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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MOSFET zu langsam?


Autor: Chris (Gast)
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Hallo!

Ich habe eine Schaltung, bei der ich einen P-MOSFET vom Typ IRF9620 als 
Schalter benutze. An dem liegt eine Spannung von 24V an. Ich 
beaufschlage das Gate mit 6V und der MOSFET schaltet die 24V durch, an 
einen Gleichstrommotor, der dann hochfährt. Den Strom durch diesen Motor 
messe ich dann. Das Problem ist nur, dass der Anlaufstrom bei etwa 2,3A 
liegt, er sollte aber bei ca 2,7-2,8A liegen. Ich habe sämtliche andere 
Fehlerquellen ausgeschlossen, es liegt definitiv am MOSFET. Meine Frage 
ist jetzt nur warum passiert das? Wird er vielleicht nicht schnell genug 
niederohmig, so dass zu Beginn nicht der volle Strom fließen kann? Oder 
was kann es noch für andere Ursachen geben und was kann ich dagegen tun? 
Ich hab mal was von einer Bootstrap Schaltung gehört, weiß aber nicht, 
ob mir das in dem Fall weiterhilft. Über Hilfe wäre ich wirklich sehr 
sehr dankbar!

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Ich würde darauf tippen, du hast irgendwas falsch aufgebaut. Zeig mal 
deine Schaltung.

Autor: Chris (Gast)
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Inwiefern falsch? Also die 24V müssen sein, das ist die Spannung, die 
der Motor braucht. Die werden auch durchgeschaltet, also am Motor liegen 
dann 24V an. Die Frage ist nur ob das vielleicht nicht schnell genug 
geht? Es handelt sich da ja wirklich nur um Millisekunden direkt nach 
dem Schaltvorgang, wo der zu geringe Strom auftritt.
An der Gatespannung hab ich schon herumgespielt, das hat aber nicht 
wirklich was verbessert.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Wenn du nicht gerade etliche kOhm Gatewiderstand hast, schaltet der 
Mosfet in <1µs. Das sollte schnell genug sein...

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Wie "beaufschlagst" Du denn das Gate mit 6 V? Ohne Deine Schaltung zu 
kennen, kann ich mich nur Benedikts erstem Posting anschließen: Das 
riecht nach einem grundlegend falschen Aufbau! Bei einer U_GS von -18 V 
müsste der FET keinen nennenswerten Widerstand mehr haben. -18 V ist da 
schon sehr viel. Damit bist Du sicher schon an den Grenzen der 
Spezifikationen. Üblicherweise geht man bei MOSFETs nicht wesentlich 
über 15 V (bzw. -15 beim p-Kanal-FET). 20 V sind i.d.R. schon "absolute 
maximum".

Autor: Chris (Gast)
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Ok sorry, ich hab meine Schaltung mal mitgeschickt. Das ganze wird über 
das DSpace Signal links eingeschaltet. Der Optokoppler schaltet die 6V 
weiter an den N-MOSFET, welcher dann den P-MOSFET durchschaltet. Der 
P-MOSFET ist dazu da, damit der Motorkreis nachdem der Strom 
abgeschaltet wurde, komplett vom linken Steuerungsteil der Schaltung 
getrennt ist.

Und jetzt frag ich mich warum der Strom im Motor zu gering beim Anlaufen 
:(

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Wieso wusste ich das die Schaltung falsch ist?

Das mit dem N Kanal ist der erste Fehler: Da fehlt ein Widerstand nach 
0V, damit der auch wieder sperrt. Die 6V sieht der P Kanal auch nie, 
sondern entweder zieht der Widerstand das Gate an 24V oder der N Kanal 
zieht es auf 0V. Somit liegen 0V oder -24V am Gate. Das ist nicht 
zulässig, das Datenblatt erlaubt maximal 20V.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Wie soll denn der 1. Mosfet einen definierten Pegel erreichen, wenn der 
OK sperrt   :-o

Da fehlt noch ein Pulldown.

EIDT:
Pech, schon wieder zweiter.
Die Sache mit dem 2. Mosfet liesse sich durch einen zusätzlichen 
Widerstand zwischen Gate vom 2. und Drain vom 1. beheben.

Autor: Chris (Gast)
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Ok vielen Dank schonmal, ich bin ja eigentlich Maschinenbaustudent und 
kämpfe mich grad eher schlecht als recht durch die Elektrotechnik. Also 
wenn ich das richtig verstanden habe, dann müsste ich die 2 rot 
markierten Widerstände mit einbringen und dann wäre die Schaltung vom 
Prinzip ok?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Jain.
Vermutlich kann man die Schaltung sogar noch weiter vereinfachen, dazu 
sind aber noch ein paar Infos notwendig:
- Welche Spannung hat das sSpace Signal das links reinkommt?
- Muss der Mosfet nur den Motor ein und aus Schalten oder wird auch die 
Drehzahl geregelt?

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Chris wrote:
> wenn ich das richtig verstanden habe, dann müsste ich die 2 rot
> markierten Widerstände mit einbringen und dann wäre die Schaltung vom
> Prinzip ok?
Nein, der untere von den beiden Zusatz-Widerständen ist falsch. Der muss 
wenn überhaupt zwischen das Gate von dem linken MOSFET und GND. Der 
soll schließlich dafür sorgen, dass das Gate definiert auf Masse gezogen 
wird, wenn der Ausgangstransistor vom OK sperrt.

Und wenn der MOSFET den Motor nicht nur ein- und Ausschalten soll, 
sondern z.B. ein PWM-Signal aufschalten soll, dann wird das mit dem 
Spannungsteiler am Gate des rechten MOSFET (also mit den beiden 
Widerständen) sowieso nichts. Der FET schaltet dann viel zu langsam. Da 
muss dann ein vernünftiger Gate-Treiber hin, der den Schaltstrom auch 
kurzfristig und schnell liefern kann. Sonst bekommt der MOSFET ganz 
schnell rote Bäckchen.

Autor: Chris (Gast)
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Danke für eure Hilfe Leute!!
Hab das ganze nochmal geändert, ich hoffe jetzt stimmts?

Also das ganze muss nur Schalten, Strom an, Strom aus, mehr nicht. 
Wichtig ist eben nur, dass der komplette Anlaufstrom von 2,8A da 
vollständig durchgeht, was er ja momentan nicht tut. Eine Regelung oder 
so ist nicht nötig.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Sollte so funktionieren, auch wenn man den N-Kanal Mosfet eigentlich 
weglassen kann, und stattdessen direkt den Optokoppler an dessen Stelle 
setzen kann.
Oder aber den Optokoppler weglassen und das Signal direkt aufs Gate des 
N-Kanal.

Autor: Jens G. (jensig)
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Ist die Spannung am Motor denn auch wirklich sofort voll da? Wenn nicht, 
dann schafft wohl der Mosfet den Anlaufstrom nicht richtig, oder das 
24V-Netzteil ist zu weich ...
Haste auch mal eine Vergleichsmessung gemacht, d.h., mal einfach mit 
einem mechanischen Schalter den Motor eingeschaltet, und dabei die 
Anlaufwerte gemessen?
Ansonsten ist der Spannungsteiler ok am Gate des P-Kanal, allerdings 
würde ich auch einfach den N-Kanal rausnehmen, und dort einfach den 
Optokoppler rein (wenn er die 24V aushält, was wohl die meisten können)

Autor: Chris (Gast)
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Also ich hab die zwei Widerstände reingebastelt. Der eine am Gate vom N 
Kanal war schon drin, wie ich vorher bemerkt habe. Den hab ich leider in 
der Zeichnung vergessen. Aber mit dem 2. Widerstand zusätzlich ist der 
Strom auch nicht hoch genug. Am Netzteil liegt es nicht, wie gesagt, es 
sind alle Fehlerquellen außer MOSFET bzw. Schaltung ausgeschlossen. 
Direkt am Netzteil ist der Anlaufstrom hoch genug.

Wenn ich die Motorspannung hochdrehe, dann erreicht der Strom einen Wert 
von 2,8A, also ist so ein hoher Strom wohl generell schon möglich. Was 
könnte denn sonst die Ursache sein? Muss vielleicht ein anderer MOSFET 
her?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Mess mal die Spannung am Motor und am Mosfet (zwischen Drain-Source) 
wenn der Motor an ist.

Autor: Jens G. (jensig)
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also ich denke, irgendwas tust Du falsch messen. Denn wenn die Spannung 
24V anfangs schon voll da ist am Motor, dann ist es egal, ob die über 
den Mosfet kommt, oder über einen mechanischen Schalter, oder direkt vom 
Netzteil - das sollte in allen Varianten praktisch den gleichen Strom 
ergeben (den geringen Spannungsabfall über den Mosfet von paar 100mV 
vernachlässigen wir jetzt mal).
Wie tust Du denn Spannung/Strom messen, daß Du den im Anlaufmoment 
ermitteln kannst? Oszi? Oder normales Multimeter ... ;-) Oder die 
Meßschaltung recht in deinem Stromlaufplan ?

Autor: Michael (Gast)
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Mal vorsichtig gefragt: Welchen Spulenwiderstand hat denn der Motor? Der 
IRF9620 hat einen RDS(on) von 1.5 Ohm und ich kenn Motoren, die 3 Ohm 
Wicklungswiderstand haben. Dann hätte man da 1.5 Ohm in Reihe zu 3 Ohm 
und so teilen sich dann auch die Spannungen auf was dazu führt, dass der 
Motor lediglich 18 V sieht (bei 24 V Versorgung).

Autor: Chris (Gast)
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Also die Messschaltung da hab ich mittlerweile durch nen LEM ersetzt. 
Ist aber auch egal, weil ich momentan eh alles mit Strommesszange und 
Oszi messe. An der Messung liegt es nicht. Ich kriege ja mit genau 
derselben Messung verschiedene Stromwerte direkt am Netzteil (2,8A) oder 
über die Schaltung (2.3A). Der Motor kriegt auch die 24V, da habe ich 
direkt an den 2 Kontakten des Motors gemessen. Die Frage ist jetzt halt 
wie schnell diese 24V zur Verfügung stehen. Also ich hab das mal 
gemessen und sie sind nicht sofort da, es dauert schon ganz kurz. Also 
man muss beim Oszi schon sehr ranzoomen, damit man erkennt, dass es kein 
glatter Sprung ist, sondern eine leichte Schräge. Aber wenn ich das 
Netzteil anmache, hab ich ja auch nicht direkt im selben Moment die 24V 
anliegen oder?

Autor: Michael (Gast)
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Wie groß ist eigentlich der Widerstand am Gate des P-MOSFET? Vielleicht 
ist der zu groß, so dass das laden der Gatekapazität zu lange dauert.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Also man muss beim Oszi schon sehr ranzoomen, damit man erkennt,
> dass es kein glatter Sprung ist...
Es gibt im realen Leben keine "rechteckigen" Sprünge.

Was ist denn die Zeitbasis (ms/div oder us/div), bei der du die Steigung 
siehst?

Ein Tipp:
mit einem Oszi kannst du nicht nur sehen, sondern richtig messen ;-)

Autor: AC/DC (Gast)
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Anstelle den Motor in Drainschaltung zu betreiben würde
ich es mal mit der Sourceschaltung versuchen.

Autor: faraday (Gast)
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>Dann hätte man da 1.5 Ohm in Reihe zu 3 Ohm
>und so teilen sich dann auch die Spannungen auf was dazu führt, dass der
>Motor lediglich 18 V sieht (bei 24 V Versorgung).

sehe ich auch so im Einschaltmoment. Dann dreht Motor hoch und 
Gegenspannung steigt und damit die Klemmenspannung.

Autor: Jens G. (jensig)
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ich denke auch, daß bei ihm "sofort" eben nicht "sofort" ist, sondern 
eben relativ viel Zeit verglichen mit der Anlaufzeit des Motors bedeutet 
(im Sekundenbereich).
Ich war zu faul, mal zu checken, was für einen RdsOn der Mosi hat - aber 
bei den von Michael ermittelten 1,5Ohm und reichlich 2 A brauchte sich 
der Fragesteller nicht zu wundern, daß da 3-4V fehlen am Motor, was dann 
eben auch entsprechend den Strom reduziert .........
Viel mehr als 20V bei über 2A und 24V Versorgung ist da nicht zu 
erwarten. Sind also um die 15% Verlust, der auch beim Strom auffällt 
(2,3A zu 2,8A sind ja auch um die 15% Verlust)
Von daher zweifle ich mal die 24V direkt am Motor an ....

Autor: BMK (Gast)
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Ist doch offensichtlich, dass bei einem gewünschten
Anlaufstrom von 2,8A der Spannungsabfall am MOSFET
2,8 A * 1,5 Ohm = 4,2 V beträgt.

Da hilft ein niederohmiger Typ, z.B. IRF5210, wobei
100V Spannungsfestigkeit sollten hier ausreichen.
2,8 A * 0,06 Ohm = 0,168 V sieht schon besser aus.

Autor: Chris (Gast)
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Ok danke an alle, die mir geholfen haben! Ich werde nächste Woche mal 
checken ob es am Widerstand des MOSFET liegt und nen anderen benutzen. 
Aber diese Erklärung scheint wohl am naheliegendsten zu sein, wird 
hoffentlich dann laufen. Falls Interesse besteht, werde ich dann 
berichten ob es geklappt hat :)

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