dubbio motore in continua PWM ponte h - freno -

[AndreaBad]

Avrei un dubbio di comprensione sul funzionamento motore DC comandato con ponte H in PWM.
In particolare fasi Ton mi è chiara, Toff in free run o break.
Suppongo il motore abbia un certo dutycycle (prego vedere immagine pdf allegata).

A. Ton : attivi due transistor in diagonale. Applicato Vbat al motore. Fluisce corrente sul motore (crescente)

B. Toff (motor free run – fast decay): tutti i transistor spenti, conducono i body diode. In questo caso il motore si muove in free-run. Ma la tensione ai capi del motore è negativa –Vbat. La corrente sull’induttore si riduce rapidamente (-Vbat), il motore però non frena bruscamente e si muove liberamente (generatore in recupero verso alimentazione).

C. Toff (motor break – slow decay): accesi i due transistor in modo da cortocircuitare il motore. In questo caso al motore viene applicato un corto (0V). La corrente sull’induttore si riduce molto lentamente, ma il motore frena bruscamente.

Supponendo che il motore abbia una certa velocità e il generatore di tensione equivalente (E) abbia un valore pressochè costante nelle due fasi Ton e Toff. Non riesco a spiegarmi bene perché nel caso B. Toff (motor free run – fast decay) il motore non decelera rapidamente anche se viene applicata controtensione –Vbat e la corrente sull’induttore dovrebbe ridursi velocemente, mentre nel caso C. Toff (motor break – slow decay) il motore frena bruscamente ma è applicato un corto al motore e la corrente sull’induttore dovrebbe calare lentamente.

In sostanza dagli andamenti della corrente sull’induttore, sarei portato a dire che nel caso B il motore freni e nel caso C no, ma è esattamente il contrario. Ho letto alcuni datasheet, ma non sono riuscito a spiegarmi bene il motivo o dove è l'errore nel mio ragionamento. Se qualcuno riesce a darmi una mano nella comprensione, ringrazio in anticipo.

https://www.vincenzov.net/tutorial/elet ... /ponti.htm
https://www.ti.com/lit/an/slva321a/slva ... e.com%252F

[EcoTan]

In generale bisogna distinguere:
- il recupero dell'energia magnetica immagazzinata nella induttanza parassita di dispersione del motore, che comporta il rovesciamento della tensione e dunque la conduzione dei diodi
- il funzionamento del motore da dinamo, credo dipenda dal tipo di motore, che offre la possibilità di una frenatura chiudendo il motore in corto.
Il primo fenomeno dura poco e si estingue mentre il secondo fenomeno copre, del tutto o in parte, la restante parte del tempo Off.

EDIT: se la frequenza e il duty cycle sono abbastanza grandi, la tempistica si sovverte e l'induttanza di dispersione (o altra induttanza posta appositamente) mantiene la corrente senza mai arrivare a estinguersi.

[AndreaBad]

grazie Eco Tan,

ma mi rimane comunque il dubbio sul modello del classico motore in continua (L , R , E), come indicato nella immagine allegata.

Mi è chiaro durante il Ton.

durante il Toff, con le tensioni applicate nei due casi (B = -Vbatt, C= 0V) non riesco a spiegarmi perché nel primo caso (B) il motore va a generare corrente e continua a muoversi in free-run, mentre nel secondo caso (C) il motore frena bruscamente.

E' cosi, non c'è dubbio, ma se considero la tensione applicata dal ponte nei due casi (B=-Vbatt, C= 0V) e considero la variazione di corrente nel motore considerandolo come un induttore L, trarrei esattamente la conclusione opposta, perché la corrente su L cala maggiormente nel primo caso (B = -Vbatt).

o il modello del motore è sbagliato durante il Toff, oppure c'è un cambio di segno, o sto facendo qualche altra valutazione sbagliata.

[AndreaBad]

ad esempio a questo link spiegano esattamente il dubbio:
https://ebldc.com/?p=86

Slow Decay Mode
When it comes to DC motors, however, there is a very interesting effect while using this decay mode. While on fast decay mode the DC motor rotor coasts down in speed, with slow decay mode the rotor stops very quickly. This is because as can be seen by the above picture, you are shorting the DC motor terminals. This in essence implies the BACK EMF voltage source inside the motor to be shorted. And if there is no BACK EMF, there can be no speed. One is directly tied to the other. We call this phenomenon braking the DC motor or the collapse of the Back EMF. Braking is vital when you want to stop your motor very fast and possibly obtain a particular position. With coasting, this would not be possible, so be aware that selecting slow decay or fast decay with DC motors is not a trivial endeavor.
I like to point out, when I discuss slow and fast decay mode, that the names “slow” and “fast” are pertinent to current, not to DC motor speed. They imply a direct relationship with how fast the current decays through the winding. However, when it comes to how fast the DC motor speed decays, it is the total opposite. Kind of annoying, but I guess one thing leads to the other. So be careful not to think that fast decay will stop the motor very fast, because it is actually the opposite.

...quindi, nel caso (C) allegato precedente (slow decay break), il modello del motore (R, L, E) diventerebbe (R, L) ? ad ogni modo c'è qualche segno che mi sfugge

[EcoTan]

durante il Toff, con le tensioni applicate nei due casi (B = -Vbatt, C= 0V)

No, nel caso B la tensione applicata al motore è -Vbatt soltanto durante il transitorio di estinzione, dopo di che la corrente si azzera e la tensione diventa quella generata dal motore stesso in quanto dinamo (all'oscilloscopio ci vedremmo sovrapposto il ring armonico dovuto alle capacità disperse).

[AndreaBad]

grazie mille Eco Tan,
provo a indicare quindi le fasi in un periodo considerando Ton e i due possibili Toff. Se corretto o hai qualche altro commento fammi sapere.

A. Ton :
accensione transistor in diagonale, al motore viene applicata +Vbat durante tutto il Ton. Fin qui chiaro.

B. Toff (fast decay - free run):
1. i transistor vengono spenti, la corrente dell'induttore L del motore viene scaricata attraverso i body diode, in questa primissima fase del Toff al motore viene applicato -Vbat e l'induttore si scarica velocemente verso l'alimentazione (generatore).
2. supponendo di avere un Toff sufficientemente ampio, una volta che la corrente dell'induttore L si è azzerata, anche i body diode si spengono. Ora il motore non è più connesso all'alimentazione del ponte e ai capi del motore si misura una tensione E controelettromotrice proporzionale alla velocità w del motore (E sarà un valore intermedio, inferiore a Vbat). Avendo una corrente nulla (quindi una coppia nulla) immagino che se perdura Toff nel tempo questa tensione E calerà nel tempo (il motore rallenta in velocità w per gli attriti interni o del carico).

C. Toff (slow decay - brake):
1. entrambi i transistor low side vengono accesi contemporaneamente e si cortocircuita il motore. Al motore viene applicato 0V. La corrente dell'induttore L ricircola completamente nell'induttore stesso, dissipandosi sulla resistenza R degli avvolgimenti (essendo una bassa impedenza, la corrente scende più lentamente).
Il motore viene vincolato a 0V, che cerca di annullare la tensione interna E controelettromotrice che è proporzionale alla velocità w, quindi il motore rallenta velocemente.
In questo caso però mi è meno intuitivo pensare alla riduzione rapida di velocità (E annullata) con riduzione lenta di coppia (riduzione lenta corrente).

[EcoTan]

Sì descrizione corretta. Durante la frenatura entra in gioco anche l'energia cinetica del motore con sovrapposizione degli effetti sulla corrente la quale può invertirsi.