebnisse hast, poste die 
unbedingt, vor allem wie Spule. An der Stelle bin ich bisher immer 
gescheitert...

PS: Ich würde noch eine schnelle (Schottky-) Diode parallel zu den 
Mosfets schalten, um die Ströme nach dem Abschalten durch die PWM 
weiterfließen zu lassen. Die IRFP260 nicht nicht unbedingt die 
schnellsten, und da die Ströme doch sehr hoch sein, sollten die Dioden 
die Erwärmung der Mosfets deutlich reduzieren.

Autor: Alex S. (thor368)
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So nach Monaten der Siliziumoxidproduktion habe ich ein erstes Ergebnis!

Also erstmal habe ich direkt nach meinem letzten Posting meine schönen 
Mosis geschossen*grmpf*. Ich brauchte also neue Handwärmer.

Ich hätte beinahe das sabbern angefangen, als ich bei einem Freund einen 
alten Motorkontroler ausgegraben habe. Die Dimensionen der Thyristoren 
schienen mir für meinen Einsatzzweck geeignet...

Foto gibt es im Anhang. Elektrisch sind sie noch ein bisschen imposanter 
als mechanisch: 466A(Itm) bei 1200V.

Das einzige Problem bei den Dingern ist, dass sie extrem langsam 
sperren. tq irgendwas über 200µs. Mit gewalt kriegt man sie auf 5kHz. 
Die Resonanzfreqenz der Workcoil liegt allerdings knapp vor 60kHz. Ich 
kriege also kaum Leistung in die Spule.

Man muss das ja auch so betrachten, dass man mit jedem Hub Energie in 
die Spule schaufelt. Um so weniger Hübe pro Sekunde um so weniger 
Energie bekomme ich in die Spule. Es geht also nicht nur um die 
Resonanz.

Momentan habe ich das Modul in klassischer Brückenschaltung. Also 2 Thys 
in Reihe. Einer hat die Anode an VDD und die Kathode an der Anode des 
zweiten. Dieser hat seiner Kathode an Masse. Zwischen den Beiden kann 
man dann den Kopplungskondensator dranhängen. Auf diese Weise kann man 
Thys auch DC schalten.

Man muss nur tierisch aufpassen, dass man nicht den zweiten Thy zündet 
befor der erste nicht aus ist. Falls das passiert gibt es 
Crossconduction und die lässt sich nur durch Stecker ziehen abschalten.

Naja, jetzt warte ich erstmal bis das Packet von Schukat da ist. Ich 
habe mich endlich dazu durchgerungen mir einen vernünftigen Treiber und 
den Resonanzteil der Workcoil zu bestellen.

Schaltpläne und Einzelheiten später.

Thor

Autor: Alex S. (thor368)
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Tja, schade das mein Projekt auf so wenig interesse stößt. Egal, dann 
gibt es zur Abwächslung mal wieder ein Problem:

Ich wollte mit den neuen IR2183 eigentlich ein ziemlich übles Problem 
beheben: Mir waren beim Aufdrehen der Leistung(PWM) regelmäßig die 
MOSFETs abgeraucht. Dieses Problem stellt sich jetzt wieder. Witzig ist, 
dass ich zuerst dachte das Problem nun endlich gelöst zu haben.

Leider war das selbstver*****e. Zum ausprobieren der neuen Bauteile habe 
ich erstmal nur die halbe Versorung angeklämmt(entspricht 42V). Das hat 
gut funktioniert. Also wollte ein bisschen nachlegen und habe die 
Schaltfreqenz auf Resonanz abgestimmt(war vorher 74kHz; Resonanz: 
145kHz). Gleichzeitig habe ich auch die Versorgung auf 85V angehoben.

Ich bin nicht mal bis 20% gekommen(da schaltet der obere mosi grad erst 
ein -> deadtime) bevor mir beide mosis geraucht haben. Beide sind 
durchgeschlagen.

Ich würde auf Überspannung tippen. Der Strom ist bis zum Knall nicht 
über 3A gestiegen. Dann ist jetzt halt die Frage an was das liegt und 
wie ich das beheben kann. Vielleicht ist es die Blindinduktion der 
workcoil in Verbindung mit der hohen Versorgungsspannung.

Thor

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Alex S. schrieb:

> Ich bin nicht mal bis 20% gekommen(da schaltet der obere mosi grad erst
> ein -> deadtime) bevor mir beide mosis geraucht haben. Beide sind
> durchgeschlagen.

500ns Deadtime sind bei >100kHz auch ziemlich viel. Wenn die Ansteuerung 
flott ist, sollten 100ns ausreichen.

> Ich würde auf Überspannung tippen.

Hmm, die IRFP260 halten >200V aus, du hattest gerade mal 85V. Da sollte 
eigentlich noch Luft sein.
Hast du die schnellen Dioden antiparallel zu den Mosfets wie ich es 
empfohlen habe? Bei einem PWM und einem Resonanzkreis fließt der Strom 
auch in der Abschaltphase weiter und zwar über die Bodydioden der 
Mosfets die mit rund 250ns nicht wirklich schnell sind. Währen diesen 
250ns herrscht dann in jedem Takt ein Kurzschluss wenn der andere Mosfet 
einschaltet, was deutliche Verluste in den Mosfets erzeugt.

Das Problem und eine Lösung ist hier beschrieben:
http://richieburnett.co.uk/sstate3.html

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