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高圧DC-ACインバータの動作機序について [IR2155]

秋月のIR2155で交流でも書いたんですが、

簡単に駆動できる素子があるものの、どの様な原理で動作するのかよく考えてこなかった。

調べて見ると 、2種類有る、1つは(A)BLDCに見られるフルスイッチングと

もう1つは(B)正弦波駆動(sinus)に見られる実効値追従型PWM駆動、

この場合も純粋に近い正弦波を辿るものと、

オッパイ型(C)で重なりを持ちながら 差動的な実効値が正弦波となる方式がある。

上下アーム駆動方式にはどちらかを駆動するときデッドバンドを挟んで

交互に駆動する方式と、「ハイサイド、ローサイドまたそれぞれの寄生ダイオード、

あるいは外付ダイオードにより平均化した実効電圧点を電流帰路として使用するものがある」

(正弦波駆動に於いてはデッドタイム時間しかBEMF電圧が検出できず正弦波の場合、

通電帰路確保と相まってソフトウエアが難しかった、メーカ提供のものはこの点も考慮されていて、

そのまま使うと問題発生はしなかった)

駆動位相(通電角)の状態によりローサイドだけを連続駆動、

ハイサイドは間欠駆動する方式、「ハイサイドだけで導通比率制御を行い、ローサイドは電流帰路を確保する」

更に各アームは同時に導通するとパンチスルーと言われる過電流が流れ、

一瞬にして両側もしくは弱い方の素子を破壊して、動作不能となり避けなければならない。

では同時に動作を切り替えると素子の蓄積効果などにより、特にOFFするのが遅れる場合、

デッドタイムと言われる両方を駆動しない時間を持つ必要があり、

これはパワー素子によっても違う。

IR2155の場合は内部に1.5uSのデッドタイムを持ちほとんどの素子で満足できるようだ。

他には、ハイサイド側のチャージポンプ電圧が不足の場合、

ハイサイドパワー素子を十分駆動できなくなり、 内部抵抗、内部電圧降下が大きくなり、

損失が増大して、パワー素子の焼損を引き起こすおそれがあり、これに対する保護回路、

不足電圧防止回路も持つ。

この素子の場合は高圧電圧から抵抗ブリードによるIC駆動電力を得ることが多く、

その場合はIC自体の電源流、0.5mAと外部の駆動電流の合計約2.5mAを 1w程度の抵抗で供給する。

詳しくはデザインチップスをご覧下さい。

さてこの素子は内部にタイマー回路を持ちRT,CTに抵抗とキャパシタを接続すると自励で発振を始め、

RT端子は解放して自励動作ではないようにし、CT内部には不足電圧防止の強制クランプ回路を持つ、

外部から駆動する場合はCTにキャパシタを接続せず、規制抵抗を通じて、

CTを駆動すると所定の駆動システムを構成することが出来る。

3相オッパイ型正弦波駆動 、BEMF、(BLDC)に続く・・

50Hz to 60Hz converting inverter!

http://www.romanblack.com/one_sec.htm

 


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秋月のIR2155で交流 [IR2155]

秋月のIR2155は安いぞ。
しかし蛍光灯専用のインバータドライバだからね。

(ir2155は215xシリーズで555とIR2101が2個入ったもののようです

555のトリガスレショルドはまとめてct端子outからのフィードバックがrt端子のようです

rtは解放してctに1/3~2/3以上の振幅の電圧を入れると外部から駆動が可能で

デッドタイムも1.5uS付加されるようです)

これを使って何か出来ないかと考えていたら、
タイマー発振回路に4v~10v以上の
信号を入れればいいのに気が点いた、

 浮遊容量を300pFとしても、10kプルアップで200kHz以上(50%デューティー)の特性だ。

電源は高圧ラインから取るのが普通だが、
別に抵抗さえ入れて、Iccを5mAくらいに
抑えたらいいようだ。

パワーFETは耐圧が高すぎるが、値段から行けばこれくらい、
FQPF3N90
チャージポンプもこれくらい
UF2010

電源ブリッジは適当に400vクラス
アト元に1~2AくらいのFUSEを入れて下さい。

本当のVccは12vで設計されている。
1/3,2/3スレッショルドが 4,8 と来れば 12vだあ。
しかし15.6vでクランプされるゼナーダイオードも入っている 、
データシートでは12vになっているので12vの定電圧でも良さそう、
(蛍光灯インバータなら抵抗で落とす方が安くつく、
電気代はユーザーだからね)

ttp://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2155.pdf

IR2153 と言うのもあるが 違いは
内部にチャージポンプ用のダイオードを持っているだけだ、
これなら安い方が得だ、
IR2153の回路図が見れたら見てね、重要な線が太く書き込まれている。

ttp://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2153.pdf

やや!、古い資料を見てみるとインバータを使わず
速度可変をしていたメーカがあるらしい、
周波数が60Hzに地域だと1800/2pの所が
負荷の状態ではその近くの速度まで使えるらしい、
タダし速度を下げてもトルクを上げることは出来ない
(これはインバータも同じ)
内部で空転する冷却ファンとタコジェネをもち速度制御をするという、
しかしもう廃盤になっていて、その代わりがあるのかは不明
(2009/6まではあった)
これだとチョッピングはしないのでノイズは比較的きれい、波形はきたない、
マグネチック式モーターだと回り辛いかも・・

おお、此処にはMPU信号を入れてやるだけで動作するICがあった。

3相用ではあるが1相を遊ばせて単相として逆転信号を入れればよい。

残念なことに、電流帰還関係の資料はなかった、いわゆる定電圧駆動だ。

ttp://www.semicon.sanken-ele.co.jp/ctrl/product/list/3Ph_HVBLDCMotor/

ttps://www.semicon.sanken-ele.co.jp/ctrl/product/detail/SMA6861MZ/

!回路図修正しました。

WS000393.JPG

一応、部品を拾ってみますと(akizukiとして)

ハーフブリッジドライバ [IR2155][I-02337] 1個 ¥200  *2
高耐圧整流用ダイオード [UF2010][I-00124] 1個 ¥40   *6
NチャネルパワーMOS-FET [FQPF3N90][I-01195] 2個 ¥100 *2
トランジスタ2SC1815GR  [2SC1815GR][I-00881] 20個 ¥100
ブリッジダイオード信頼性から行く [GSIB6A60][P-01366] 2個 ¥100

AVRマイコン [ATTINY2313-20PU][I-01600] 1個 ¥100  

少しのRC類
金属皮膜抵抗 1/4W10k[R-03399] 100本 ¥300 カーボンだったら¥100 です
金属皮膜抵抗 1/4W47R[R-03343] 
セメント抵抗 1Ω5W  [R-04067] 1個 ¥30
インダクター [LHL13NB101K][P-02621] 1個 ¥50

大まかにはこれくらいでしょうか。

TR版です。 (こんな回路図珍しいやろ)
MOSFETやIGBTは入力がキャパシタ負荷になるので
インパルス的に大電流が流れその後は減少してほとんど流れません。
しかしTRの場合は電圧こそ低いが(0.7V+α)hef倍されるだけなので
電流を取り出そうとすると、
ダイヤモンドバッファ型のドライバ(TRエミッタ出力)にが必要です。

WS000395.JPG

TR用の信号はデッドタイムコントロールが必要。
これにするにはタイマー1chを1アーム(ハイサイドローサイドで)
を使い、別のタイマーでもう1chを使う方法もあるが、
そうすると位相がずれた場合、
違うアームからの電流通路が無くなってしまう。

この場合は1chのタイマーでABの差でデッドタイムを作り
割り込みなんかで別のポートを操作すると、4bitの出力を操作できる。
(もっと簡単にインバータゲートを通しても良いんだが・・)

割り込みを使うとダサイ?

neo-tech-lab.com/PulseDensityModulation1.htm
此方の7ページ目に「PICマイコンで作るけちけちDDS」
と言うのがあります。
テーブル参照方式、PDM方式ですので、
キャリア周波数が上がってしまい、
コンバータには使いづらいかも・・
ソフトのアルゴリズムをよく見て
PWMに変更できないかなんですが、
pic16f628aにはPWMが1chしか有りません。

BASCOM-AVRを使って 2種類のデバイスで組めるかやってみた。
「$regfile」のコメントアウトを切り替えるだけ、
「Resolution」と「Ersz」の切り替えは 代入だった。
何か違和感を覚える、奇妙な結果?

$regfile = "attiny2313.dat"  
'$regfile = "m48def.dat"                                     
'****************
 #if _chip = 31
' #if regfile = "attiny2313.dat"
   Const Ersz = 64                                          
 #else
   Const Ersz = 128                                         
 #endif
'****************
   Const Resolution = Ersz
'****************
 #if Ersz = 128
'   Dim Wavrom(ersz) As Eram Byte At $80                     'Sin_WAV_SAVE
   Dim Wavrom(resolution) As Eram Byte At $80               'Sin_WAV_SAVE
 #else
   Dim Wavrom(ersz) As Eram Byte At $40                     'Sin_WAV_SAVE
 #endif

AVR BASIC と言うと BASCOM-AVR が最初に出てきます、
他にも FastAVR と言うのがあって フリー版で100行コンパイルできるそうです。

http://www.fastavr.com/Downloads_act.htm

BASCOM で100行ならメモリ制限に掛かってしまうので、
こちらの方がイケテルかも。

BOSCOMでデータテーブル式を書いてみました、
データは128分割で0~5000までの整数にした、
この方がEEPROMより早くて簡単なアクセスが出来そう・・
(PICマイコンで作るけちけちDDS式)
面白いことに最後のエンドの後に書かねばハネられてしまう。

   End

      Wavedata:                                                '0 to 2500 to 5000
   Data 2500% , 2623% , 2745% , 2867% , 2988% , 3107% , 3226% , 3342%,
   data 3457% , 3569% , 3678% , 3785% , 3889% , 3989% , 4086% , 4179%,
   data 4268% , 4352% , 4433% , 4508% , 4579% , 4644% , 4705% , 4760%,
   data 4810% , 4854% , 4892% , 4925% , 4952% , 4973% , 4988% , 4997%,
   data 5000% , 4997% , 4988% , 4973% , 4952% , 4925% , 4892% , 4854%,
   data 4810% , 4760% , 4705% , 4644% , 4579% , 4508% , 4433% , 4352%,
   data 4268% , 4179% , 4086% , 3989% , 3889% , 3785% , 3678% , 3569%,
   data 3457% , 3342% , 3226% , 3107% , 2988% , 2867% , 2745% , 2623%,
   data 2500% , 2377% , 2255% , 2133% , 2012% , 1893% , 1774% , 1658%,
   Data 1543% , 1431% , 1322% , 1215% , 1111% , 1011% , 914% , 821%,
   Data 732% , 648% , 567% , 492% , 421% , 356% , 295% , 240%,
   Data 190% , 146% , 108% , 75% , 48% , 27% , 12% , 3%,
   Data 0% , 3% , 12% , 27% , 48% , 75% , 108% , 146%,
   data  190% , 240% , 295% , 356% , 421% , 492% , 567% , 648%,
   data  732% , 821% , 914% , 1011% , 1111% , 1215% , 1322% , 1431%,
   Data 1543% , 1658% , 1774% , 1893% , 2012% , 2133% , 2255% , 2377%
   ' /* 128ステップ ±2500*/

BOSCOMでコンパイルしてアセンブルリストをみたいなら、
次のように設定して、コンパイルしてから
該当ホルダの ***.obj を Avrstudio で読み込み
***_obj.aps と言うファイルを保存して見ると
結果が表示され、次のようにするとリストが見られる。
またそのファイルに***.lstと名付けて保存すると
後からも見られる。

内容は良く判らないリストになっている、
一部アセンブラに転用できるのもあるみたいだ。

avrall1.jpg

次ぎに音声用のステップアップダウントランスがある。
2次側4と16はセンタータップになっていて、4:290は約6倍の比率で、
1次は0.34Aの電流です。

インピーダンス
1次側 290Ω(35W),250Ω(40W),220Ω(45W)
    200Ω(50W),180Ω(55W),170Ω(60W)
2次側 4Ω,8Ω,16Ω
周波数特性 80~16,000Hz

http://www.toa.co.jp/products/prosound/speakers/speakers_straight/speakers_straight__tm-60t.htm
TM-60T
希望小売価格:6,930 円

http://www.toa-products.com/download/detail.php?h=MT-S0601
マッチングトランス
MT-S0601
希望小売価格
¥10,815(税抜¥10,300) 此方は何故か鷹嫌や。
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