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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik P-Kanal-MOSFET im Bordnetz schützen


Autor: Udo Z. (Firma: keine) (udoz)
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Moin,

ich bastele gerade eine PWM-Steuerung für ein Kfz-Gebläsemotor (12V, ca. 
200 W).
Genutzt wird ein ICL7667, der 2 parallel geschaltete p-Kanal-MOSFETs 
IRF4905 'antreibt'.

Frage: wie schütze ich die MOSFETs bestmöglich bei minimalem Aufwand?

Ich dachte an Begrenzung der Gate-Spannung unterhalb von 20 V durch die 
Dioden D5-8 sowie eine Limitierung der Drain-Source-Spannung durch die 
TVS D9.
Anmerkung: MUR810 wird ggf. noch durch eine stärkere Diode ersetzt.

Danke im Voraus und Gruß,
Udo

Autor: Uwe Nagel (ulegan)
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Die Freilaufdiode D4 gehört über den Motor, nicht über den Transistor. 
Kurzschlussschutz hast du keinen?
Da gibt es speziell für die KFZ-Technik sogenannte High-Side-Switches, 
zB. die BTS...-Reihe von Infineon. Teilweise bei Reichelt erhältlich.

Uwe

Autor: Udo Z. (Firma: keine) (udoz)
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Moin,

Uwe Nagel wrote:
> Die Freilaufdiode D4 gehört über den Motor, nicht über den Transistor.

Oops, falsch eingezeichnet.


> Kurzschlussschutz hast du keinen?

Nur 'klassisch' über Sicherung.


> Da gibt es speziell für die KFZ-Technik sogenannte High-Side-Switches,
> zB. die BTS...-Reihe von Infineon. Teilweise bei Reichelt erhältlich.

Ja, die nutze ich eigentlich gerne. Aber ein entsprechend 
leistungsfähiger (BTS555) ist zum einen langsam (max. 200µs/600µs 
Aus-/Einschaltzeit) und zum anderen teuer. Zumindest in der Testphase 
will ich bezüglich der PWM-Frequenz flexibler sein und ggf. höher gehen 
können.

Gruß, Udo

Autor: Andre S. (dg2mmt)
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Was sollen D5 und D6 bewirken?
R4 und R5 werden dir vermutlich deine Ein- und Ausschaltflanken 
langsamer machen.
D9 wird dir einen Stromfluss über den Motor bewirken, sobald an U-Bat 
die Z-Spannung überschritten wird. Was soll D9 bewirken?
Im Verpolfall wirst du einen Stromfluss über den Motor haben, da alle 
Dioden in Flussrichtung geschaltet sind. (auch die parasitären Dioden im 
MOSFET)
Das Gate ist ja nur im eingeschalteten Zustand gefährdet.
Eine Maßnahme um das Gate zu schützen, ist das Gate mit einem 
Spannungsteiler zwischen U_bat und der Ansteuerleitung zu schalten. Der 
Spannungsteiler muss so ausgelegt sein, dass auch bei kleinster 
Eingangsspannung U_bat das Gate noch sicher aufgesteuert wird.
Um im Überspannungsfall das Gate zu schützen, dann eine Z-Diode zwischen 
Source und Gate schalten. Der Widerstand zur Ansteuerung begrenzt dann 
den Strom durch die Z-Diode, also den Widerstand so auslegen, dass die 
Z-Diode im Überspannungsfall nicht überlastet wird.
Zur Ansteuerung der MOSFETs: bist du dir sicher, dass du da einen 
(dicken) Treiber-IC brauchst?
Um den MOSFET einzuschalten musst du ja prizipiell nur das Gate nach 
Masse schalten, zum Ausschalten hast du ja den Pull-Up am Gate. Sicher, 
dass der Pull-Up nicht reicht und du das Gate aktiv auf U-Bat ziehen 
musst(Schaltgeschwindigkeit)? Der ICL7667 kann nur 15 Volt. Wenn der 
direkt am Bordnetz hängt wird er mit Sicherheit sterben. Wenn der eine 
getrennte Spannungsversorgung hat und dein Gate mit max. 15 V ansteuert, 
wird ab Überspannung an U-Bat > 17 V dein MOSFET aufsteuern und deinen 
Motor ansteuern...

Autor: Udo Z. (Firma: keine) (udoz)
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Moin,

Andre S. wrote:
> Was sollen D5 und D6 bewirken?

Stimmt. Copy&Paste-Überbleibsel von einer Ansteuerung für einen 
n-Kanal-MOSFET. Können weg.


[...]
> D9 wird dir einen Stromfluss über den Motor bewirken, sobald an U-Bat
> die Z-Spannung überschritten wird. Was soll D9 bewirken?

Die soll den FET vor Überspannungen > 55 V schützen, die man im Bordnetz 
wohl nicht ausschließen kann. Da die in der Regel nicht wirklich 
energiereich sind, dürfte der Stromfluss den Motor nicht bewegen.


[...]
> Zur Ansteuerung der MOSFETs: bist du dir sicher, dass du da einen
> (dicken) Treiber-IC brauchst?

Naja, das ist ein 1-Euro-Teil mit ein wenig Beschaltung. Damit lässt 
sich die PWM-Frequenz 'spielerisch' anpassen. Der Software-Aufwand für 
eine weitgehend stufenlose Anpassung per µC wäre in der Testphase doch 
recht hoch.


[...]
> Sicher,
> dass der Pull-Up nicht reicht und du das Gate aktiv auf U-Bat ziehen
> musst(Schaltgeschwindigkeit)?

Der Pull-up reicht aus. Er, wie die Gates, werden auch nicht direkt am 
ICL hängen. Dessen Überleben ist also sichergestellt:

> Der ICL7667 kann nur 15 Volt. Wenn der
> direkt am Bordnetz hängt wird er mit Sicherheit sterben.


Danke für die Hinweise!
Gruß, Udo

Autor: Max (Gast)
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> Der ICL7667 kann nur 15 Volt. Wenn der
> direkt am Bordnetz hängt wird er mit Sicherheit sterben.

Also sollte er durch Supressor-Diode oder Varistor abgesichert werden?
Oder was wäres sinnvoll?

Autor: Otto (Gast)
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> Der ICL7667 kann nur 15 Volt. Wenn der
> direkt am Bordnetz hängt wird er mit Sicherheit sterben.

> Also sollte er durch Supressor-Diode oder Varistor abgesichert werden?
> Oder was wäres sinnvoll?

alle Bauteile für ein 12V-Bordnetz sollten mindestens 40V vertragen.

Gruss Otto

Autor: Udo Z. (Firma: keine) (udoz)
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Moin,

Otto wrote:
> alle Bauteile für ein 12V-Bordnetz sollten mindestens 40V vertragen.

Was auch nicht wirklich hilft, weil Spannungsspitzen durchaus höher 
liegen können. Bei den üblichen Komponententests müssen Baugruppen 
deutlich höhere Spannungen (z.B.+/- 200V) aushalten.

@Max: ich verfahre seit Jahren erfolgreich nach DSE-Faq. Im Plusstrang 
eine Sicherung und Drossel, TVS nach Masse und parallel dazu 
Kondensatoren.

Autor: Otto (Gast)
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Die Betriebsspannung sollte mindestens 40V betragen.

Zusätzlich muss natürlich Schutz gegen z. B. "Jump Start", "Load Dump" 
usw. usw. erfolgen.

Otto

Autor: Max (Gast)
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Nur was für eine Drossel? Weil die ja so 3-5Ampere für den ICL7667 
liefern muß....Reichelt-Bestellnummer möglich? ;-)

Autor: Udo Z. (Firma: keine) (udoz)
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Moin,

suche bei Reichelt mal nach MESC und 77A.
Ich nutze für die meisten Schaltungen eine MESC40.

Bei der Gelegenheit: hat hier jemand zufällig ein Spice-Modell des 
ICL7667?

Gruß, Udo

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