Hallo erstmal, wir wollen einen Synchronmotor von Perm (PMS 120) mit einem Wechselrichter aus einem Lithium-Polymer Akku betreiben. dazu wollen wir eine MOSFET Endstufe von Mitsubishi Electronics (FM600Tu-07A) verwenden. Vor der Spannungsversorgung der Endstufe sitzen noch 30mF aus Elko´s um die Belastung der Akkus bei Schaltvorgängen zu reduzieren. Um die Endstufe anzusteuern haben wir uns die angehängte Schaltung (MOSFET_Treiber.png) gebaut. Wie zu sehen laden wir die Gates der Endstufe mit 12V um. Die Zeitverzögerung die durch die ungleichen ein und ausschaltzeiten der Mosfets nötig sind setzen wir Programmtechnisch um. Mit einer früheren Version der Schaltung (MOSFT_Treiber_alt.png sorry, etwas unübersichtlich) haben wir denn Motor schon sauber zum drehen bekommen. Da haben wir die Anschaltverzögerung noch Hardwaretechnisch gelöst. Die Optokoppler (6N139) waren nicht-invertierend geschaltet, der 74HCT14N fiel entsprechend weg. Über den Ausgangswiderstand des 6N139, einen Kondensator, parallel mit Masse verbunden, im Signalpfad und den Schmitt-Trigger Eingang des Triebers (IR2110) wurde das Einschaltsignal um 220ns verzögert. Nun haben wir eine längere Schaltverzögerung programmtechnisch vorgesehen. Nun unser Problem: Bei dem beschribenen Test mit der alten Schaltung haben wir ein Netzgerät als ersatz für die Lithium-Polymer Akkus verwendet. Diese lieferte 40V bei 50A und irgend so ein %&!?"§ hat es zusätzlich mit einer 16A Sicherung abgesichert. beim Hochlauf des Motors ist verstädlciherweise der Strom kontinuierlich angestiegen bis nach erreichen von 16A die Sicherung ausgestiegen ist. nun funktioniert dei Schaltung nicht die Trieberschaltung nicht mehr, weder die alte noch die neu Variante. Wir haben alle ICs ausgetauscht und die meisten diskreten Bauteile überprüft. Doch betriebt man den Motor lauft er unruhig und man hört ein deutliches "Klicken" im Mosfet Modul. Und das schlimmste, bleibt der Motor zu lange im Betrieb brennt jedesmal einer der Lowside Fet´s durch (Gate und Source haben Durchgang => Siliziumdioxidschicht durchgeschlagen?). woran könnte das liegen. Entdeckt ihr einen Fehler in der Schaltung der dazu führen kann oder habt ihr eien Ahnung welches Bauteil defekt sein könnte das dieser Fehler entsteht? Eine zu hohe Spannung am Gate ist ausgeschlossen, wir haben während des Betriebes mit Oszi und Differenzmesser (wegen Potentialtrennung) die Spannung überwacht, sie ist stabil bei 12V.
Vielen Dank für Antworten und Anregungen im Vorraus. Viele Grüße Marian und Daniel
Hallo, als erstes ist anzumerken, daß der Optokoppler das ungeeigneteste Modell ist. Der 6N139 ist einfach zu langsm. Ein guter schneller Optokoppler wäre z.B. der SFH6345 (Vishay). Desweiteren wäre der gesamte Schaltplan des Leistungsteils interessant und wo ist die Sicherung genau eingebaut gewesen beim Betrieb mit Netzteil. Welches ist die angestrebte Batteriespannung. Tschüß
Hallo zurück, ersteinmal danke für die Antwort. Die Sicherung war in das Netzteil eingebaut, wir haben sie gegen eine 40A Sicherung ausgetauscht. Der Akku wird 48V bei 160Ah Kapazität liefern. Das Natzgerät ist mit 40V ja schon ein guter Anfang. Den Betriebststrom unter Volllast des Motors kann es nicht liefern, aber wir testen momentan erst nur den Leerlaufbetrieb. Die gezeigte Schaltung wird halt direkt mit der integrierten Mosfetvollbrücke verbunden. Der innere Aufbau ist im Datenblatt zu erkennen. Die Steuerung erfolgt momentan noch mit der microautobox von dSpace, wird nach erfolgreichen Tests auf einen STM32F103 von ST Microelectronics implementiert. Die PWM Frequenz liegt bei 16kHz. Die Spannungsversorgung der Steuerung/Regelung und aller Sensoren (Stromwandler, sin/cos Encoder) erfolgt über einen DC/DC- Wandler potenzial getrennt. MFG
Hallo, noch ein paar Bemerkungen. Im Schaltplan fehlt an den oberen Optokopplern OK6 und OK1 der Masseanschluß! Wie ist der Zwischenkreiskondensator (Deine 30 mF) an das Powermodul angebunden (wie lang sind die Leitungen zwischen Elko und Powermodul?). Die 12 V Betriebsspannung für die Treiber sind bei diesem Powermodul etwas knapp ausgelegt. Bei einer Schaltfrequenz von 16 kHz sollte die Gate-Spannung schon etwa 15...16 V betragen. Es ist sehr wichtig beim Einschalten die Threshold Schwelle schnell zu erreichen. Da diese aber bei etwa 9...10 V liegt und noch einiges an Spannungsabfällen dazukommt, sind die 12 V etwas knapp. Es wäre schön, wenn Du mal einige Oszillogrammme der Gatespannung posten würdest. Tschüß
dSpace - nicht ganz günstig :) Ich denke Ihr werdet mindestens zwei Probleme haben. 1. Ein Klicken im Leistungsteil deutet auf einen satten Kurzschluss hin. Das kann aber auch steuerungsbedingt passieren, wenn die Kommutierung nicht sauber passt. 2. Das euch die Endstufe nach einer Zeit wegbrennt hat relativ sicher etwas mit eurer Treiberstufe und deren Ansteuerung zu tun!! Ich habe die Totzeit in Verdacht, insbesondere bei der Verwendung der von euch konstruierten Gatetreiberansteuerung!! Die hat eine asymmetrisch Schaltzeitverteilung, da euer Optokoppler schnell nach VCC aber nur über die Zeitkonstante nach Masse nin abfällt (vor dem Inverter). Dadurch kann es passieren, dass die Totzeit eurer Steuerung unfreiwillig verlängert wird und ein halbbrücken Kurzschluss ist die Folge! Ich habe damals super Erfahrungen mit den HCPL316J gemacht - der ist schnell, hat eine separate Entsättigungsüberwachung (schaltet bei Überstrom ab und schützt die Endstufe). Eine Bitte: Könnt Ihr ein Foto eures Zwischenkreisaufbaus machen ? Sofern ihr große Streuinduktivitäten habt, kommen Überspannungsprobleme noch hinzu.
Danke für die hilfreichen Anregungen, Wo kann man denn den SFH6345 bestellen? Bei Conrad, Reichelt und RS Componets ist dieser Typ nicht zu finden. Die Zwischenkreiskondensatoren sind testweise mit kurzen, dicken Leitungen an das Modul angeschlossen. Im fertigen Gerät werden sie über parallel gelegte Kupferplatten an die Vollbrücke angeschlossen. Wir haben jetzt die Ausgangsspannung der trieber durchgemessen und Festgestellt dass das PWM signal nur an Low-Side richtig verstärkt wird. Der Highsideausgang jedes Treibers ist trotz anliegendem PWM Signals und Spannungsversorgung auf "Low". Jeder Trieber den wir haben zeigt dieses Verhalten. Die Enable der Treiber sind wohlgemerkt auf Masse gezogen und der Lowsideausgang funktioniert tadellos. Woran könnte das liegen? Danke für die Hilfe.
Miss mal die Spannung Vb gegen Vs der IR2110. Die haben eine Undervoltage Lockout Detektion und verweigern ihren Dienst zum Schutze der Highside.
Hallo nochmal, @ Michael O.: Ausgangsseitig hängt an der Mosfet Brücke der Perm PMS120 Synchronmotor. Meinst du den mit "Steuerinduktivität"? Die Induktivität des Motors liegt bei 0,0845 mH pro Strang mit einem Wicklungswiderstand von jeweils 0,023 Ohm. Die Motorwicklungen sind in Dreieck geschaltet. Ist es möglich die asymetrieche Schaltzeitverteilung symmetrisch zu machen, bzw. kann die Totzeit nicht Programmtechnisch exakt angepasst werden? Wir stellen momentan die Totzeit über das dSpace-System ein. Ein Überlappen der beiden Steuersignale haben wir bei den Messungen bis jetzt nicht feststellen können. (Messung am Eingang des Treibers. Totzeit war deutlich zu erkennen bei entsprechender Auflösung des Oszi, sah nicht weiter Verdächtig aus). Wir wollen die Totzeit jetzt übermäßig Verlängern auf 5 us. Könnten dabei Probleme entstehen? Nun ist ja der Anschlusspunkt eines Motorstrangs für einige mikrosekunden "floatend". Könnte es dadurch zu einem Aufladen des Punktes, durch die Induktionsspannung des Motors, auf ein hohes Potenzial kommen? Wenn ja, kann das die Mosfetbrücke zerstören, oder würde die Spannung einfach über die internen Dioden angeleitet werden? Wie ihr vielleicht merkt bin ich ratlos woher diese ganzen Fehler kommen können. Vorallendingen warum die Trieber nun nicht mehr richtig Schalten obwohl wir 8!! Stück ausprobiert haben (siehe oben). die können doch nicht alle Kaputt sein? MFG Marian und Daniel
1. Streuinduktivität im Zwischenkreis ist ganz mies. Wenn der Konsensator über lange, nichtverdrillete Strimmen mit den +/- Kontakten des Moduls angeschlossen ist, stirbt dies ganz sicher aufgrund von Überspannung. Da kann selbst ein 1200V Modul mit 50V Nennspannung zerstört werden!!! Bei 1200V Modulen haben die Module eine intrinsiche (Aufbaubedingte) Streuinduktivität < 20..40nH. Zum Testen: Nimm einen Differenztastkopf und schließe ihn am Besten direkt auf die Anschlüsse der Versorgung am MOSFET. 2. Ebenso ein hoher ESR der Kondensator kann eine zu hohe Impedanz bedeuten. Dann müsste der Zwischenkreis aber schon eine ganz gehörige Portion SPannungsripple zeigen. 3. Eine größere Totzeit ist kein Problem. Die MOSFETs haben jeweils eine Freilaufdiode, so dass der Strom in den "undefinierten" Zeiten wenn beide Schalter aus sind, definiert über die Dioden weiterfließt. 4. Wenn der Zwischenkreis eine viel zu hohe Streuinduktivität hat, kann die Überspannung auch den Gatetreiber zerstören. Allerdings halten die FETs mit "nur" 75V deutlich weniger aus. 5. Miss die Totzeit mal an den Gatesignalen (ohne Zwischenkreisspannung).
@ Michael O.: Hab den letzten Eintrag erst eben gelesen. Die Highside wird sauber mit 12 Volt versorgt. der Undervoltage Lockout sollte doch laut Datenblatt erst maximal bei ca. 9,7 Volt einsetzen? Vielen Dank für die Antworten bisher.
Wie habt Ihr den mechanischen Aufbau gemacht von Zwischenkreis und MOSFET-Modul?
Die Zwischenkreisspannung wird von einem Netzgerät bereitgestellt (6269B von Hewlett-Packard). Die Spannungsversorgung haben wir mit einem Differenztastkopf gemessen, liegt bei der eingestellten Versorgungsspannung von 30V und ist relativ glatt. Und wie gesagt der Motor lief bereits einmal mit der vorgestellten Konfiguration, nur halt mit der Hardwarerealisierten Verzögerungszeit (MOSFET_treiber_alt.png), bis die Sicherung der ganzen Hardware den Garaus gemacht hat. Im Anhang mal ein frühes Foto von unserer Bastelei. Noch mit "Ersatzmotor". Der Aufbau ist im wesentlichen so geblieben, es handelt sich allerdings noch um die alte Schaltungsvariante und die Mosfetvollbrücke steht nur provisorisch auf einer Aluplatte als "Kühler". Wir haben jetzt ein richtig schönen passiv Kühler von Fischer Electronics. Das Mosfet Modul wir kaum Handwarm. :-) Viele Grüße.
Hallo DannMannTau: 3,5MB für ein Bild entspricht nicht den Forumsregeln!! Das hättet Ihr auch gut nochmal eben kleinrechnen können! So macht es nur unnötigen Traffic. Euer Zwischenkreis ist ziemlich schlecht aufgebaut!! Zwar ist die Spannung nicht besonders hoch, aber ich kann z.B. mit einer 10mH Induktivität und 20A Strom beim Abschalten locker Spannungsspitzen bis 1000V und drüber erzeugen. Das einzige was bei so einer Leistungs-Brücke unerlaubte Spannungsspitzen aus den Phasenleitungen verhindert, ist ein möglichst steifer Zwischenkreis. Ihr könnt z.B. zwei Kupferbleche nehmen, die mit einem Millimetern Abstand zueinander aufgebaut sind (plus Iso-folie) und dort die Kondensatoren direkt anschrauben. DannMannTau schrieb: > Die Zwischenkreisspannung wird von einem Netzgerät bereitgestellt (6269B > von Hewlett-Packard). Die Spannungsversorgung haben wir mit einem > Differenztastkopf gemessen, liegt bei der eingestellten > Versorgungsspannung von 30V und ist relativ glatt. Bei welcher zeitlichen Auflösung habt ihr das gemessen? Geh mal in den ns-Bereich und miss direkt an den MOSFET Klemmen!
Entschuldigung für das große Bild, mir war die große so dierekt gar nicht bewusst. Tut mir leid. Die Kupferplatten sind schon in Auftrag gegeben, aber noch nicht da. Sonst hätten wir sie auch angebaut. Wir werden uns gleich ranmachen und die verssorgung nochmal genau ausmessen. Danke für die hilfreichen Tips bis dahin. Mit freundlichen Grüßen P.S. Kann man das Bild wieder löschen?
Hallo, also, was ich auf dem Bild so sehe, ist da vieles Falsch. Erstens, Der ZK-Elko so nahe wie möglich an das Powermodul. Zusätzlich ein 2,2 µF MKP Kondensator über die ZK-Anschlüsse des Powermodules. Zweitens, die Gateansteuerung so nahe wie möglich an das Powermodul. Drittens, bevor Ihr nicht die Optokoppler getaucht habt, braucht Ihr nicht weitermachen! Viertens, wie ich schon geschrieben habe, die Treiberspannung auf mindestens 15 V erhöhen. In Reihe zu der Abschaltdiode am Gate einen Widerstand von 1...2 Ohm. Ohne Widerstand wird zu hart ausgeschaltet! Den SFH6345 gibt es bei Farnell (privat über HBE-Shop) oder den HCPL-4503, gibt es bei Conrad. Da Ihr die Treiberspannung ja extern bereitstellt und nicht über Bootstrap erzeugt, würde ich zu einem integrierten IGBT-Treiber inklusive Optokoppler raten. Die Teile gibt es auch bei Conrad. Z.B. den HCPL-3120.
Hallo Nochmal, wir haben jetzt alle Treiberbausteine durchgetestet und sie funktionieren doch. Undzwar nur dann wenn die Highside und die Lowside- Versorgung auf dem gleichen Ground Potenzial liegen. Wir haben jetzt die Minuspole der high- und low- side Versorgung auf einem Testboard mit einem 4K7 Widerstand verbunden und die Treiber schalten tadellos durch. Sobald der Widerstand aber gezogen wird schalten sie nicht mehr. Können wir die Treiber so verwenden? Sprich Widerstände zwischen den Minuspolen der DC/DC- Wandler und dem Ground der gesamten Schaltung löten? Danke für die Tips, wir werden sie umsetzen. Wie gesagt, es sind bereits Kupferbleche bestellt um den beschriebenen steifen Zwischenkreis zu realisieren. MfG
Alles klar - das Problem scheint das interne Levelshifting zu sein. Offensichtlich benötigt dies einen Bezug zwischen High- und Lowside. Ich denke 4k7 sollten kein Problem sein bei den niedrigen Spannungen.
Hallo Gemeinde, Das Problem ist leider noch nicht vom Tisch. Im Anhang haben wir jetzt einmal Bilder von den Ausgangsspannungen der Treiber eingefügt. Ch2 ist mit einem Differenzmesser gemessen worden, der einen Divider von 10 hat, deshalb hier die Angaben von 200mV pro Kästchen. Die Messungen wurden an den Klemmen X1-1 zu X1-2 und X1-3 zu X1-4 nach dem Schaltplan MOSFET_Treiber.png gemacht. Folgendes Problem ist aufgetreten: Das blaue Signal für Highside Phase U zappelt immer um eine us Hin und Her obwohl das PWM signal stabil bleibt. ausserdem ist bei dem gelben Signal für die Lowside Phase U eine doppeltes Anschalten in einer periode zu erkennen. Wir haben harausgefunden an welchem Bauteil es liegt. Der Invertierer 74HCT14N verursacht die Probleme. An dem Eingang des invertieres liegen saubere Signale an (Eingang_Inverter.jpg), am Ausgang kommt das raus was Ausgang_Inverter.jpg zeigt. Wisst ihr warum der Inverter so seltsam reagiert? MfG P.S. Diesmal sind die Bilder kleiner, Dazugelernt
Hallo, tut mir leid, es so zu sagen, aber die Bilder sind wertlos. Ich schrieb weiter oben schon, daß ihr die Gate-Spannungen, vor allem beim Einschalten, oszillographieren sollt. Daran erkennt man erstmal, ob die MOSFET sauber eingeschaltet werden. Dann müßt Ihr mal oszillographiren, wie das Signal vor dem Optokoppler aussiht und wie es am Gate des MOSFET ankommt. Daran erkennt man die Verzögerung der Ansteuerschaltung. Eine Frage? habt Ihr die Optokoppler getauscht, und die Betriebsspannung für die Treiber erhöht. Alle weiteren versuche ohne diese Änderungen sind sinnlos!!! Tschüß
Hallo Nochmal, wir haben alle Ratschläge so gut wie möglich umgesetzt. haben einem MKP Kondensator von 2,2uF über die anschlüsse der MOSFET-Brücke gelötet, das Abschalten durch einen 1 Ohm Widerstand weicher gemacht, die Leitungslängen so weit wie möglcih gekürzt und an den Steuerleitungen jeweils High und Low signal miteienander Verdrillt. Den inverter haben wir wieder entfern da er nur eine zusätzliche Zeitverzögerung in das System brachte und die Optokoppler sind gegen den HCPL4503 getauscht worden (Widerstände sind entsprechend angepasst worden, Ein- und Ausschaltzeit sind nun so ziemlich gleich lang). Das Ergebniss der Bemühungen: Der Motor läuft. Aber: Der Motor brummt sehr laut und der aus der Spannungsquelle gezogene Strom schwankt um so zirka 0,5 A bei eine vollen Umdrehung. Den Encoder des Motors haben wir schon überprüft und die Auswertung des Winkelsignals optimiert (ein Fehler von ca. 0,002 Rad blieb zurück). Wisst ihr woran das liegen kann?? Mit freundlichen Grüßen Marian und Daniel
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