SHI 모터 파워 레귤레이터. 계획, 설명

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SHI 모터 파워 레귤레이터

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최근 몇 년 동안 전기 자동차의 아마추어 조립과 전기 트랙션으로 변환하는 자동차의 변환이 보편화되었습니다. 이 길에서 매니아들은 많은 어려움을 예상합니다. 따라서 예를 들어 이러한 차량의 복잡하고 값비싼 구성 요소 중 하나인 전기 모터 제어 장치는 대부분 독립적으로 개발 및 제조되어야 합니다. 고전류 제어 주제에 대한 실용적인 문헌은 거의 없다고 덧붙입니다. 아래 기사는 이 디자인 영역에서 여러 문제를 해결하는 데 도움이 될 것입니다.

아래에서 설명하는 장치의 개발에는 전기 자동차 산업의 선구자 중 한 사람[1]의 경험이 사용되었습니다. 이 장치는 장난감, 스쿠터, 강력한 팬에 전기를 공급하고 최대 5V의 전압으로 최대 150kW의 전기 드라이브를 생성하는 데 도움이 됩니다.

독자의 관심을 끌었던 SHI 레귤레이터의 힘으로 Zhiguli 중량 카테고리의 차량의 전기 모터를 운전할 수 있습니다.클래식. 장치 구성표를 사용하면 기사에 설명된 권장 사항에 따라 무선 요소를 더 강력한 요소로 교체하여 제어 장치의 성능을 높일 수 있습니다.

SHI 모터 파워 레귤레이터
그림. 1

레귤레이터의 회로가 그림 1에 나와 있습니다. 1은 VT2 트랜지스터를 기반으로 하는 마스터 발진기, DA3, DA4 마이크로 회로에 조립된 제어 펄스 셰이퍼, VT9-VT1 트랜지스터를 기반으로 하는 강력한 전류 스위치, 전원 공급 장치 VD6, R3, VT1, DA20의 30개 노드로 구성됩니다. 레귤레이터는 두 가지 소스에 의해 전원이 공급됩니다. 하나는 장치의 저전류 부분에 전원을 공급하기 위해 150~XNUMXV의 전압을 사용하고, 두 번째는 부하에 전원을 공급하기 위해 최대 XNUMXV입니다. 이 장치에는 조정기를 차단하기 위한 신호 입력과 이 신호를 생성하는 외부 보호 장치에 대한 출력이 있습니다. 트랙션 모터는 전류 스위치와 직렬로 연결됩니다.

레귤레이터의 주파수 설정 요소는 트랜지스터 VT1의 톱니파 펄스 발생기입니다. 3 ... 4kHz의 주파수는 R3C1 회로에 의해 결정됩니다. 펄스는 비교기 DA2의 비 반전 입력에 공급되고 반전 입력은 전기 모터의 회전자의 속도를 제어하는 저항 R11의 엔진에서 활성화됩니다. 이 저항으로 0 번째 시리즈의 VAZ 자동차의 스로틀 위치 센서가 사용되었습니다. 센서 저항은 7,5에서 XNUMXkOhm까지 다양합니다.

센서에는 슬라이더 회로에 1,5kΩ 저항이 내장되어 있습니다. 그 외에도 저항 R9와 커패시터 C2가 SHI 레귤레이터의 이 회로에 추가되어 엔진 접점의 "바운스" 영향을 줄이고 레귤레이션의 부드러움을 높입니다. 특정 장비에서 작동하는 동안 원하는 프로세스 역학을 얻기 위해 이 체인의 요소를 선택해야 할 수 있습니다. 전기차의 경우 만족스러운 역동성의 기준은 자동차의 부드러운 가속(저항 R11 슬라이더가 왼쪽으로 움직일 때)과 제동(오른쪽으로 동일)과 전기 모터를 통한 최대 전류.

SHI 모터 파워 레귤레이터
Pic.2

무화과에. 상단의 2는 발전기의 펄스 Ug와 저항 R11의 엔진에서 가져온 전압 URd를 단순화한 방식으로 보여줍니다.

레귤레이터 사용의 실제 경험에서 알 수 있듯이 전기 모터 제동 프로세스의 속도를 높이려면 저항 R9를 KD522A 다이오드로 분로하고 양극과 연결하여 저항 R9와 커패시터 C2의 연결 지점에 연결하는 것이 좋습니다 이 커패시터의 방전을 가속화합니다. 저항 R12는 우발적으로 저항 R11이 분리되거나 레귤레이터에 연결하는 와이어가 끊어진 경우 비상 사태를 방지하는 데 사용됩니다.

비교기 DA2의 출력에서 저항 R2에 의해 설정된 지속 시간으로 일련의 펄스 Uynp(그림 11)를 얻습니다. 그런 다음 신호는 3ns 이하의 지속 시간으로 전면 및 후퇴가있는 펄스를 생성하는 증폭기 셰이퍼 DA120에 공급 된 다음 강력한 전계 효과 스위칭 트랜지스터 VT4-VT9 블록의 게이트 회로에 공급됩니다. . 저항 R19-R24는 트랜지스터의 게이트 커패시턴스의 충전 전류 값을 균등화합니다. 충전 전류 펄스는 수백 밀리암페어에 이를 수 있습니다. 트랜지스터가 닫히면 방전 전류가 저항 R19-R24, 저항 R16, VD3R17 회로 및 DA3 증폭기의 출력을 통해 흐릅니다.

트랜지스터의 폐쇄 속도는 개방 속도만큼 중요합니다. 가열 정도는 이것에 달려 있습니다. 장치를 설정할 때 선형 모드로의 전환을 방지하기 위해 강력한 트랜지스터의 게이트에서 제어 펄스의 전압을 제어해야 합니다. 이는 10V 이상이어야 합니다.

부하 공급 전압은 사용된 전기 모터의 특성에 따라 다르지만 트랜지스터의 공칭 드레인-소스 전압을 초과해서는 안 됩니다. IRF640 트랜지스터 블록의 경우 최대 전압은 150V이고 총 부하 전류는 최대 80A입니다.

제어 저항 R11의 엔진에서 전압 변화로 인한 전기 모터의 전력 Red 변화의 특성은 그림 2에 단순화된 방식으로 표시됩니다. XNUMX.

이 저항기의 엔진의 초기 위치는 계획에 따라 맨 오른쪽입니다. 이 경우 제어 펄스가없고 전계 효과 트랜지스터 VT4-VT9가 닫히고 부하가 비활성화됩니다.

장치의 저전류 부분에 전원을 공급하려면 특히 전기 모터가 배터리로 구동되는 경우 부하 공급 전압의 일부를 사용하는 것이 편리합니다. 그러나 이 방법은 기계에 설치하기 전에 레귤레이터를 주의 깊게 테스트해야 합니다. 왜냐하면 공통 전원 와이어의 저항이 레귤레이터 전체의 품질에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문입니다.

장치를 작동할 때 선형 모드 및 과전류로부터 트랜지스터를 보호하는 것이 바람직합니다. 트랜지스터가 스위칭 모드에서 증폭 모드로 전환되면 급격한 과열과 그에 따른 파괴가 발생합니다. 레귤레이터에 사용된 트랜지스터는 수십 마이크로초 동안 부하의 과부하 및 단락을 더 이상 견딜 수 없습니다. 따라서 위급한 상황에서도 레귤레이터를 보호하기 위해서는 보호장치를 사용하는 것이 좋습니다. 연결을 위해 두 개의 출력이 제공됩니다. 즉, 부하 회로의 상부 션트 단자 R27(제한 저항 R25 포함)과 펄스 셰이퍼의 차단 장치(VT2) 입력입니다. 보호 장치는 사고 원인이 제거될 때까지 VT2 트랜지스터를 열린 상태로 유지하는 신호를 생성하고 부하 전원 회로의 전류를 제어하여 강력한 트랜지스터가 선형 모드로 전환되고 과열되지 않도록 보호해야 합니다.

보호 호스트 장치는 이 문서에서 다루지 않습니다.

보호가 필요하지 않은 가장 간단한 제어 장치 또는 비상 사태의 가능성이 작은 경우 트랜지스터 VT2, 저항 R5 및 R25 및 션트 R27을 생략할 수 있습니다.

강력한 트랜지스터는 부하 회로가 차단될 때 전압 서지로부터 VD4 다이오드로 보호됩니다. 최대 역방향 전압은 공급 전압보다 작아서는 안 되며 순방향 전류는 모터의 정격 전류보다 작아서는 안 됩니다. 국내 다이오드 DCH151-125 또는 수입 150EBU02가 여기에 적합합니다.

장치가 배터리에서 전원을 공급받을 때 배터리에 대한 고주파 전류의 파괴적인 영향을 줄이기 위해 부하 전력 킬로와트당 총 용량이 6마이크로패럿인 커패시터 C13-C10으로 차단되어야 합니다. 커패시터의 정격 전압은 배터리 전압보다 작지 않습니다.

발생기, 비교기, 펄스 셰이퍼 및 팬 M1은 안정기 DA15과 트랜지스터 VT1의 전류 증폭기로 구성된 장치에서 3V의 전압으로 전원이 공급됩니다. 트랜지스터와 안정기는 유효 면적이 20cm1 이상인 방열판에 설치해야 합니다. 장치에 필요한 냉각을 제공하는 방열판에 설치된 강력한 트랜지스터가 있는 경우 MXNUMX 팬 없이도 수행할 수 있습니다.

SHI 모터 파워 레귤레이터
그림. 3

장치의 저전류 부분은 그림 3의 인쇄 회로 기판에 있습니다. 삼.

특정 부하에 대해 강력한 트랜지스터 VT4-VT9가 선택됩니다. 이 경우 성형 증폭기 DA3에 연결된 트랜지스터의 수는 출력 특성과 일치해야 합니다[2, 3]. 경험에서 알 수 있듯이 SHI 컨트롤러를 개발할 때 과전류 마진을 제공할 필요가 있습니다. 이것은 트랜지스터의 설계 때문입니다. 선언 된 전류 값에도 불구하고 트랜지스터 단자의 단면은 일치하지 않습니다. 단면적이 1,3mm2인 트랜지스터의 단자에서의 전압 강하는 그에 따라 소모되는 에너지가 엄청나게 큽니다. 트랜지스터 출력의 전류 밀도는 15...20 A/mm2를 초과하지 않아야 합니다.

레귤레이터는 640A의 전류와 18V의 전압에 대해 IRF200 트랜지스터를 사용합니다. 이 장치는 또한 트랜지스터 IRF3710(100V, 57A), IRF3205(55V, 110A), IRF3808(75V, 140A)로 테스트되었습니다. ) 전기 모터 전력 3kW 및 공급 전압 48V를 제어합니다.

출력 트랜지스터에 대한 제어 신호는 연선을 통해 게이트와 소스로 직접 전송하는 것이 좋습니다[4]. 부하 회로에서 제어 회로로 간섭을 전환할 위험이 있으므로 트랜지스터의 제어 전류를 장치의 공통 배선으로 흐르게 하지 마십시오. 실제로 이것은 트랜지스터의 가열 증가와 예측할 수 없는 고장으로 나타납니다. 저전류 노드의 전원과 강력한 노드의 전원을 분리하면 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다. 강력한 전류 조정기 스위치의 설계에 가장 주의를 기울여야 합니다. 장치 전체의 품질은 레이아웃에 따라 다릅니다. 강력한 트랜지스터 VT4-VT9를 더 컴팩트하게 배치하고, 단면이 큰 도체(10 ... 20mm2)를 단자에 납땜하고, 저항 R18-R24를 강력한 트랜지스터에 가깝게 배치하는 것이 좋습니다. 전원 장치 내의 도체 굴곡은 기생 인덕턴스를 형성하므로 허용되지 않습니다.

서비스 가능한 부품으로 조립된 장치는 일반적으로 조정할 필요가 없습니다. 트랜지스터 VT3의 이미터에서 펄스 반복률(4 ... 1kHz)을 확인하여 마스터 발진기가 안정적인지 확인하고 출력 전력 제어 제한이 올바르게 설정되었는지 확인하는 것으로 충분합니다(다음과 같은 경우 저항 R7, R13 선택 필요) 저항 R10-R18 회로의 공통 지점에 제어 펄스가 존재합니다(최소 24C의 전압).

출력 트랜지스터는 M160 팬으로 냉각되는 60x4x1mm 크기의 구리 방열판에 장착됩니다. 팬을 사용하지 않고 각 트랜지스터의 방열판 면적은 특성과 전력 손실을 기반으로 계산됩니다. 냉각 팬으로 미리 선택된 저항(그림 1의 다이어그램에는 표시되지 않음)을 통해 연결된 개인용 컴퓨터 냉각기를 사용하여 전압을 9 ... 12V로 낮출 수 있습니다.

방열판은 트랜지스터 드레인의 결합 출력으로 사용할 수 있습니다.

콘덴서 C6-C13의 배터리는 배터리에 근접하게 장착해야 하며, 차량에서 사용할 경우 습기로부터 보호하기 위해 별도의 상자에 넣어야 합니다. 다이오드 VD4는 편리한 장소에 배치할 수 있습니다. 보호 장치로 작업할 때 기성품 션트 75ShSM MZ(또는 75ShS)가 사용됩니다. 그 값은 레귤레이터의 부하 전류에 따라 선택됩니다. 고려중인 경우, 장치가 100V의 전압 및 31A의 전류에 대해 ZDT-24 전기 모터를 제어하도록 설계되었기 때문에 80A 션트가 사용되었습니다. 부하를 연결하기 위해 구리선 예를 들어 PVZ 시리즈의 와이어에 적합한 8mm1당 2A의 단면적을 사용해야 합니다. 전선 끝에는 단면에 해당하는 케이블 러그가 장착됩니다.

결론적으로 강력한 트랜지스터 VT4-VT9를 교체하는 경우 몇 가지 의견이 있습니다. IRF 시리즈의 트랜지스터는 1200pF(IRF640의 경우)에서 5310pF(IRF3808)까지 상당한 게이트 커패시턴스를 가지므로 저항기 R18-R23 및 증폭기 DA3에 대한 요구 사항이 있습니다. 강력한 트랜지스터의 수가 증가함에 따라 IR2110 드라이버 증폭기를 더 강력한 드라이버 증폭기(예: LM5110)로 교체하거나 푸시풀 트랜지스터 전력 증폭기를 추가해야 할 수도 있습니다(일반적인 IR2110 연결을 사용하면 이러한 수정이 가능합니다[2]). 증폭기에서 소비되는 전류는 회로 R16R18-R24의 총 저항에 의해 결정됩니다.

저항 R19-R24의 저항은 다음과 같이 계산됩니다. 먼저 게이트 커패시턴스의 평균 충전 전류가 결정됩니다.

여기서 Upit은 증폭기 DA3, V의 전원 공급 장치 전압입니다. C3 - 트랜지스터 게이트 커패시턴스, F; t - 트랜지스터 개방/폐쇄 시간, s. 그러면 게이트 회로에서 저항의 저항은 R3=Upit/I3,OM입니다.

게이트 회로 저항기는 트랜지스터 리드에 직접 납땜하는 것이 가장 좋습니다. SHI 조정기의 구성 요소를 선택할 때 고주파 무선 요소를 우선적으로 선택해야 합니다.

문학

Korkhov I. Yu. 집에서 전기 자동차 사육.- evr.boom.ru.
IR2110/IR2113 하이사이드 및 로우사이드 드라이버 - irf.com/product-info/datasheets/data/ir2110.pdf.
IRF640N Hex Fet 전력 MOSFET - irf.com/prDduct-info/datasheets/data/irf640n.pdf.
Kiraly L. 강력한 캐스케이드를 제어하는 강력한 고주파 IC의 잡음 내성 문제를 해결합니다. -platan.ru/irf/techdoc/dat92-1.pdf.

저자: N. Tokmakov, Syktyvkar; 발행: radioradar.net

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