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ノイズ対策_5

昨日すこし良い結果が出てやっと頂上にたどり着くかと思いきや,今日はまた谷底へ転がり落ちる.
きれいに回ったかのように思えたモータだが,今日トルクを測ろうとしたら全くトルクが出てないことがわかった.手で押さえるとシューッとガス漏れのような音がしてDutyを上げても全然力が伝わってこない.手を離すと勢いよく回るものの,中身はスカスカの状態.昨日電流が全然入ってなかったのはそのせいか・・・
昨日見た限り波形はそれほど悪くはなかった.今日もう一度モータの端子間電圧をオシロで見てみると,一定周期のPWM波形に妙な雲のような陰が重なって見える.
トリガをいじって雲の正体を探してみると


なんか,波形が一部バーストしている・・・これか.
ゲートドライバも,その前段のロジック回路もすべてダメだ!フォトカプラで絶縁したので1次側(ロジック部)はクリーンになった.しかし,2次側(パワー部)がそのしわ寄せなのかノイズの嵐状態.
おそらくこのノイズでブリッジがすべてオープンになって,トルクがスカスカになったのだろう.

まだまだ解決までは程遠いが,ここからが勝負だ.
さてと,次の手はどうするか・・・
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ノイズ対策_4

今日は少し前進があった.
フォトカプラで絶縁した回路のうち,一部の信号ラインを5Vにしたら安定して動作するようになった.
ホールICの信号とゲート信号のどちらかがノイズで誤作動して,モータに変な電流パターンが印加されていたようだ.まともに動くようになってからは波形もずいぶんきれいなり,通信エラーも出なくなった.


モータ発熱も小さくなり,16000rpmで2A程度の消費電流になった.おそらくこれが正しいモータ特性なのだろう.
これなら使えるレベルだが,単一電源動作ができないのはまずい.
どうするか・・・

ノイズ対策_3


今日も引き続きノイズとの格闘.
前回DCドライバを試作した時のフォトカプラを出してきてマイコンとゲートドライブ部を絶縁する.
ゲート駆動PWM3CHとホール素子の入力3CH合計6CHの信号を絶縁する必要がある.2回路入りの超高速フォトカプラ6N137を使用する.高い素子である.LEDの駆動用にトランジスタも追加.

バッテリーを使って2電源を完全に分離したが,やはりノイズが残る.
どうも1次側と2次側に結合容量があるようで,高い周波数は防ぎきれず入ってくる.しかし,ノイズレベルとしてはかなり下がったので,ローパスのRC追加で凌ぐことに.
通信エラーは減ったが,あくまで無負荷回転なので,負荷がかかるとまだまだ予断を許さない.

フォトカプラを使った絶縁では回路が複雑になる上,電源が2系統必要なのはすごく面倒.今回のロボットではロジック用の別バッテリーを収納するスペースはない.

さて,困った・・・どうしたものか・・・

ノイズ対策_2

今日は引き続きノイズとの格闘.エンコーダ信号を強化する目論見はとりあえずうまくいった.
しかし,IIC信号が浸食され制御ループがとぎれとぎれになるのはダメだ.
ノイズ発生原因はスイッチング時の電流変化が大きすぎるためだ.これはFETのゲート切り替えエッジをデッドタイムを超えない範囲でやや寝かせてやれば改善する.
そこでFETをスイッチングの遅いやつに換えてみたり,ゲート抵抗を増やしてみたりするも,やはりクリティカルな効果は上がらない.かといって安易にデッドタイムを増やすのはDuty上下限での不感帯が増大するので得策ではない.

これは困った.
別の作戦が必要だ.

ノイズ対策

今日はノイズ対策としてまずはソフトをいじる.通信エラーが出てもスタックしないようにIICをタイムアウト付きの割り込みに変更.さらに頭出し用のコード0x55AAを埋め込みノイズ侵入によるオーバランを一定バイト毎にリセットする処理を追加.ソフトの暴走は少しはマシになった.

が,エンコーダの信号が化けるのはダメ.コントローラ側で簡易デジタルフィルタ(dsPICに内蔵の機能)をかけてあり得るエンコーダ回転数よりも高い成分をカットしてみたが焼け石に水.
こうなると回路にも追加が必要だ.今回エンコーダラインは差動出力でない単なるオープンコレクタ出力なので特に弱い.過去にフォトカプラでゲート駆動の絶縁をやろうとした時にも強烈なコモンモードノイズが1次側のLEDをひとりでにONさせるポルターガイスト現象でさんざん悩んだパターンだ.
対策としてエンコーダの1次側LED入力がOFF時(光遮蔽時)に2次側出力が低インピーダンスとなるようにつなぎ替えて,電圧レベルも5Vにあげ,さらにシュミットトリガをくぐらせる作戦で行こうと思う.シュミットICはマイコン入力(3.3V)に対してトレラントバッファにもなるのでなかなか使いやすい.


問題発生

今週末はコントローラにMR2の通信プログラムを移植してIICのスレーブであるブラシレスコントローラをマスタ(SH2A-7211)から操作できるようにする作業.
ソフトの移植は首尾よく行ったが,ノイズの問題が再発.
IICの通信途絶やエンコーダの誤認識など,DCの時の悪夢が蘇る.通信中のSCL,SDAラインの様子

デジタル信号のスレッシュを易々と越える,激しいノイズが乗りまくっている.見たくない波形だ.

今回ブラシレスなので機械接点によるノイズはないが,電気的なスイッチングノイズはやはりなくならないようだ.電流連続モードでも,スイッチング時のタイムラグはゼロにはならないので当たり前か・・・
しかも,DCの時よりもむしろレベルが悪い感じもする.よく考えたらFET数は1.5倍に増加しているので,ノイズも1.5倍になるのか!
なんとなく,こうなる予感はしていた.しかし,淡い期待もあったぶん落胆も大きい.
まぁしかし,まだモータ特性自体が優位であればやる価値はあるだろう.
それを信じてがんばりたい.

ブラシレスとりあえず回りました


ここのところブラシレスの駆動回路とコントローラのプログラムをやっている.
モータはとりあえずラジコン用のを使っている.四苦八苦して今日はようやくモータが回転した.
しかし,何かがおかしい.正転と逆転で消費電流が違う上,高速域で妙なうなり音がする.
ホールICとコイル位相の関係(進角)をいじって見るもあまり改善しない.無負荷なのにモータがかなり熱くなるし.
モータの問題なのか,駆動パターンがいけないのか,まだハッキリしないが,とりあえず少しづつ前進していきたい.
プロフィール

もやね

Author:もやね
長野県在住の会社員(メカニカル・エンジニア).
ロボットは完全な趣味としてやってます.
E-mail:
mo_ya_ne[a]yahoo.co.jp
[a]⇒@

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