Hallo, hab heute meine Schaltung (Schaltplan kann ich später noch anhängen) aufgebaut und in Betrieb genommen... Ein ATTINY13 gibt ca 20kHz PWM aus... dies geht auf einen Mosfet Treiber (MCP 1407-E/P) und dieser speist zwei parallele Leistungsmosfets vom Typ IRF2804... Die maximale Gatekapazität beträgt bei zwei ca 500nC... bei 20kHz und 14Volt Ugs ergibt das ca (20000Hz*500*10-9C*14V²) ~ 2 Watt Verlustleistung für das kleine DIP8 Gehäuse... hab ich leider erst später gemerkt und so ist mir der Treiber abgeraucht... Aber was mich wundert... Als ich die Schaltung getestet habe, hatten ich einen kleinen Motor mit ca. 100mA Nennstrom angeschlossen... bei diesem hatte der Mosfettreiber keine Probleme und wurde auch nicht heiß... was ich jetzt ein wenig merkwürdig finde, da ja die Millerkapazität doch eher Versorgungsspannungsabhängig ist, als vom Strom der durch den Mosfet fließt... Als der kleine Motor noch dran hing, habe ich das ganze mal ozilliskopiert und es sah alles ganz sauber aus... Versorgungsspannung vom Treiber blieb sauber und die Mosfetsgates haben sauber geschalten... Woran liegt das nun, wenn ich den großen Motor anschließe (Nennstrom 40A) das der Mosfettreiber den Geist aufgibt? Die beiden Mosfets und die Freilaufdiode sind noch heil... ich konnte danach den Motor mit einer Drahtbrücke anstelle der Mosfettreiber noch korrekt schalten... Vielleicht kann mal jemand für mich, Licht ins Dunkel bringen....
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Die Treiberleistung berechnet man besser über das Diagramm in FIG 6, da die Gatekapazität stark nichtlinear ist. Aus dem Diagramm kannst du dir die Gateladung entnehmen und rechnet einfach P=Q*f*U, fertig. in deinem fall 180nC*20kHz*14V=50mW je FET
Ich glaub du hast in der Formel das Quadrat hinter dem Volt vergessen... dann wärst du bei 0,7Watt... was immernoch etwas viel ist bei einem Gehäuse mit 125K/W Kühlleistung... außerdem hab ich noch zwei Mosfets Parallel... aber warum hat die Schaltung mit dem kleinen Motor funktioniert? Ohne das der Mosfettreiber annäherend warm wurde...
Counterfeiter schrieb: > Ich glaub du hast in der Formel das Quadrat hinter dem Volt vergessen... > dann wärst du bei 0,7Watt... Hat er nicht. Einheiten: [Q]=1A*1s [f]=1/s [U]=W/A [Q*f*U]=1A*1s*1/s*W/A=W Das Problem schein hier zu liegen: >Die maximale Gatekapazität beträgt bei zwei ca 500nC... Das ist eine Ladung, keine Kapazität.
Hm okay... das klingt logisch... aber dann ist ja die Tabelle von Microchip total falsch... dort trägt man seine Ladung in nC ein und die wird IMO direkt in nF umgewandelt... http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=2125¶m=en026124 in der Ladung steckt aber noch die Spannung... müsste ja dann die Spannung am Gate sein... also laut Datenblatt meistens 10V... da müsste ich 500nC/10V teilen und hätte die Kapazität, oder?
Hallo, theoretisch kannst du die Ladung wieder in eine Kapazität umrechnen. aber das ist in meinen Augen sinnlos, denn das Gate ist alles andere als eine ideale Kapazität. Schau dir mal Fig 5 und Fig 6 im Datenblatt an. Mithilfe der Gateladungskurve aus Fig 6 kann man die Treiberleistung recht einfach bestimmen. Ich kenne die Tabelle von Microchip nicht, aber wozu brauch man bei so einfachen Vorgängen ein Excelsheet: Das Gate muss mit Ladung auf X-Volt aufgeladen werden. Wieviel Ladung brauch man? -> Fig 6 Wo kommt die Ladung her? ->Treiberversorgung mit Spannung U. Die Energie ist bekanntlich Q*U. Dann noch die Frequenz drannmultiplizieren, und schon weiß man welche Leistung verbraten wird. Verbraten wird sie übrigens Anteilig im Gatevorwiderstand und im Innenwiderstand des Treibers. Es fallen also nicht die kompletten Verluste im Treiber an. Grüße Andreas
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Ja, eigentlich ist es nicht schwer... Aber wenn man den Treiber erst ausrechnet und dann einbaut und aufeinmal raucht er ab.... da kommt man schon ins wanken... Dann hab ich die Tabelle runtergeladen, aber die is ja mal total falsch und ich habs geglaubt -> dann hätte nämlich das Abrauchen auch Sinn ergeben :) Nun ist das ja leider hinfällig... Ich sag leider, weil ich keine Idee habe, was es sonst sein kann... Ich hab mal Schaltplan und Board Angehangen... vielleicht kann jemand was ungewöhnliches entdecken... Die Zenerdiode am Gatetreiber habe ich aber derzeit durch einen Pulldownwiderstand ersetzt... Ich denk mal, wenn der Treiber durch Überspannung gestorben wäre... dann wäre der Mosfet eher tot gewesen... hmmm....
Wie genau ist denn der Motor an deine Schaltung angeschlossen? Das ist mir aus dem Schaltplan nicht ganz klar. Ich nehme an, dass D3 die Freilaufdiode sein soll. Sollte die nicht mit dem Drain verbunden sein? Wo genau auf deiner Platine schließ du deine Versorgung an? C6 ist im Layout sehr ungünstig Plaziert, er sollte direkt zwischen der Kathode der Freilaufdiode und dem Source der Fets hängen. Durch das jetzige Layout fließt der Motorstrom kurzzeitig über deine fuddelige GND Leitung quer durch die ganze Schaltung. Grüße Andreas
Hallo, Also der Motor hängt Parallel zur Freilaufdiode... Die Versorgungsspannung ist an der Kathode der Diode und am Source der Mosfets... die Mosfets sind Parallelgeschalten... dazu benutz ich 1,5er Drahtbrücken, da ja die Platine den Strom nicht transportieren kann.. Die Anode der Freilaufdiode ist ebenfalls über eine Drahtbrücke mit dem Drain der Mosfets verbunden... Also gibt es insgesamt 3 Drahtbrücken... 2 Motoradern und zwei für die Zuleitung... C6 ist mit eine Diode geschützt und hängt nich parallel zum Motor... C6 ist nur dafür da, den Mosfettreiber zu Puffern... Aber was mir durch dein Post aufgefallen ist... Ich hab die beiden parallelgeschaltenen Source der Mosfets durch Massefläche auf der Platine verbunden... es besteht zwar noch eine 1,5er Drahtbrücke... trotzdem wird aber ein Teil des Stroms über die Platinenmassefläche geleitet.... das klingt erstmal nach Problemen.... da werd ich wohl nochmal den Drehmel auspacken... Aber vielleicht haste ja noch nen Tipp... Danke schonmal Basti
Der Dicke C6 sollte mehr oder weniger der zentrale Punkt sein. Also von dort aus die Mosfets/Last versorgen (kurz und bündig), und auch mit separaten Leitungen von dort aus zum Rest der Elektronik gehen (Treiber). Auch bedenken, daß auch der Treiber ordentliche Stromimpulse liefert (weil er ja die Gate-C's umladen muß). Also den auch noch mal separate mit einem C puffern (100-220n sollten reichen), und dessen direkte Beschaltungsteile dann auch mit diesem C verbinden. Der Treiber sollte auch über kurze Massewege an den großen C6 (also möglichst dort mit in der nähe platzieren). Der attiny sollte mit seiner Masse dann an den Buffer C des Treibers gehen. Ist die Masse zw. C6 und Treiber nicht zu lang/dünn, sollte der Tiny auch direkt an C6 anbindbar sein. Stromeinspeisung ist direkt am großen Buffer-C6
Ah okay danke... aber die meisten Tipps sind ja umgesetzt... Der Treiber IC hat zwei Keramikkondensatoren mit jeweils 220nF und wird noch von dem 1000uF Elko versorgt... Die Leitungswege sind an sich schon recht kurz, da ja die Platine ein sehr geringe Abmessung hat... 8x2,5 cm Die Masse wird (nicht zu sehen) über eine Massefläche verteilt... Ich versteh bloß noch nicht, wie mir da der Treiber IC abrauchen kann... nagut bei schlechter Stromversorgung ist das wohl wahrscheinlich... Ich werd nochmal was probieren... ich Berichte von meinen Erfolgen, oder auch nicht... danke schonmal basti
>Die Masse wird (nicht zu sehen) über eine Massefläche verteilt... Neh, das ist keine richtige Massefläche, da sie überall von Lötaugen unterbrochen wird. >Der Treiber IC hat zwei Keramikkondensatoren mit jeweils 220nF und wird >noch von dem 1000uF Elko versorgt... Der Treiber "sieht" diese Kondensatoren aber garnicht, da die Leiterbahnwege viel zu lang sind. Dein Layout der Entkoppelung ist leider katastrophal! Du mußt das ganz anders machen: Die Ground-Pins des Treibers sind direkt mit der durchgehenden Massefläche zu verbinden. Die Entkoppelkondensatoren C9 und C10 sind direkt an den Vdd Pins anzulöten (hier zählt jeder Millimeter!!) und die Masseanschlüsse der Enkoppelkondesatoren wieder direkt mit der Massefläche zu verbinden. Das ergibt Leiterbahnwege, die um Größenordnungen kürzer sind, als was du im Moment hast! Bei den Vias mußt du beachten, daß diese manchmal beachtliche Widerstände aufweisen können. Wenn du also fette Motorströme darüber leitest, solltest du mehrere Vias parallelschalten. >Ich versteh bloß noch nicht, wie mir da der Treiber IC abrauchen kann... Weil alle internen Schutzschaltungen des Treibers massgeblich von einer perfekten Betriebsspannungsentkopplung und der Verwendung einer durchgehenden Massefläche abhängen... Kai Klaas
> Neh, das ist keine richtige Massefläche, da sie > überall von Lötaugen unterbrochen wird. Lötaugen sind ok, bloss keine Schlitze. > Der Treiber "sieht" diese Kondensatoren aber garnicht, > da die Leiterbahnwege viel zu lang sind Das ist allerdings wahr. Da zeichnet er die C's im Schaltplan noch nah an den IC, und auf dem Layout tut er sie auf die gegenüberliegende Seite. Beim 7805 hat's doch auch geklappt, obwohl 100uF und 1000uF dabei als eher wirkungslos wenn nicht gar schädlich anzusehen sind und wohl in grober Unkenntnis der real benötigten Werte nach dem Muster "viel bringt viel, nach dem Gleichrichter hab ich schliesslich auch schon mal 1000uF gesehen" verteilt wurden.
Hm, ja ihr habt schon recht, wenn ich mein Layout betrachte dann ist das alles andere als Optimal... Und das hab ich gerade mal wieder zu spüren bekommen... Es war jetzt schon wesentlich besser, da ich jetzt die Motorströme nicht mehr über die Massefläche schicke (logisch)... das war ja der Supergau Aber ganz Optimal war es auch noch nicht... Am Anfang ist der Kontroller immer wieder resetet... ich nahm an durch Undervoltage fusebit bei 2,7Volt... die Spannungseinbrüche hab ich auch auf dem Oszi gesehen... Dann hatt ich nochmal einen Elko direkt unter den Kontroller gelötet und siehe da, er schaltet nicht mehr ab... Hm, alles ging ne Weile ganz gut... Treiber IC wurde nicht heiß... aber irgendwann bei den höchsten Strömen/größten Störungen, den die Schaltung so treiben muss, isser dann abgeraucht... Mit dem Oszi hab ich beobachtet, dass sich die Eingangsspannung vom Mosfettreiber von 12V (Versorgungsspannung) auf 15 Volt hochgeschaukelt hatt... je nach Potistellung... wahrscheinlich kommt das von kleinen Spannungsspitzen auf der Zuleitung, die durch die Diode im "internen 12 Volt Kreis" gespeichert werden... Wahrscheinlich stirbt er dabei an Überspannung oder einfach nur sehr schlechter Spannung ;)... ich werd mal was mit ner Zenerdiode probieren und auch dem Mosfettreiber nocheinmal einen extra Elko auf der Unterseite spendieren... Ich hätt gern die Platine noch hinbekommen... das nächste Design mach ich dann besser... Ich geb zu, ich hab die hohen Ströme und Störungen total unterschätzt... Zu den Elkos... ja mir ist bekannt das große Kondensatoren auch einen großen ESR haben... eigentlich waren die kleinen Keramikkondensatoren dafür gedacht die Ströme auszugleichen... immerhin ist die Gatekapazität bei ca 20nF und ein Kondensator hat 220nF... irgendwo hatte ich gelesen, dass man mindestens das 10 fache an Kapazität spendieren soll... Aus der Praxis habe ich noch keine Erfahrung gesammelt... das ist sicherlich richtig... aber man lernt ja immer dazu...
dass die spg hochgeht, kommt vmtl von der freilaufdiode... was hast denn da verwendet?
Ich würde auch versuchen, den heftigen Qg Wert von 500nC (2x IRF2804 parallel) runter zu bekommen. Wenn man diesen Typ nimmt (bei RS erhältlich) http://docs-europe.origin.electrocomponents.com/webdocs/0dcb/0900766b80dcb3d2.pdf sollte auch einer reichen mit Qg um die 120nC
>Wahrscheinlich stirbt er dabei an Überspannung oder einfach nur sehr >schlechter Spannung ;)... ich werd mal was mit ner Zenerdiode probieren >und auch dem Mosfettreiber nocheinmal einen extra Elko auf der >Unterseite spendieren... Vergiß das mit den Elkos. Die werden nicht helfen. Mawin hat ja auch schon gesagt, daß das nichts bringt. Du wirst wahrscheinlich Probleme mit Nadelspikes und Ground Bounce haben. Was du brauchst, ist ein richtiges Layout ohne parasitäre Leiterbahn-Induktivitäten. Schau, daß du eine richtige Massefläche bekommst, platziere die Bauteile geschickt, nachdem du analysierst hast, wo genau die fiesen Ströme fließen und entkoppele richtig. Dann wirds schon klappen. Hälst du auch schön die Leitungen zum Motor zusammen, um großflächige Leiterschleifen und damit Induktivitäten zu vermeiden? Ist deine Freilauf-Diode schnell genug? Hast du die mal direkt am Motor montiert? Kai Klaas
Er bat auch das Problem, das über die Miller-Kapazität eingekoppelte Gate-Ladungen nach VCC (5V) abgeführt werden, und dort niemand sie abnimmt, wodurch die Spannung dort steigt. Eine Mindestlast am Regler wäre sinnvoll, höher als dieser "Bremsstrom".
Hm, und welche Kondensatoren soll ich dann eurer Meinung nach nehmen? http://www.reichelt.de/?ACTION=3;GROUP=B3513;GROUPID=3163;ARTICLE=22985;SID=32gPZ1BKwQASAAAAzNdqo9ab90159abcb076dc03a3837f0c359db Diesen hier? 1uF und ein Keramikkondensator mit niedrigem ESR Wert... davon zwei pro IC? Und dann noch 2x100uF low ESR Elko für 12 Volt und einen für 5 Volt?? Letztendlich kann ichs bloß probieren und dann mit dem Oszi messen, wie es ausschaut... Gegen die Überspannung im "12V Steuerstromkreis" könnte ich doch auch die Diode weglassen und eine Spule dafür hinsetzen. Das wirkt als Tiefpass und "bremst" auch das rückwertige Entladen des Stützelkos. Oder seh ich das falsch? @Düsentrieb Freilaufdiode ist diese hier: http://www.conrad.de/ce/de/product/163689/SCHOTTKY-DIODE-MBR1645-TO-220AC-VIS/6203050
Also, habe zwar jetzt nicht ganz verstanden, wie Du die Platine genau verbessert hast, daß die schonmal besser läuft. aber vielleicht noch paar Hinweise, wie ich die Platine "geradebiegen" würde für weitere Versuche, ohne daß erstmal eine neue her muß: - sämtliche Masseverbindungen zw. Mosfets und Steuer/Treiberteil kappen (also unterhalb der Sourcevias). Beim Source des linken Mosfet musste danach natürlich die beiden abgehenden Masseleitungen wieder verbinden. - dann direkt vom Minus des dicken C eine dicke Strippen zu den Sources ziehen - Freilaufdiode ebenfalls direkt und dick an + des dicken C - Stromversorgung kommt ebenfalls direkt an den dicken C - Drains ebenfalls dick mit Anode der Freilaufdiode verbinden - Die Diode ist dann auch der Anschlußpunkt für den Motor - C2 ist etwas unschön über eine lange Schleife mit Masse verbunden - würde ich direkt mit dem mittleren Reglerpin vebinden (ist aber durch die anderen Maßnahmen dann wahrscheinlich nicht mehr ganz so kritisch) - und die obere Massefläche kannste ebenfalls noch nutzbringend verwenden, indem Du die über Vias/Durchkontaktierungen nur mit der Masse des Steuer/Treiberteils verbindest - das kannste an verschiedenen Stellen innerhalb des Steuerteils machen, inklusive Spannungsregler bis hin zum Masseanschluß des dicken C. Mehr nicht. Leistungsteil darf nirgends mit dieser Fläche sonst verbunden sein. Damit haste auch keine Lastströme mehr über diese Fläche.
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Okay, dann werd ich mal sehen ob ich die alte Platine retten kann... Ich hab aber bereits eine neue gezeichnet... vielleicht könnt ihr euch die mal anschauen... Ich hab versucht, alle Tipps die ihr gegeben habt zu berücksichtigen... Als Pufferelko hatte ich mir 10uF low ESR Elkos von Conrad ausgeguckt... leider bekomm ich die beim Mosfettreiber nicht näher dran, dafür hat aber der Mosfettreiber zwei Keramikkondis mit jeweils 1uF bekommen... (gibts bei reichelt) Die Leiterbahnen sind diesmal doppelt so stark... Wenn ich die Masse durch die Platine führen will, kann ich nun leider keine Massefläche mehr erzeugen...
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