Controllo efficiente motore in c.c.

[apfausto]

Ciao a tutti,
dovrei progettare un controllo per un motore DC a magneti permanenti. L'obbiettivo principale deve essere l'efficienza.
Dato che sono interessato a un solo senso di rotazione, ho pensato a un semplice controllo low-side(concordate?).
Le specifiche del sistema sono:
-motore PMDC da 200W;
-corrente massima 10A;
-tensione di alimentazione 30V.

Nonostante conosca lo schema di un controllo low-side, non ho esperienza nel campo della componentistica.
Quindi la mia domanda è: quali MOS, MOS driver e diodo di ricircolo scegliere in modo da ottenere un controllo con la massima efficienza possibile?

Ringrazio anticipatamente chiunque volesse aiutarmi.
P.S. oltre alla scelta di quei componenti, esistono altri accorgimenti da adottare al fine di migliorare ulteriormente l'efficienza?

[SerTom]

Ti rispondo con una domanda : perché ti focalizzi tanto sulle perdite dell'elettronica (che con i parametri che hai messo potrebbe voler dire qualche Watt su 200) quando il rendimento di un motore DC è si e no il 70% ( cioè su 200W ne rende 140W) ? E sopratutto questo rendimento degrada velocemente se fai lavorare il motore fuori del punto di massima efficienza?

Quindi: perché invece non ti concentri sul far lavorare il motore nel punto più efficiente ?

Bye Ser.Tom

[apfausto]

Innanzitutto ti ringrazio per la risposta .
Hai perfettamente ragione infatti mi sto concentrando anche sul far lavorare il motore nel punto più efficiente. Purtroppo però non basta perché partecipando a una gara di consumi e usando un motore che supera il 90% di efficienza sono interessato anche ai pochi Watt che dissipa il controllo.

[SerTom]

Allora abbandona il solo Low-side e passa al ponte H completo.
Per il resto usa MOS ampiamente sovradimensionati (almeno 50A) e con la più bassa Rdson che trovi.
Tieniti relativamente basso con la frequenza del PWM (20 kHz) giusto per non sentirlo fischiare....
Buona Sperimentazione

Bye Ser.Tom

[apfausto]

Perché il ponte ad H è più efficiente?
Ti ringrazio per i consigli sulla scelta del MOS ma ho capito solo la motivazione di una bassa Rdson.
Perché sovradimensionare? Perché usare una bassa frequenza di PWM?

Ti ringrazio in anticipo

[mario_maggi]

apfausto,
gara di consumi? Se fai il cappello alla situazione, forse saltano fuori idee utili. I 30 V sono fissi da alimentatore stabilizzato?
Ciao
Mario

[SerTom]

Cerco di semplificare molto (forse troppo):
L'efficienza è legata alle minori perdite.
Nel Low Side, ad ogni commutazione la corrente di ritorno transita nel diodo di ricircolo, anche se usi (devi) uno Schottky hai 0.5-0.7V ed un decadimento della corrente piuttosto lungo: questa è energia persa !
In un ponte H puoi far ricircolare la corrente sull'altro ramo e con un decadimento più veloce = minore energia persa. Una frequenza bassa (ma non troppo) riduce le commutazioni e quindi le perdite. In massimo dell'efficienza l'avresti con PWM al 100% (o 0% ) quando non ci sono commutazioni.
Il sovradimensionamento, oltre ad una pratica legata alla maggiore affidabilità è il metodo più rapido per selezionare il MOS adatto; tensione e corrente sono sempre fra le caratteristiche principali, la Rdson te la devi cercare ....

Bye Ser.Tom

[apfausto]

apfausto,
gara di consumi? Se fai il cappello alla situazione, forse saltano fuori idee utili. I 30 V sono fissi da alimentatore stabilizzato?
Ciao
Mario

Faccio parte di un team di studenti che progetta veicoli a basso consumo per partecipare alla Shell Eco Marathon. Attualmente sto cercando di migliorare il controllo del motore elettrico(idee?). I 30 V purtroppo non sono fissi perché il nostro prototipo è alimentato da una fuel cell con una tensione che va da 38 a 28V.

[apfausto]

Nel Low Side, ad ogni commutazione la corrente di ritorno transita nel diodo di ricircolo, anche se usi (devi) uno Schottky hai 0.5-0.7V ed un decadimento della corrente piuttosto lungo: questa è energia persa !
In un ponte H puoi far ricircolare la corrente sull'altro ramo e con un decadimento più veloce = minore energia persa.

Quale ramo?
L'energia persa non dipende solo dall'induttanza (ammettendo la stessa corrente) ?

Ti ringrazio per il supporto che mi stai dando

[richiurci]

ciao Apfausto, provo a dare un'idea poi magari SerTom o Mario diranno se è una cavolata o no.

Anni fa un amico fece un controller per la mia Lambretta elettrificata con motore a spazzole.

partivamo da zero esperienza in merito, quindi un po' di problemi li abbiamo affrontati anche noi, Sovradimensiona molto, durante le commutazioni i picchi di tensione sono terribili, soprattutto finché non avrai ottimizzato il tutto.
Rdson e Imax di solito sono molto collegati, ma occhio ai data-sheet perché spesso sono ottimistici e non la dicono tutta, adesso non ricordo esattamente ma "baravano" omettendo alcune informazioni su come venivano fornite le specifiche.

La mia idea comunque è la seguente, avevo provato a proporla anche al mio amico ma poi abbiamo un po' mollato il tutto a causa della impossibilità a circolare.

Prima idea: immagino userai un micro, prevedi di poter regolare la frequenza del PWM! Probabilmente esiste un ottimo, sopra prevalgono le perdite di commutazione, sotto la "ruvidità" dell' azionamento dovuto alla frequenza troppo bassa potrebbe creare malfunzionamenti o perdita di efficienza nel motore , e a te interessa l'efficienza globale...

Seconda idea: magari già lo fanno, nel controller fatto dal mio amico restavano commutazioni inutili anche a potenza massima, evitare! Anzi io introdurrei un comando che escluda del tutto il controllo PWM con aperture del "gas" superiori all'80% per esempio. Dipende da che mezzo devi comandare, ma insomma di potrebbe anche ipotizzare un passaggio graduale ma rapido, appena il gas sale sopra l'80% si porta il PWM fino a un duty cycle del 100% e poi lo si esclude del tutto finché il gas non torna sotto l'80%.

Spero di essermi spiegato...