Schrittmotorsteuerung, bitte mal drüber schauen

[robin]

Hallo liebe Roboternetzler,

ich bin gerade dabei eine Schrittmotorsteuerung zu planen. Ziel des ganzen ist es etwas zu lernen und eine CNC Fräse damit zum Laufen zu bringen.
Es soll möglich sein Motoren bis zu 10A anzusteuern. Warum 10A? Weil es eine schöne Zahl ist, vorerst werden aber nur 4A Schrittmotoren dran angeschlossen.
Versorgungsspannung bis zu 48V geplant, der Powerteil ist aber bis 100V ausgelegt.
Mikroschritte bis zu 64 fach sollten möglich sein.

Hier mal die Eckdaten:

µC: ATXMega A4 http://search.digikey.com/us/en/prod...-AU-ND/1886270
MOSFET treiber: 4* IR2110S http://search.digikey.com/us/en/prod...110S-ND/352099
FETS: 8* IRF3910 http://parts.digikey.com/1/parts/102...fr3910trl.html
Shunts: 2*0,1Ohm 3W parallel http://search.digikey.com/us/en/prod...FCT-ND/1775059

Angesteuert werden sollen Schrittmotoren, mit 4A Nennstrom und 3V Nennspannung.
Versorgt wird die Schaltung mit einer Spannung von 48V für sie Schrittmotoren, 12V für die MosFets und 3,3V für den µC.

Mein Problem ist leider, das ich zum einen nicht sicher bin, ob ich nicht vllt. doch einen OPV an die Shunts setzten soll oder ob die internen der XMegas ausreichend sind.
Außerdem wäre es nett, wenn mal jemand über das Layout schauen könnte, vllt. fallen euch noch ein paar Fehler auf, die ich aus mangelnder Erfahrung noch nicht sehe.

Erste Prototypen werden nur mit 35µm Kupfer gefertigt, sollten also nur 6A können, mit 70µm ist aber 10A denk ich drin.

Freundliche Grüße,

Robin

[ManuelB]

Hallo,

ich sehe zumindest keinen Elko für die Versorgungsspannung/Motorspannung. Haben die Treiber eine Chargepumpm intern? Ansonsten sind 100% Tastverhältnis nicht möglich (Boostrap kann nicht nachladen). Sollte den Bereich betreffen, wo Konstantspannungsbetrieb auftritt (oberer Drehzahlbereich). Ev. werden auch noch Snubber nötig gegen Spannungsspitzen an den Fets.
Kann der XMega mit den kleinen Spannungen im unteren Strombereich am Currentsense noch sicher arbeiten? AD Wandlung schnell genug oder Komparatorbetrieb?
Freilaufdioden sind nicht unbeding notwendig. Die parasitären der Fets sind zwar etwas langsamer könnten aber durchaus noch funktionieren.
Kann sein, dass der Tiefpass am Currenssense etwas großzügiger in der Zeitkonstante gewählt werden muss um die erste Spitze auszublenden oder im XMega die erste Zeit nach dem Einschalten der Fets das Signal ausblenden/Abschalten sperren.

MfG
Manu

[robin]

ich sehe zumindest keinen Elko für die Versorgungsspannung/Motorspannung.
Werden extern plaziert, hab leider kein Platz auf der Platine gefunden, kommt noch ein Kühlkörper drauf. Hab ich vergessen zu schreiben, sorry dafür.

Haben die Treiber eine Chargepumpm intern? Ansonsten sind 100% Tastverhältnis nicht möglich (Boostrap kann nicht nachladen).
Chargepump nein, Bootstrap ja, Das Problem ist bekannt, da ich die Motoren aber mit mehr Spannung betreibe sollte ich ja nie in den 100% Bereich kommen. Ich werd versuchen die Bootstrap Cs so groß wie möglich zu wählen, kam aber leider noch nicht dazu Reichelt zu durchforsten.

Sollte den Bereich betreffen, wo Konstantspannungsbetrieb auftritt (oberer Drehzahlbereich). Ev. werden auch noch Snubber nötig gegen Spannungsspitzen an den Fets.
Bitte erklär mir das mal näher. häng grad schon an google, werd aber net schlau draus.

Kann der XMega mit den kleinen Spannungen im unteren Strombereich am Currentsense noch sicher arbeiten? AD Wandlung schnell genug oder Komparatorbetrieb?
Der ADC kann 2MS, bei 2 Eingängen macht das dann 1MS pro Spule.

Freilaufdioden sind nicht unbeding notwendig. Die parasitären der Fets sind zwar etwas langsamer könnten aber durchaus noch funktionierenr
Naja aber lieber die Löcher in der Platine haben und nicht bestücken als nichts zu haben und die Fets brennen durch

Kann sein, dass der Tiefpass am Currenssense etwas großzügiger in der Zeitkonstante gewählt werden muss um die erste Spitze auszublenden oder im XMega die erste Zeit nach dem Einschalten der Fets das Signal ausblenden/Abschalten sperren.,
Kp, da fehlt mir leider die Erfahrung für. Zu was für einen Wert würdest du tendieren?


- Hab grad noch was gefunden, Ich sollte den Reset vllt. noch richtig beschalten

[ManuelB]

Hallo,
wenn Du mit der Erklärung den Konstandspannungsbetrieb meinst. Der Tritt auf, wenn der Stromregler aufgrund der Gegen-EMK des Motors nicht mehr regeln kann (Sollwert wird nicht mehr erreicht). So lange er regelt ist es ein Konsantstrombetrieb, regelt er nicht mehr geht es in den Konstantspannungsbetrieb über (konstante Versorgungsspannung der Endstufe). Das tritt bei höheren Drehzahlen auf. Hier schaltet der Fet auch nicht mehr ab (ev kann man den Tastgrad einfach beschränken) und die Boostrap würde nicht merh funktionieren. Trinamic hatte mal einen Plan wo eine extra Chargepump mit draufgeschaltet war für die Highside.

Mit Snubber meine ich RC-Glieder um Transienten zu dämpfen. Liegen so im Bereich 47pF-1nF und ev. ein R in Reihe (so im Bereich 10/100Ohm) muss man etwas probieren.

Also laut dem Buch von Felix Schörlin ist für den Tiefpass etwa 1µS zu veranschlagen bei einer Schaltfrequenz von ca. 20kHz. Ich meine der L297 macht auch ein blanking von 1µS. Ev. muss man den Wert noch etwas verkleinern um bei Microstepping die kleinen Ströme noch regeln zu können. Müsste man mal mit dem Oszi schauen wie die Spitzen auf der Senseleitung aussehen.

meinst Du mS für die ADCs oder µS? Milli wäre nämlich schon eine verdammt lange Zeit.

MfG
Manu

[robin]

OK, leuchtet mir ein, mit dem Konstanntspannungsbetrieb, hätte nicht gedacht, dass Gegen-EMK so nen hohen einfluss haben..... also doch ne chargepump nur wo bring ich die unter . Eagle light is kacke

Den Sinn vom Snubber versteh ich immer noch nicht ganz. Ist der quasi fürs einschalten und die Freilaufdiode fürs Ausschalten gut?

Den Tiefpass würd ich jetzt erstmal lassen sind zZ ja 2µs, werd ich dann mim oszi schaun, wie dahinter aussieht.

mit MS waren eigentlich megasamples gemeint, sprich der ADC kann 1MHz, hätte ich evtl ausschreiben sollen.

[ManuelB]

Ah, Megasampels
Snubber sind zum dämpfen von Transienten und der Anstiegsgeschwindigkeiten an den Halbleitern. Typischerweise werden sie über die Halbleiter gelegt. Beim abschalten von induktiven Lasten kann es zu kurzen Spannungsüberhöhungen und Schwingungen hoher Frequenz kommen. Diese gehen dann über den Snubber und werden durch das R gedämpft/verheizt. Die Freilaufdioden sind ja auch nicht unendlich schnell bis sie den Strom übernehmen. Gibt z.B. eine Applikationnote für den L6203 bezüglich Snubber (wobei sich die dort gezeigte Beschaltung bei mir nicht bewährt hat).

MfG
Manu

[robin]

Danke für die hilfe, bin grad am umbauen, aber vor Sonntag wirds kein update mehr geben, denke eher es wird Montag.

Chargepump und Snubber werden beide noch eingebaut, Snubber is kein Problem, chargepump wird etwas eng, sollte aber machbar sein.

[robin]

So, endlich bin ich wieder dazu gekommen, an der karte weiterzuarbeiten, tut mir leid, dass es so lange gedauert hat, aber es sind ein paar Sachen dazwischen gekommen.

So hab die Schaltung jetzt überarbeitet. Hinzugekommen sind:
- Chargepump
- Snubber (Werte müssen noch ausgerechnet werden)

Was ist sonst noch zur Schaltung zu sagen? Die Zehner Diode bei den IR2110 ist eigentlich eine Normale, die gabs aber nur mit ovalen Pads und ich wollte keine neu erstellen

mfg Robin