comportamento circuito RL

[gpc]

Ciao a tutti, mi trovo un po' in... carenza di mezzi causa vacanze e ho bisogno di avere una stima a spanne del comportamento di un circuito, ma materialmente non riesco a farlo... Quindi chiedo aiuto
Ho un generatore di corrente che mi sta dando 2A a 35v circa su un carico che risulta essere una induttanza dell'ordine dei microhenry e una resistenza di circa 17 ohm.
In un tempo dell'ordine dei nano secondi il carico viene invertito, quindi l'induttanza vede cambiare la corrente da 2A a -2A.
Avrei bisogno di una stima sulla sovratensione che mi genera questo cambio di polarità...
Pare che saltino ogni volta diversi mosfet nel generatore di corrente e nel ponte che inverte il carico e vorrei capire come risolvere la cosa... a parte la soluzione ovvia di NON fargli fare l'inversione brusca.
Scusate se ho scritto qualcosa male ma sto usando il telefono... (e già si capisce cosa intendevo dire quando parlavo di mancanza di mezzi...)
Grazie per qualunque rapido aiuto!

[hibone]

Originariamente inviato da gpc

Ciao a tutti, mi trovo un po' in... carenza di mezzi causa vacanze e ho bisogno di avere una stima a spanne del comportamento di un circuito, ma materialmente non riesco a farlo... Quindi chiedo aiuto
Ho un generatore di corrente che mi sta dando 2A a 35v circa su un carico che risulta essere una induttanza dell'ordine dei microhenry e una resistenza di circa 17 ohm.
In un tempo dell'ordine dei nano secondi il carico viene invertito, quindi l'induttanza vede cambiare la corrente da 2A a -2A.
Avrei bisogno di una stima sulla sovratensione che mi genera questo cambio di polarità...
Pare che saltino ogni volta diversi mosfet nel generatore di corrente e nel ponte che inverte il carico e vorrei capire come risolvere la cosa... a parte la soluzione ovvia di NON fargli fare l'inversione brusca.
Scusate se ho scritto qualcosa male ma sto usando il telefono... (e già si capisce cosa intendevo dire quando parlavo di mancanza di mezzi...)
Grazie per qualunque rapido aiuto!

scusami ma mi manca qualche pezzo...

il circuito RL è serie o parallelo?
In secondo luogo che vuoi dire con "viene invertito il carico"?

il carico è collegato ad un ponte ad H che inverte la polarità del generatore in continua?

la mia ignoranza suggerisce di prendere un R-L serie.

All'istante 0, quando dai tensione la corrente è nulla, quindi la caduta di tensione sulla resistenza è zero. La tensione cade tutta sullinduttore attraverso il quale inizia a circolare corrente.

Se nessuno tocca niente dopo aver dato tensione, per t > 5 tau la tensione sull'induttore è circa pari a 0; e la corrente sul resistore è circa pari a 35/17 = 2A = Imax

Per t = tau solitamente si ha I = 0.75 Imax ovvero 1.5A, che corrispondono a circa a 25V sulla resistenza. Sull'induttore avrai ancora 10V.

Dato che a questo punto inverti l'alimentazione, visto che la corrente resta invariata per qualche infinitesimo a causa dell'induttore, mentre la tensione ai capi dell'induttore varia, quella sul resistore resta invariata, per cui ai capi del generatore dovrebbe apparire una tensione di -25V.

Dato che la corrente nell'induttore richiederà un certo tempo per annullarsi e cambiare di verso, la tensione ai capi del resistore tenderà a calare, ma la tensione al nodo negativo dovrebbe continuare a salire, un po come avviene nei convertitori step up.

Non sono espertissimo e non mi sono aiutato con lo spice per cui spero di non aver scritto minchiate.

My two cents

[gpc]

eh la fretta... e il tastierino del telefono...

Originariamente inviato da hibone

scusami ma mi manca qualche pezzo...

il circuito RL è serie o parallelo?

RL serie

In secondo luogo che vuoi dire con "viene invertito il carico"?

il carico è collegato ad un ponte ad H che inverte la polarità del generatore in continua?

Esatto, visto che devo lavorare con alte tensioni era molto più semplice creare un circuito che invertisse fisicamente i collegamenti del carico piuttosto che mettelo "in mezzo" tra alimentazione positiva e negativa. È un ponte ad H fatto con quattro mosfet.

la mia ignoranza suggerisce di prendere un R-L serie.

All'istante 0, quando dai tensione la corrente è nulla, quindi la caduta di tensione sulla resistenza è zero. La tensione cade tutta sullinduttore attraverso il quale inizia a circolare corrente.

Se nessuno tocca niente dopo aver dato tensione, per t > 5 tau la tensione sull'induttore è circa pari a 0; e la corrente sul resistore è circa pari a 35/17 = 2A = Imax

Per t = tau solitamente si ha I = 0.75 Imax ovvero 1.5A, che corrispondono a circa a 25V sulla resistenza. Sull'induttore avrai ancora 10V.

Dato che a questo punto inverti l'alimentazione, visto che la corrente resta invariata per qualche infinitesimo a causa dell'induttore, mentre la tensione ai capi dell'induttore varia, quella sul resistore resta invariata, per cui ai capi del generatore dovrebbe apparire una tensione di -25V.

Dato che la corrente nell'induttore richiederà un certo tempo per annullarsi e cambiare di verso, la tensione ai capi del resistore tenderà a calare, ma la tensione al nodo negativo dovrebbe continuare a salire, un po come avviene nei convertitori step up.

Non sono espertissimo e non mi sono aiutato con lo spice per cui spero di non aver scritto minchiate.

My two cents

Hmm... non sono sicuro.
Dunque, le condizioni iniziali sono il carico (che è una enorme bobina, che ha una resistenza di circa 17 ohm) a cui viene applicata una tensione di 35V continua e in cui scorre di conseguenza una corrente di un paio di A.
Ad un certo punto si inverte il carico, quindi la corrente che scorre cambia di polarità.
Allora, il mio ragionamento è questo: l'induttanza tende a mantenere la corrente costante, per cui si dovrebbe generare una tensione inversa rispetto a quella applicata per cercare di mantenere -2A di corrente.
Quindi io avrò 35V di alimentazione, -35V sull'induttanza e la resistenza in mezzo, in pratica, volendo considerare caratteristiche discrete dei componenti.
Quindi, praticamente, una settantina di V totali.
In questo ragionamento però mi manca il fattore tempo: dato che si sa che più lo switch su una induttanza è brusco, più la sovratensione è alta, lo stesso dovrebbe succedere qui.
Però non so come fare a tenerne conto... non so se mi sono spiegato meglio.

[Lor1981]

Che mosfet usi per fare il ponte? Normalmente in questi casi andrebbero usati dispositivi che abbiano un diodo di ricircolo che serve appunto a "beccarsi" le correnti inverse dei carichi induttivi.
Altra cosa: non è che per caso non lasci abbastanza tempo morto tra l'apertura di due mos del ponte e la chiusura degli altri due?

[gpc]

Originariamente inviato da Lor1981

Che mosfet usi per fare il ponte? Normalmente in questi casi andrebbero usati dispositivi che abbiano un diodo di ricircolo che serve appunto a "beccarsi" le correnti inverse dei carichi induttivi.
Altra cosa: non è che per caso non lasci abbastanza tempo morto tra l'apertura di due mos del ponte e la chiusura degli altri due?

I diodi ci sono infatti.
I mosfet sono degli STP12PF06 e STP16NF06.
Per quel che riguarda i tempi morti... in teoria non dovrebbero essercene, perchè il segnale che li controlla è unico e viene invertito da delle porte logiche per avere il reciproco, per cui gli unici ritardi dovrebbero essere i tempi di propagazione del segnale.

[Lor1981]

Originariamente inviato da gpc

I diodi ci sono infatti.
I mosfet sono degli STP12PF06 e STP16NF06.
Per quel che riguarda i tempi morti... in teoria non dovrebbero essercene, perchè il segnale che li controlla è unico e viene invertito da delle porte logiche per avere il reciproco, per cui gli unici ritardi dovrebbero essere i tempi di propagazione del segnale.

Non proprio. Un mosfet di potenza non si spegne immediatamente dopo che viene tolta tensione al gate.
Altro dato da considerare, se non è stato previsto nel tuo circuito di pilotaggio, è il fanout delle porte logiche. Il gate è direttamente collegato alla porta logica?

[gpc]

Originariamente inviato da Lor1981

Non proprio. Un mosfet di potenza non si spegne immediatamente dopo che viene tolta tensione al gate.

No d'accordo, ma meno di così non si può fare.
Quello che intendevo dire era che non è che ci fossero due segnali diversi che accendevano e spegnevano le due coppie di mosfet, quindi non ci sono ritardi tra l'attivazione di uno e l'attivazione dell'altro...

Altro dato da considerare, se non è stato previsto nel tuo circuito di pilotaggio, è il fanout delle porte logiche. Il gate è direttamente collegato alla porta logica?

Nel caso dei mosfet N sì, l'uscita della logica (74HC14 e micro) pilota direttamente il gate, mentre nel caso dei mosfet P c'è un altro mosfet N in mezzo.
In ogni caso il fanout è di due gate per ogni linea, uno di un mosfet di potenza e uno di un mosfet di pilotaggio. Non dovrebbero avere problemi.
Comunque, se il ponte invertisse lentamente non sarebbe un problema grosso, anzi: in questo caso mi scaricherebbe la bobina ed eviterei la sovratensione. C'è da tenere presente che non stiamo parlando di un carico come un motore, sono proprio bobine in aria quadrate da più di due metri di lato. Il cambiamento di polarità è quacosa che avviene molto saltuariamente e quindi se anche ci fosse della potenza dissipata sul ponte sarebbe poca.

[hibone]

Originariamente inviato da gpc

I diodi ci sono infatti.
I mosfet sono degli STP12PF06 e STP16NF06.
Per quel che riguarda i tempi morti... in teoria non dovrebbero essercene, perchè il segnale che li controlla è unico e viene invertito da delle porte logiche per avere il reciproco, per cui gli unici ritardi dovrebbero essere i tempi di propagazione del segnale.

quando dici che i diodi ci sono fai riferimento a quelli integrati nel mosfet?

[gpc]

Originariamente inviato da hibone

quando dici che i diodi ci sono fai riferimento a quelli integrati nel mosfet?

No no, shottky esterni.

[hibone]

Originariamente inviato da gpc

No no, shottky esterni.

resto perplesso...

dalla pochissima esperienza che ho, ricordo in questi casi ciò che comunemente succede è che, durante la commutazione, l'induttanza porta a ramengo la tensione di source, per cui la tensione Vgs eccede i valori massimi consentiti ( in negativo o in positivo ) però se ci sono i diodi questo non dovrebbe succedere.

[gpc]

Originariamente inviato da hibone

resto perplesso...

dalla pochissima esperienza che ho, ricordo in questi casi ciò che comunemente succede è che, durante la commutazione, l'induttanza porta a ramengo la tensione di source, per cui la tensione Vgs eccede i valori massimi consentiti ( in negativo o in positivo ) però se ci sono i diodi questo non dovrebbe succedere.

Esatto, la teoria è questa, ma in elettronica la teoria è una cosa e la pratica è un'altra (una delle ragioni per cui l'ingegnerino appena uscito dalla facoltà è un totale incapace nel mondo reale )

Comunque quando ho tempo proverò a simulare il transitorio...

[hibone]

Originariamente inviato da gpc

Esatto, la teoria è questa, ma in elettronica la teoria è una cosa e la pratica è un'altra (una delle ragioni per cui l'ingegnerino appena uscito dalla facoltà è un totale incapace nel mondo reale )

magari questo vale solo per le facoltà italiane, dove lavorare in astratto la fa da padrone.

Comunque quando ho tempo proverò a simulare il transitorio...

io ho provato a fare una simulazione con multisim ( ho formattato e non volevo reinstallare orcad), ma sicuramente ho sbagliato a scegliere i bipoli, visto che staccando entrambe le alimentazioni, la tensione ai capi della serie RL chiusa sull'"oscilloscopio" inizia ad oscillare

[gpc]

Originariamente inviato da hibone

io ho provato a fare una simulazione con multisim ( ho formattato e non volevo reinstallare orcad), ma sicuramente ho sbagliato a scegliere i bipoli, visto che staccando entrambe le alimentazioni, la tensione ai capi della serie RL chiusa sull'"oscilloscopio" inizia ad oscillare

Maaa... il multisim io ormai lo vedo più che altro come una perdita di tempo. Appena nel circuito ci sono un po' più componenti divenza pazzo, ricordo dover simulare un paio di interruttori con mosfet e con l'alimentazione staccata mi segnava correnti di mega ampere e tensioni di giga volt...

[hibone]

Originariamente inviato da gpc

Maaa... il multisim io ormai lo vedo più che altro come una perdita di tempo. Appena nel circuito ci sono un po' più componenti divenza pazzo, ricordo dover simulare un paio di interruttori con mosfet e con l'alimentazione staccata mi segnava correnti di mega ampere e tensioni di giga volt...

ho capito... quanto prima reinstallo orcad.

[Lor1981]

Originariamente inviato da gpc

No d'accordo, ma meno di così non si può fare.
Quello che intendevo dire era che non è che ci fossero due segnali diversi che accendevano e spegnevano le due coppie di mosfet, quindi non ci sono ritardi tra l'attivazione di uno e l'attivazione dell'altro...

Secondo me sta proprio qui il problema: il ritardo ci deve essere!

Originariamente inviato da gpc

Nel caso dei mosfet N sì, l'uscita della logica (74HC14 e micro) pilota direttamente il gate, mentre nel caso dei mosfet P c'è un altro mosfet N in mezzo.
In ogni caso il fanout è di due gate per ogni linea, uno di un mosfet di potenza e uno di un mosfet di pilotaggio. Non dovrebbero avere problemi.
Comunque, se il ponte invertisse lentamente non sarebbe un problema grosso, anzi: in questo caso mi scaricherebbe la bobina ed eviterei la sovratensione. C'è da tenere presente che non stiamo parlando di un carico come un motore, sono proprio bobine in aria quadrate da più di due metri di lato. Il cambiamento di polarità è quacosa che avviene molto saltuariamente e quindi se anche ci fosse della potenza dissipata sul ponte sarebbe poca.

E qui vedo un altro possibile problema: il gate del mos di potenza è più pesante (elettricamente parlando) del gate di un mos di segnale, quindi il pilotaggio dei due mos risulta sbilanciato. Se a questo sommi i diversi tempi di accensione/spegnimento dei singoli mos, rischi di fare il corto quando è in atto una commutazione.

[The_Fragger]

Originariamente inviato da Lor1981

Secondo me sta proprio qui il problema: il ritardo ci deve essere!


E qui vedo un altro possibile problema: il gate del mos di potenza è più pesante (elettricamente parlando) del gate di un mos di segnale, quindi il pilotaggio dei due mos risulta sbilanciato. Se a questo sommi i diversi tempi di accensione/spegnimento dei singoli mos, rischi di fare il corto quando è in atto una commutazione.

Pur essendo ignorante quoto, è da vedere se vi è la corrente di cc e di che entità.Potrebbe essere un motivo della rotture di alcuni mosfet.
Scusate ma uno schema dei mos?Per capire meglio collegamenti e tutto.

[gpc]

Originariamente inviato da Lor1981

Secondo me sta proprio qui il problema: il ritardo ci deve essere!

Ni.
Se ci fosse un momento in cui la bobina resta scollegata tenderebbe a generare un arco per continuare a far scorrere la corrente, che è male.
Se invece rimane sempre collegata, è vero che c'è un momento in cui per la differenza dei tempi di accensione dei mosfet una certa corrente può passare attraverso tutti quattro i mosfet del ponte, ma il tempo è sicuramente breve, i mosfet sono tutti di potenza ed evito sovratensioni molto alte perchè permetto alla corrente della bobina di scorrere comunque.

E qui vedo un altro possibile problema: il gate del mos di potenza è più pesante (elettricamente parlando) del gate di un mos di segnale, quindi il pilotaggio dei due mos risulta sbilanciato. Se a questo sommi i diversi tempi di accensione/spegnimento dei singoli mos, rischi di fare il corto quando è in atto una commutazione.

Di nuovo: il corto è impossibile perchè il generatore di corrente imposta la corrente anche con un carico pari ad un corto circuito, per cui se lo imposto per 1A, mi darà quella corrente con il ponte in corto circuito, con il ponte buono, nei transitori e con il carico cortocircuitato. Certo cambierà la potenza che deve dissipare il finale, però stiamo nuovamente parlando ti tempi di microsecondi.

Originariamente inviato da The_Fragger

Pur essendo ignorante quoto, è da vedere se vi è la corrente di cc e di che entità.Potrebbe essere un motivo della rotture di alcuni mosfet.
Scusate ma uno schema dei mos?Per capire meglio collegamenti e tutto.

Avete ragione anche voi
Vediamo se riesco ad allegare il pdf...

[hibone]

a vedere dallo schema appare tutto in ordine.

non è che per caso il problema è altrove?

[Lor1981]

Mi ero perso un passaggio, ovvero che stai cercando di pilotare il carico in corrente usando un generatore di corrente. Senza entrare nei dettagli, tieni presente che i ponti ad H non sono pensati per questo tipo di pilotaggio.
Venendo al tuo schema, una cosa che mi lascia perplesso è il sistema di pilotaggio dei PMOS. I source di questi ultimi sono connessi ad un nodo pilotato in corrente, quindi ammesso che il ruolo di Q8 sia quello di un generatore ideale, non puoi sapere a che tensione si trova quel nodo. La conseguenza diretta è che non puoi sapere se Q9 e Q10 sono correttamente accesi quando vengono pilotati.
Infine una nota sul funzionamento della sezione U6-Q8: questo tipo di configurazione tende all'instabilità a causa della capacità di gate di Q8. Dovresti compensare il circuito con una rete RC.

[hibone]

Originariamente inviato da Lor1981

Venendo al tuo schema, una cosa che mi lascia perplesso è il sistema di pilotaggio dei PMOS. I source di questi ultimi sono connessi ad un nodo pilotato in corrente, quindi ammesso che il ruolo di Q8 sia quello di un generatore ideale, non puoi sapere a che tensione si trova quel nodo. La conseguenza diretta è che non puoi sapere se Q9 e Q10 sono correttamente accesi quando vengono pilotati.

scusa se chiedo, ma visto che la tensione di gate per Q9 e Q10 usa come riferimento proprio la tensione di source, i mosfet non dovrebbero accendersi comunque correttamente, fintanto che la tensione di source si mantiene sopra i 10V ?