Diseno de la Tarjeta Controladora Micro-Step Unipolar "Mardus-Kreutz"

Snubber es un circuito disenado para suprimir transientes electricos. frecuentemente los producidos por cargas inductivas donde una interrupcion subita del flujo de la corriente crea una subida abrupta de voltaje. Esta ultima puede crear ruptura de los dispositivos semiconductores de control, en nuestro caso, los Mosfets.

Existen "snubbers" para proteger contra di/dt o un incremento abrupto de la corriente en el momento de encendido o cerrado de un circuito, y existem snubbers disenados para evitar subidas abruptas del voltaje (dV/dt) en el momento de la apertura de un circuito (o apagado) con carga inductiva, este ultimo es el que nos referimos.

Los snubbers de este ultimo tipo pueden ser activos y pasivos, los pasivos pueden tener un componente resistivo, un capacitor y un diodo de alta velocidad. En nuestro caso, es un capacitor y un resistor, por lo tanto es del tipo RC.

Se calculan para que la energia almacenada en la inductancia se derive hacia el capacitor, el resistor sirve para limitar la corriente (di/dt) en el momento del encendido del dispositivo que provocaria una descarga de la energia almacenada en el capacitor para prepararlo para el proximo ciclo.

el hecho de que este circuito maneja grandes energias, en forma de pulsos de corriente, determina los componentes que se emplean para el mismo: resistores no inductivos y de potencia, y capacitores de baja resistencia interna y capacidad constante en un amplio rango de frecuencias, tambien con caracteristicas no inductivas, con dielectrico de pelicula plastica y electrodos metalizados o doble metalizados. Fundamentalmete los de polypropileno metalizado.

Hola Kreutz,

Que tipo de circuito devemos utilizar pra reduzir el ruido que un motor de paso produce cuando es alimentado por una tarjeta tipo chopper?

El ruido es prodicido por harmonicas de la frecuencia principal?

Como podemos calcular los componentes para una corriente cualquiera?

Cita:

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Iniciado por Cristal

Hola Kreutz,

Que tipo de circuito devemos utilizar pra reduzir el ruido que un motor de paso produce cuando es alimentado por una tarjeta tipo chopper?

El ruido es prodicido por harmonicas de la frecuencia principal?

Como podemos calcular los componentes para una corriente cualquiera?

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El ruido se produce por sub armonicas de la frecuencia de chopper. El metodo de supresion de este ruido depende del tipo de circuito de chopper, el chopper de frecuencia fija la ocurrencia de este tipo de ruido audible se debe generalmente a problemas de estabilidad en el circuito de control de corriente.

En circuitos de tiempo constante de apagado el tiempo de apagado pasa a ser un multiplo del tiempo programado. La primera causa es el ruido electrico que puede disparar el circuito de regulacion, el transiente producido por el tiempo de recuperacion de los diodos en paralelo con los conmutadores de potencia es responsable en gran parte de este fenomeno ya que ese transiente circula por las resistencias sensoras de corriente.

Cuando el voltaje inducido por el transiente es mayor que el voltaje de referencia el flip-flop que controla la modulacion de corriente se resetea de forma prematura.

Otra causa son las inductancias parasitas en los componentes utilizados (fundamentalmete los resistores sensores de corriente) y el circuito impreso (PCB) mal disenado.

La solucion a gran parte de estos problemas es un conjunto de medidas:

Diseno apropiado de los retornos de tierra de la parte de potencia y el circuito de control, filtraje apropiado de la fuente de alimentacion y cableado torcido para evitar induccion de ruido de modo comun, el uso de circuito de "blanking" que comprende el tiempo nominal del transiente de corriente de recobrado de los diodos, y el uso de una frecuencia de conmutacion (chopper) en el rango de los 30 Khz a 50 Khz. Uso de cables cortos y del calibre apropiado para las corrientes es algo fundamental entre la fuente de alimentacion y el circuito de potencia. Yo recomiendo el uso de un capacitor de 470 uF en paralelo con un capacitor de pelicula plastica (o polypropileno) de 1 uF /250 volt a la entrada de voltage de alimentacion de potencia en la tarjeta, ademas del filtraje apropiado en la fuente de alimentacion.

Algunas de las medidas extras es filtrar el voltage de entrada al comparador (filtro RC) para atenuar los picos de corriente de que hablamos cuando no se usa tiempo de "Blanking" en el diseno. (esos picos de corriente estan en el rango de los 60 a 150 nano-segundos por lo que se requiere de un osciloscopio de gran ancho de banda (200 Mhz o mayor) para verlos.

En controladoras bipolares se recomienda que, a bajas corrientes o durante el tiempo de reposo, se emplee una conmutacion de una sola fase en lugar de desabilitar el puente completo, para que el "ripple" de torque y corriente sea menor. Esto se debe implementar en el diseno de la controladora.

En el caso de controladoras bipolares yo recomiendo los disenos con tiempo de apagado (de chopping) variable proporcional a la corriente en el enrollado y con uso de recuperacion rapida o lenta (automatica) dependiendo del cuadrante de la corriente sinusoidal para lograr mayor fidelidad en la forma de onda de corriente, asi como el empleo de tiempo de "blanking" ajustable entre 900 nanosegundos y 2.2 microsegundos.

Como ves, no existe una solucion "universal" para este problema. El uso de los componentes adecuados y el diseno del controlador de los mosfets de salida para que proporcione tiempos de apagado cercanos a el tiempo de recobrado de los diodos en paralelo ayuda mucho a reducir el fenomeno. (por la reducion del ruido producido por picos de voltaje y corriente en la etapa de salida)

Gracias Kreutz por la explicacion.

En mi caso en particular, estoy utilizando una tarjeta CNC3AX del sitio frances, (estoy esperando tu version final para construirme una) y me va muy bien, pero los motores hacen mucho ruido cuando estan estacionarios, cuando estan en movimiento el ruido es muy bajo. Pero el ruido es en los motores.
No se si conoces la tarjeta, ( http://mac1.ifrance.com/cnc3ax/index.htm ) pero utiliza el L297 con una frecuencia de 20KHz (que ya esta por encima de la audicion).

Cita:

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Iniciado por Cristal

Gracias Kreutz por la explicacion.

En mi caso en particular, estoy utilizando una tarjeta CNC3AX del sitio frances, (estoy esperando tu version final para construirme una) y me va muy bien, pero los motores hacen mucho ruido cuando estan estacionarios, cuando estan en movimiento el ruido es muy bajo. Pero el ruido es en los motores.
No se si conoces la tarjeta, ( http://mac1.ifrance.com/cnc3ax/index.htm ) pero utiliza el L297 con una frecuencia de 20KHz (que ya esta por encima de la audicion).

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Gracias por el "link", algo asi queremos hacer pero con las tres salidas de potencia independientes, de forma que pueda conectarse una salida unipolar o bipolar si se desea.

El ruido es producido por el efecto de que hablamos anteriormente, sub-armonicas de la frecuencia del Chopper (20 Khz), el L297 no te permite controlar independientemente el "blanking time" (excepto si usas un oscilador exterior por la entrada de Sync).

Hay otro efecto que puede presentarse tambien, aunque es mas comun en controladoras microstep. Se debe a la corriente minima que es capaz de regular el circuito de Chopper. A partir de cierto valor minimo no es posible regular la corriente, el efecto se manifiesta en el primer paso de la forma de onda sinusoidal (y el ultimo) y puede provocar inestabilidad y ruido audible.

Veo que el autor del diseno coloco un filtro RC a la entrada del comparador del L297 para ayudar a filtrar los transientes.

Por nada Kreutz,


Puedo probar algo en mi circuito, cambiar el oscliador interno por el sync (un 555 sirve o necesita algo mas elaborado?), pero necesito entender mejor el "blanking time", me puedes dar unas ideas?

Como seria ese tipo de circuito?

Cuando te refieres al tiempo nominal del transiente de corriente de recobrado de los diodos, esos diodos son los diodos que pondriamos en los FETs (Source /Drain) o entre las bobinas del motor?(Source /Drain).

En este circuito en particular lo que he verificado es que si pongo los diodos rapidos entre Vmotor (alimentacion del motor) y bobinas del motor, el torque cai muchisimo, pero si los pongo en el FET sigue igual.

Me resulta muy interesante, y puedo ver los avances que han realizado. Quisiera saber se an avanzado respecto a algun sistema de antiresonancia en la mid-band... Muchas gracias...

Cita:

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Iniciado por Cristal

Por nada Kreutz,


Puedo probar algo en mi circuito, cambiar el oscliador interno por el sync (un 555 sirve o necesita algo mas elaborado?), pero necesito entender mejor el "blanking time", me puedes dar unas ideas?

Como seria ese tipo de circuito?

Cuando te refieres al tiempo nominal del transiente de corriente de recobrado de los diodos, esos diodos son los diodos que pondriamos en los FETs (Source /Drain) o entre las bobinas del motor?(Source /Drain).

En este circuito en particular lo que he verificado es que si pongo los diodos rapidos entre Vmotor (alimentacion del motor) y bobinas del motor, el torque cai muchisimo, pero si los pongo en el FET sigue igual.

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El tiempo de recobrado es el de los diodos intrinsecos a la mayoria de los MOSFETs de potencia entre Drain y Source. Si pones diodos en paralelo con los Mosfets y estos ya tienen diodos lo que sucede es que para que te funcione bien los diodos que pones (extra) tienen que estar a la misma temperatura de los diodos internos del Mosfet y ser mucho mas rapidos que estos.

Si pones los diodos en paralelo con el enrollado del motor pierdes el torque porque los diodos derivan la corriente que tiene que circular por el enrollado opuesto al activo durante el tiempo de apagado del chopper de forma que la corriente sea alterna en esa fase. En ese caso solo circula media onda, o sea, corriente directa (DC) y el motor se frena.

Para limitar el dv/dt y el voltaje pico se usan Snubbers: RC o DRC (Resistor-Capacitor o Diode-Resistor-Capacitor), o un Diodo Zener de potencia para limitar el pico de voltaje durante el tiempo de recobrado, esos si pueden ser puestos entre un borne del enrollado y VCC.

Mas tarde te mando la informacion sobre el oscilador externo al L297.

DIAGRAMA EXPLICANDO EL TIEMPO DE "BLANKING"

El oscilador externo puede hacerse con un LM555 como en nuestra tarjeta "Mardus Kreutz", busca en el diagrama esquematico donde aparece el oscilador "chopper" con LM555, ahi estan las ecuaciones de calculo. Nosotros terminamos usando uno de los temporizadores del ATtiny2313 como oscilador del chopper (en modo PWM) por la facilidad para controlar este tiempo (blanking) de forma precisa, asi como la frecuencia del "chopper", en nuestro caso 39.2 Khz.

Gracias Kreutz