Puente H con 4 Mosfets de canal N y Gate-Driver IC

[Renatox_]

Hola a todos, he realizado un puente H con 4 Mosfets IRFP250N (200v-30A) y el Gate-Driver IR2110, este dispara bien a las compuertas de los 4 mosfets, lo he comprobado con el osciloscopio, este es mi diagrama:



Como pueden ver en la compuerta de cada mosfet hay un juego de resistencias, diodos, diodo zener y condensadores. De estos, no uso los condensadores. Este puente H lo he probado con 3 motores (uno de 120V_3A,,,y los otros dos de 120V_1.5HP) a una frecuencia de 20KHz.

Con el motor de 120V_3A la onda en el motor es cuadrada en todo el rango de ancho de pulso, pero cuando disminuyo muy rápido el duty cycle por ejm de 90% a 10% en 0.5seg la onda no viaja como cuadrada sino que aparece un transitorio subamortiguado y este dura hasta que la velocidad del motor se estabilice, y luego regresa a su forma cuadrada. Cuando elevo el duty cycle no aparece esto. Lo bueno es que se mantiene la proporción entre el duty cycle y el voltaje medio en el motor y si puedo hacer control. Alquién tiene alguna idea de porque ocurre esto?.

Con los otros dos motores no he tenido mucha suerte, la onda no es cuadrada y aparecen voltajes negativos en el motor, observo en el osciloscopio que del 1% al 40% la parte negativa es igual a la parte positiva y el voltaje en el motor se hace cero y el motor no se mueve. Después del 40% recién la parte positiva supera a la negatica y el motor se mueve.

Cuando coloco un diodo rápido en paralelo al motor la onda si se hace totalmente cuadrada, y se respeta la proporción duty cycle-voltaje medio en el motor, pero esto no puedo tomarlo como solución en un puente H, ya que solo manejaría un sentido. que podría hacer?

Viendo al circuito rotor solo como el conjunto Resistor-Bobina-Voltaje contraelectromotriz no debería pasar esto, no tengo claro porque ocurre, no se si el error está en los mosfet, aunque ya probé varios, o serán los motores, que porcierto ya tienen más de 15 años de servicio.

A ustedes como les sale la forma de onda en su puente H, cuadrada? lo han probado con varios motores?

Si me dan una mano, se los agradecería mucho.

gracias,,

[Chaly29]

Hola Renatox_, que tipo de motores estas usando? se me hace que estas confundiendo la forma de controlar los mismos

Espero tu respuesta.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[Renatox_]

Hola Chaly, son motores DC de 8 escobillas u 8 polos, 120Vdc-1.5HP Mori Seiki. En su driver original está hecho de un rectificador controlado por SCR no con puente H.

Funcionan perfecto cuando pongo un diodo en paralelo al motor, la onda es cuadrada a 20KHz, pero cuando no está ese diodo la onda en el motor tiene esta forma:



Pienso que el diodo en paralelo está descargando al motor cuando los mosfet se abren, sin ese diodo el motor no tiene por donde descargarse en el puente H. No creo que la corriente se descargue yendo hacia el positivo y regresando por la tierra de la fuente.

[Chaly29]

Hola Renatox_, te agradecería si me pudieras pasar una imagen más grande del esquema anterior, ya que me parece haber encontrado un detalle (error) y como la definición o es muy buena no puedo asegurartelo.

Por otro lado, cuando introduces las señales de PWM a los drivers, lo haces tanto para el transistor superior (el que conecta el positivo) como para el transistor inferior (el que conmuta el negativo), porque creo que solo deberías conmutar el positivo (usando el PWM) y dejar el negativo continuamente conectado hasta que el sentido de guiro deba cambiar.

Y en ves de usar diodos (presentan el problema que ya comentas) haz tratado de usar varistores de tensión adecuada en paralelo al motor, como estas usando tensión continua de 120V para alimentar el driver con un varistor de entre 100V y 120V (se miden en volts de alterna) creo sería suficiente, eso si!! que sea de buen tamaño.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[Renatox_]

Gracias Chaly por la ayuda, claro pongo los esquemas más grandes. Este es el puente:



Y este es el Gate-Driver con el IR2110.



Lo que dices de mantener cerrado el mosfet de abajo no lo he probado, voy a intentarlo, puede ser que el motor se descarge por el Mosfet Q2 y el transistor D4_1 y haría el trabajo de descarga que un diodo en paralelo al motor.

No he probado con un varistor de 110V en paralelo al motor, pero creo que este sería más para suprimir los picos de tensión en el motor, y también hay que considerar que no es conveniente usar el varistor para picos repetitivos, rápidos y de amplitud elevada.

Los picos de tensión los estoy reduciendo con un condensador en paralelo a la fuente de alimentación.

saludos;;..

[Chaly29]

Hola Renatox_, exactamente!!! por eso te decía de dejar el mosfet inferior (el negatívo) activado (el superior no es posible porque el IR2110 no lo permite), veo que te has dado cuenta de la trampilla que te e dejado para que deduzcas

Se que el varistor no es para picos muy grandes y repetitivos (por eso te recomendaba uno de muy buen tamaño), pero igual te recomendaría que usaras uno (aunque sea de una tensión un poco mayor), ya sea en paralelo al motor o en paralelo al condensador que has colocado en la fuente, ya que te ayudará a "calmar" los transitorios.

Con respecto al "error" que me pareció ver en los esquemas: fíjate en el esquema de arriba (de los grandes el primero), debajo de la resistencia R1.1 el punto VB1, por que está ese punto ahí? cuando no debería haber nada!!!!

Espero tu respuesta, un saludo.

Atte. CARLOS.

[Renatox_]

Y LA HICE CUADRADA, tenías razón Chaly era la solución, siempre el mosfet de abajo activado, cuando el PWM está en off la corriente del motor se descarga por el mosfet de abajo y el diodo de abajo opuesto. Pongo los gráficos y datos:

datos:
F=20KHz
duty cycle=40%
fig1.- voltaje en el motor
Vpico=120Vdc
fig2.- corriente en el motor
Idc=Vdc(resist)/Rserie=0.751/0.4=1.87A
Rserie=0.4ohmios
Rmotor.- me olvidé de medirla, pero debe estar entre 2 a 4 ohmios



También lo probé con 5Khz y el motor chillaba a bajos duty cycle, pero a 20Khz no chilla en ningún caso. Como se ve en la onda del motor, ha aparecido picos de voltaje en el flanco de subida, y eso que tengo un condensador de 470n en paralelo a la fuente de alimentación. Los picos deben estar rondando los 200V que es el límite de voltaje de mi mosfet, el IRFP250N (200V-30A).

A los pocos minutos el mosfet Q1 y Q4 estaban muy calientes, el mosfet Q2 casi nada, muy tibio. No comprendo bien porque se calientan tanto si solo hay 1.87A, tal ves sea por el pico de voltaje que está en el límite del mosfet. Además no entiendo bien porque el mosfet Q4 se calienta si la corriente se descarga por el diodo D4_1, no le he puesto disipadores de calor aun. Observé también que el voltaje en compuerta de Q1, se distorsionaba ligeramente, no había picos, sino que se movia de forma lateral, aun asi el voltaje en el motor se mantenía muy estable, casi como una foto.
También probé con una fuente de 60Vdc, y los mosfet solo se ponían poco tibios y la onda en la compuerta de Q1 se hizo perfectamente cuadrada.

Veo que conoces al integrado IR2110 Chaly, pues al inicio estuve tratando de echarlo a andar solo con el condensador Bootstrap C5, pero no obtenía el voltaje flotante suficiente para disparar el Mosfet (Vbs(min)=10V) lo probé con varios condensadores e IR2110 y nada. Entonces decidí poner una fuente flotante de 12V en cada IR2110 en su lado alto y con esto obtuve la onda cuadrada. International Rectifier también recomiendo poner una funete flotante en el lado alto, lo vi en una nota de aplicación.

Este es el diagrama interno del IR2110



Hola JCC40, la alimentación la obtengo de un trafo 220-110ac, la rectifico con un puente de diodos y la filtro con un condensador de 1000uF y en paralelo una resistencia de 3k, y para el puente uso tres fuentes, dos flotantes para el lado alto de cada IR y una para el resto del circuito.

Para mañana probaré lo siguiente:
*Usar el IRFP350 de 400V-16A
*Usaré disipadores de calor
*Pondré un varistor de 110V en paralelo al motor.
*Cambiaré el condensador por una red Snuber en paralelo a la fuente.

International Rectifier en sus notas de aplicación para inversores, usa Mosfet de canal N y gate-driver para dispararlos, por eso preferí usarlo así en ves de dos mosfet de canal P y dos de canal N.
Además usar un gate-driver tiene varias ventajas, revisen el datasheet del IR2110

saludos;;..

[Chaly29]

Hola Renatox_, me alegra de que la situación esté mejorando, ya sabes, cualquier cosa en que podamos ayudar cuenta con el foro 

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[Renatox_]

Gracias por la ayuda, le puse disipadores de calor a los mosfet pero igual se calientan tanto que podrían hervir el agua, lo que hice luego fue reemplazar Q1 (IRFP250N 30A-200V) por el IRFP350 (16A-400V) y con esto Q1 solo se pone tibio y los demás mosfet aun más frios.

Al parecer era los picos de voltaje que calentaban el motor, ya que la corriente ronda solo los 2A.

Un saludo;

[marulo]

Buenos dias... Compañeros, tengo un pequeño dilema, pues como soy nuevo en esto de los ir2110, he tratado de generar una onda alterna 120 VAC apartir de una fuente de 130Vcc. pero bueno todavía no le montado esta fuente, pos cosas de seguridad,  pero el  problema consiste en que estoy probando con uan de 15Vcc, al inicio el sistema de genera una AC de 17VAC, pero lo que me pasa es que cuando reseteo el sistema automáticamente se me pone en corto la fuente, medi las compuertas de los mosfet y los superiores quedan con 16Vcc y las inferiores con 8Vcc..a continuación coloco un  esquema de como los estoy manejando, ademas de como se muestra en inicio del sistema....
Otra duda es que pruebo los ir2110 sin transistores, y me da en la parte baja una señal en forma de pulsos, y en la superior una continua de 10V, no deberían mostrara pulsos las cuatro salidas del ir????gracias por la ayuda.......

[tapi8]

al inicio el sistema de genera una AC de 17VAC, pero lo que me pasa es que cuando reseteo el sistema automáticamente se me pone en corto la fuente

Es que por lo que entiendo estas activando los 4 mosfet al mismo tiempo, verdad? Si es asi esta haciendo dos cortos, uno con MI y M3 y otro con M2 y M4. En un puente H nunca puedes hacer conducir los dos mosfet de un lado del puente, siempre tienen que conducir en cruz, M1 y M4 para un sentido de giro, y M2 con M3 para el sentido contrario.

Otra duda es que pruebo los ir2110 sin transistores, y me da en la parte baja una señal en forma de pulsos, y en la superior una continua de 10V, no deberían mostrara pulsos las cuatro salidas del ir????gracias por la ayuda.......

Esto te lo hace con algun programa que has sacado de algun sitio? Porque asi es como se controla la velocidad de un motor de CC, se pone en conduccion M2 y se hace PWM sobre M3, dependiendo del DUTTY del PWM de M3 asi sera la velocidad de giro del motor DC.

Tu lo que quieres hacer es un converter de DC a AC? Esto ya se complicaria mas.

[marulo]

Asi es tapi_8, lo que hago es que por medio de un atmega 16, genero los cuatro pulsos, que los conecto a los IR; los pulsos tiene un tiempo muerto dependiendo de los mosfet a activar...al iniciar mi sistema la fuente esta bn, ingreso la frecuencia y el automáticamente me  empieza a generar una onda alterna, pero al darle parar pulsos, se pone en corto la fuente, a veces pienso si sera el condensador de bootstrap, pues los tengo electrolítico???? .. en la imagen parte superior izquierda, pongo un ejemplo de como son los pulsos, observese que son dos parejas cada una en fase...

[Yoshua]

pone unas resietencias de 1k a masa en la entrada del driver de los fets para que, cuando se reinicia el micro, las salidas de los fets esten desactivadas.

[tapi8]

en la imagen parte superior izquierda, pongo un ejemplo de como son los pulsos, observese que son dos parejas cada una en fase...

Es que como estan ahi tienen un pequeño desfase, pero conducen los 4 al mismo tiempo, por lo menos yo lo veo asi. Si hay algun momento en que conducen los 4 hay corto seguro.

ingreso la frecuencia y el automáticamente me  empieza a generar una onda alterna

Ese motor es de CA?

Prueba lo que te dice Yoshua, y mira que hace, ya que si el programa es comprado (o conseguido) de algun sitio, es de suponer que estara bien......

[marulo]

Si el motor es CA de 3 Amp, y lo de la imagen, jejej que pena fue que la copie y pegue en el editor y quedo mal, son asi...mira la imagen de los pulsos..

voy a probar con las resistencias ver...Gracias...