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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Mos Treiber Fehler!


Autor: Tec Nologic (tecnologic) Benutzerseite
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HI,

Es geht um folgende Schaltung.

Ich habe eine Schaltung für eine Bürstenlosen Gleichstrommotor 
entwickelt.

Ich verwende für jede Phase einen IR 2184 im Dip -8 Gehäuse in der 
beschaltung wie im Datenblatt angegeben.

Die Gate Widerstände sind 10 Ohm der Bootstrap Kondensator ist 1µF groß 
(hatte nichts anderes als nicht Elko der Groß ist) die Bootstrap Diode 
ist eine 1N4148.

Versorgung ist eine 12V max. 10A lieferndes Schaltnetzteil.


Die Software des Controllers ist erst mal außen vor, ich will lediglich 
die Hardware in Betrieb nehmen.

Bei ersten Tests bei dehnen ich ein konstantes Drehfeld auf die Phasen 
gegeben habe (PWM 32kHz, 40 Hz Drehgeschwindikkeit)

Mein Problem ist jetzt das 2 von 3 Treiber (IR2184) den Geist auf 
gegeben haben. Der eine Schaltet garnicht mehr. Der andere erzeugt beim 
IN pin auf High und SD auf High, einen Kurzschluss.

Der Treiber der alles über lebt hat arbeitet in allen Dreiphasen problem 
los.

Meine Vermutung ist das ich irgendwo an der Grenze des Bauteiles bin, 
ich sehe aber nicht wo.

Bei 10 Ohm und 12 Volt entnehme ich nur 1,2 A von dem Treiber

Weis jemand Rat warum die Treiber zerstört werden?

Danke schon mal

Tec

: Verschoben durch Admin
Autor: Di Pi (drpepper) Benutzerseite
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Freilaufdioden vorgesehen?

Autor: Tec Nologic (tecnologic) Benutzerseite
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Hi,

Der Treiber macht einen aktiven Freilauf und selbst wenn das nicht der 
fall ist, sind noch die Gehäusedioden der N Fets vorhanden oder sollte 
ich noch welche vorsehen? Ich habe wenig bis garkeine erfahrung mit 
Leistungselektronik, schlägt der Motor so stark zurück? die Treiber 
sollen ja bis mehrere hundert Volt Spannungsfest sein.

Wie müsste ich die Freilaufdioden dimensionieren? In wie weit hängen die 
von der daran angeschlossenen Induktivität ab?

Aber danke schon mal

Tec

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Richtig, Freilaufdioden sind nicht notwendig bei aktivem Freilauf.

1µF als Bootstrap Kondensatoren reichen auch dicke. Die 1n4148 könnten 
aber bei den hohen Schaltfrequenzen unter Umständen Probleme machen 
(Gerade bei kleinen Low-Zeiten). Das würde sich aber anders äußern.

Ich vermute mal, dass dein Treiber dir die komplette Spannungsversorgung 
versaut, da du keine Großen Elkos vorgesehen hast, geschweige denn die 
eine oder andere Überspannungsschutzdiode. Wie sieht denn der Aufbau 
generell aus? Überall schön dicke Leiterbahnen verwendet? Welche MOSFETs 
werden benutzt und wie viel Strom fließt da so?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Simon K. (simon) Benutzerseite

>1µF als Bootstrap Kondensatoren reichen auch dicke.

Ja.

> Die 1n4148 könnten
>aber bei den hohen Schaltfrequenzen unter Umständen Probleme machen

Bitte? Die haben eine t_rr von 4ns. VIER!

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Falk Brunner schrieb:
>> Die 1n4148 könnten
>>aber bei den hohen Schaltfrequenzen unter Umständen Probleme machen
>
> Bitte? Die haben eine t_rr von 4ns. VIER!

Hehe. tatsächlich. Schande auf mein Haupt! Hatte da andere Zahlen im 
Kopf. Wenn ich mir die 4ns aber angucke, müssen die in meinem Kopf wohl 
von einer Leistungsgleichrichterdiode gewesen sein :-)

Autor: Tec Nologic (tecnologic) Benutzerseite
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hi

danke für die vielen Antworten

Die Fets sind IRF 1405 er im TO-220 Gehäuse, Die Spannung habe ich nur 
mit einem 470µF Elko und 100nF geglättet. Beide sitzen direkt an der 
Einspeisung.

Der ganze Aufbau ist auf Lochraster, also ist die Leiterbahndicke sicher 
ausreichend. ;)  Wegen dem Lochraster aufbau habe ich auch keine Eagle 
Zeichungen, es sind aber nur die Nötigsten Bauteile vorhanden.

Der Motor den ich zum testen Nehme dürfte ca 10 A ziehen unter Volllast. 
erst mal soll er nur im Leerlauf laufen deshalb mache ich mir um die 
Dimensionierung von dem Fets und der Kühlung noch keine gedanken. Ich 
habe die Treiber verwendet um Später mit der gleichen schaltun viele 
verschiedene Atröme fahren zu können. Erstmal muss die Grund Hardware 
stehen, und wenn dann ab und zu die Treiber die Füße hochreißen ist das 
nicht so toll.

Wo Sollte die Überspannungsschutzdiode hin? Z-Diode am Spannungseingang?

Die Schaltung ist für Batteriebetrieb.( im groben ein Modellbauregler) 
(ich weis so was gibts günstig zu kaufen, aber ich wills selber bauen um 
was zu lernen. )

Wo sollte ich noch die Spannung Stabilisieren?
In einer Application Note von IR habe ich was gelesen das die 100nF oder 
so direkt am Treiber vorsehen.

kurze zwischen Frage t_rr ist die Erholzeit der Diode?

Danke

Tec

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Tec Nologic (tecnologic)

>Wo Sollte die Überspannungsschutzdiode hin? Z-Diode am Spannungseingang?

An deine Zwischenkreisspannung.

>In einer Application Note von IR habe ich was gelesen das die 100nF oder
>so direkt am Treiber vorsehen.

Ja.

>kurze zwischen Frage t_rr ist die Erholzeit der Diode?

Das ist die Reverse recovery time, also die Umschaltzeit von voll 
stromleitend (forward) auf sperrend (reverse). Ein 0815 
Gleichrichterdiode hat einige µs.

Mfg
Falk

Autor: Tec Nologic (tecnologic) Benutzerseite
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hi,

Danke Falk ich wollte schon 1N4004 einsetzen, weil ich dachte die können 
mehr Strom ab.

Naja gut die 12V sind ja mein Zwischenkreis ich habe ja keinen Frequenz 
Umrichter, ich arbeite komplett in DC.
Also setze ich sie an VCC der FETs an der auch die Treiber hängen.

Tec

Autor: Falk Brunner (falk)
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Du dir und uns einen Gefallen, zeichne und poste einen Schaltplan unter 
Beachtung der Bildformate.

MFG
Falk

Autor: Tec Nologic (tecnologic) Benutzerseite
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Hi,

Ich habe mal in Eagle den Schaltplan den Schaltplan der Platine 
gezeichnet, ich hoffe Das ist alles lesbar.  In dem Plan fehlt lediglich 
der 470µF vor JP2 und der 100nF Kondensator vor JP1, Die 
Spannungsversogung macht ein zur Zeit ein PC-Netzteil.

Ich hoffe das hilft.

danke

Tec

Autor: Michael L. (Gast)
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Hallo,

ich hab ähnlich schlechte Erfahrungen mit Mosfettreibern gemacht...
Seitdem füge ich immer einen 10-100Ohm Widerstand zwischen 
Versorgungs-VCC und Treiber-VCC ein. Veilleicht hilft das auch bei dir.

Grüße,
Michael

Autor: Tec Nologic (tecnologic) Benutzerseite
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hi,

Danke Michael, aber mich würde generell erst mal interessieren warum die 
Treiber kaputt gehen. dann überlebe ich mir was ich dagegen mache.

Ich habe bei dem Artikel [Titel] 
http://www.mikrocontroller.net/articles/Frequenzum...

Im Leistungsteil die Schutzbeschaltung an den Gates der Transistoren.
Dort wird nicht nur der Schutzwiederstand zum Gate verwendet sonder auch 
eine Zehner Diode und ein 1000mal größerer Widerstand zur Source des 
Transistors. Das sieht mir recht sinnig aus, aber ich würde trotzdem 
gern wissen warum es sein kann das der Treiber kaputt geht und diese 
Schutzbeschaltung nötig ist.

Danke

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Michael L. schrieb:
> Hallo,
>
> ich hab ähnlich schlechte Erfahrungen mit Mosfettreibern gemacht...
> Seitdem füge ich immer einen 10-100Ohm Widerstand zwischen
> Versorgungs-VCC und Treiber-VCC ein. Veilleicht hilft das auch bei dir.

Damit hast du aber nur an dem Symptomen rumgedoktort. Wahrscheinlich 
hast du lange Leitungen zu den Mosfet Gates und die haben bekanntlich 
eine Induktivität. Das MOSFET Gate ist eine Kapazität, Voila da haben 
wir den Schwingkreis. Und dieser kann sich unter Umständen äußerst 
ungünstig auswirken (Hohe Spannung entsteht).
Mit dem zusätzlichen Widerstand allerdings hast du die komplette MOSFET 
Ansteuerung langsamer gemacht, was nicht Sinn der Aktion sein dürfte.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Tec Nologic schrieb:
> hi,
>
> Danke Michael, aber mich würde generell erst mal interessieren warum die
> Treiber kaputt gehen. dann überlebe ich mir was ich dagegen mache.
Ja, das machst du auch schon ganz richtig so.
Mich würde trotzdem mal ein Bild von dem Aufbau interessieren. Denn der 
Schaltplan ist soweit relativ richtig.
Wie Falk schon anmerkte, müssen Abblockkondensatoren direkt an die 
MOSFET Treiber. Die "dicken" Lastkondensatoren sollten dann so nah wie 
möglich an die Last; Da sie aber "vor" der MOSFET Brücke sein müssen 
(Eben an der ZK Spannung) musst du versuchen diese so nah wie möglich 
auch an die MOSFETs zu setzen. Wenn die irgendwie mit nen paar 30cm 
Klingeldrähten einfach nur rangefriemelt sind, bringen die nämlich gar 
nichts.

> Ich habe bei dem Artikel [Titel]
> 
http://www.mikrocontroller.net/articles/Frequenzum...
>
> Im Leistungsteil die Schutzbeschaltung an den Gates der Transistoren.
> Dort wird nicht nur der Schutzwiederstand zum Gate verwendet sonder auch
> eine Zehner Diode und ein 1000mal größerer Widerstand zur Source des
> Transistors.
Der Widerstand am Gate ist nicht wirklich ein Schutzwiderstand. Er 
bildet mit dem Gate (Kapazität) des Transistors einen Tiefpass Filter, 
der die scharfen "Ecken" des Rechtecks (und somit hochfrequente Anteile 
im Gate-Lade-Strom) abschwächt.
Der Widerstand von Gate-Source ist ein einfacher Pullup/Pulldown, der 
den MOSFET in den nicht-leitenden Zustand bringt, für den Fall, dass die 
Ausgänge der MOSFET Treiber hochohmig werden (Warum auch immer das 
passieren sollte). Das kann beim IR2184 aber eigentlich nicht passieren.

> Das sieht mir recht sinnig aus, aber ich würde trotzdem
> gern wissen warum es sein kann das der Treiber kaputt geht und diese
> Schutzbeschaltung nötig ist.

Die Treiber gehen mit Sicherheit deswegen kaputt, weil du zur Zeit noch 
nicht berücksichtigt hast, dass große Ströme bzw. Stromspitzen (dI/dT) 
und lange Leitungen (hohe Induktivität) auch mit einer kleinen Kapazität 
ziemlich viel Unheil anrichten können und du deswegen endlich mal deinen 
Aufbau posten solltest!
Und großzügig die Versorgung abblocken.

Autor: Tec Nologic (tecnologic) Benutzerseite
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HI

Danke für die vielen Informationen schon mal, ich habe jetzt mal alles 
zusammen gesucht was ich so an Doku habe für das Ding, hier mal das 
Board.

Autor: Tec Nologic (tecnologic) Benutzerseite
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So hier ein Paar Fotos. Zuerst die Platine von oben, dann von unten, Das 
Netzteil, und den zu quälenden Motor habe ich auch mal fotografiert. Das 
ihr einen besseren Überblick habt was ich genau gemacht habe. die Dicken 
roten Kondensatoren vor den Treiber sind die Bootstrap-Kondensatoren.

@Simon

Die Leitungslänge hält sich finde ich bei mir eigendlich in Grenzen. Das 
ich ein differenzielles Problem habe weis ich mathematisch auch, aber 
ich kann mir bisher nicht erklären wo dort die nduktivität des Motors 
genau ihren schaden anrichtet, der einzige Zeitpunkt der mir ein fällt 
ist die Deadtime beim Umschalten von High auf Low am Ausgang. Was ist 
wenn die eine Phase gerade abgeschaltet ist ( ist ein Sensorless Regler 
), können dort die Rückwirkungen der der PWM an dem abgeschaltet Treiber 
Schaden anrichten?

Ist das Problem schon die Tatsache das ich den Zwischenkreis auch als 
Versorgung für die Treiber nehme?  Ich denke mal ja, Dann sind schon mal 
die erwähnten Kondensatoren an an der Treiberversorgung Pflicht, Ok was 
nimmt man da so? 100nF?

Wenn ich einen PullDown am Gate habe dann entlade ich mir zumindest beim 
High Fet doch den C-Bootstrap, das finde ich eher nachteilig.

In wie weit ist es sinnvoll eine Zener Diode am Gate zusetzen? Ich habe 
Batterieversorgung also auf jeden Fall weniger als 20V, aber wäre vllt 
eine normale Diode dort sinnvoll?

Hab ihr sonst noch Irgend Welche Tipps die man bei einem Design mit 
höhren  geschalteten Strömen an Induktivitäten beachten sollte.


Danke

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Tec Nologic (tecnologic)

>      Bild0016.jpg
>      233,9 KB, 5 Downloads

>So hier ein Paar Fotos.

Das nennst du Fotos? Jedes Aquarell wäre dagegen gestochen scharf!
Lies und lerne etwas über Bildformate.

>ist die Deadtime beim Umschalten von High auf Low am Ausgang. Was ist
>wenn die eine Phase gerade abgeschaltet ist ( ist ein Sensorless Regler
>), können dort die Rückwirkungen der der PWM an dem abgeschaltet Treiber
>Schaden anrichten?

Wenn deine Zwischenkreisspannung hochläuft, weil der Motor zum Generator 
wird, dann ja.

>Ist das Problem schon die Tatsache das ich den Zwischenkreis auch als
>Versorgung für die Treiber nehme?

Nicht unbedingt.

>  Ich denke mal ja, Dann sind schon mal
>die erwähnten Kondensatoren an an der Treiberversorgung Pflicht, Ok was
>nimmt man da so? 100nF?

Ja.

>Wenn ich einen PullDown am Gate habe dann entlade ich mir zumindest beim
>High Fet doch den C-Bootstrap, das finde ich eher nachteilig.

Deswegen ist der ja auch sehr groß, so 100k..1M. Dafür sperrt der High 
Side FET sicher beim Einschalten.

>In wie weit ist es sinnvoll eine Zener Diode am Gate zusetzen?

Kann nicht schaden.

MFG
Falk

Autor: Gast (Gast) (Gast)
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Hallo Tec,

hast du schon mal hier nachgelesen?
Treiber

Wird sich nicht nur für Dich sicherlich rentieren

Gruß
Gast

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Die Dead Time (500ns sowas um den Dreh) ist so kurz, da dürfte nichts 
passieren. Damit hatte ich auch nie Probleme bei meinen BLDC Treibern.
Die Leitungslängen sehen sogar ziemlich gut aus. Sogar der Source am 
oberen FET ist sehr kurz angebunden an den Treiber.

Was aber völlig fehlt sind (wie gesagt) die Abblockkondensatoren direkt 
an den Treibern. Ich würde zu den empfohlenen 100nF noch 1µF (auch 
keramisch) parallel schalten. Das sollte aber dicke reichen.

Autor: Andreas R. (rebirama)
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Hallo Tec,

hast du ein Oszi zur Hand, so ließe sich meine Vermutung überprüfen:

Ich vermute stark, dass deine Treiber den Überspannungtot sterben.
Du hast nämlich eine große Scheife in deinen Zwischenkreis gebaut: 
zwischen der Zwischenkreiskapazität und den jeweiligen Halbbrücken. Wenn 
du jetzt die Halbbrücke von High nach Low wechselst gibts ne ordentliche 
Überspannung direkt an der Brücke. Die Mosfets dort können sowas zur 
Not, denn die sind Avalance-rated, mach nur ein wenig Wärme. Da aber 
deine Treiber die Überspannung auf ihre Versorgung bekommen, sind sie 
das schwächste Bauteil dort.
-> Kondensatoren direkt an die Versorgung der Halbbrücke


Kondensatoren gehören auch an VCC der Treiber, denn nur der Highside 
wird mit Ladung aus dem Bootstrap-kondensator eingeschaltet. Der für den 
Lowside geht das nicht, dessen Gateladung kommt aus VCC des Treibers.

-> Kondensatoren direkt auch an die Treiber.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Auf irgendwas in der Richtung tippe ich (und Falk) ja auch seit längerem 
:-)

Autor: Tec Nologic (tecnologic) Benutzerseite
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Hi

danke, ich werde beim nächsten Layout eure Tipps berücksichtigen

Tec

Autor: GB (Gast)
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Eine Fehlermöglichkeit: Undershoot an Vs.
Siehe http://www.irf.com/technical-info/designtp/dt97-3.pdf

Autor: Andreas R. (rebirama)
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Undershoot scheidet hier aus, da der dafür verantwortliche Kreis klein 
ist, bzw LD1 und LS1 (siehe dein verlinkes paper) klein sind. LD2 und 
die "Load return"-Leitung sind das Problem.

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