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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Bitte um Hilfe- Mosfetschaltung - Atmelports sterben


Autor: NeoGenesis (Gast)
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Hallo,

ich bin dabei eine Motorsteuerung für Brushless-Motoren zu entwickeln. 
Die Steuerung klappt mit 16 Khz PWM auch schon ausgezeichnet. Leider 
sterben nach einiger Zeit die Ports des Atmegas. Woran kann das liegen? 
Was geht kaputt? Diode oder Pullup? Da ich auch eine Bremse 
implementiert habe (Regenerativ), steuere ich sowohl die High als auch 
die Low- Seite mit PWM an - also im Normalbetrieb PWM bei High, beim 
Bremsen bei Low.  Es sterben allerdings nur die Ports der Lowside 
(Steuer -). Welche Schutzschaltungen wären möglich?

Die Schaltung einer Phase ist angefügt. Vielen Dank im Vorraus!

Autor: Floh (Gast)
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Basiswiderstände sind zu klein. Du willst ja ca 40mA pro Basis aus dem 
Pin holen. Bei 20 mA sollte eigentlich Sense sein.
:-)

Autor: Jens (Gast)
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Bei deiner Low-Side gehen die Mittelpunkte der Dioden an die Basis der 
Gegentaktstufe. Vergleich das mal mit oben. Das könnte schon mal ein 
Fehler sein.

Autor: Frank B. (frank501)
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DIe Ports des Mega können maximal (Datenblatt M88) 40mA. Aber dieser 
Wert ist ein absoluter maximalwert, weniger ist besser. 20mA wären 
angebracht, 30 gehen auch noch.
Mit Deinen Widerständen (angenommen die Versorgungsspannung beträgt 5V) 
kommst Du auf einen Basisstrom von 47mA, also schon wesentlich über dem 
Maximalwert.
Vergrößere die Widerstände an den Ports erst mal auf 220 Ohm. Dann 
sollte schon mal eine Fehlerquelle beseitigt sein.

Wo für sind die Dioden und die Widerstände an den Gates? So wie 
eingezeichnet verzögern die Widerstände das Abschalten der FETs. Ist das 
so gewollt?
Eigentlich sollten die Dioden und Widerstände unnötig sein, denn dem FET 
macht es nichts aus, wenn er am Gate einen großen Strom bekommt. Im 
Gegenteil, er schaltet schneller durch bzw. ab und damit verringert sich 
die Verlustleistung.

Im Übrigen solltest Du den Plan mal etwas aufräumen, demit er lesbarer 
wird.




Jens schrieb:
> Bei deiner Low-Side gehen die Mittelpunkte der Dioden an die Basis der
> Gegentaktstufe. Vergleich das mal mit oben. Das könnte schon mal ein
> Fehler sein.

Das ist so kein Fehler, denn bei der High-side sind P-Kanal FETs 
verwendet und in der Low-Side N-Kanal FETs. damit das Verhalten der 
beiden Seiten gleich ist, müssen die Dioden auf dereinen Seite umgekehrt 
werden, sind aber eigentlich komplett unnötig.


Frank

Autor: NeoGenesis (Gast)
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Erstmal vielen Dank für die Hilfreichen Beiträge. An den Basiswiderstand 
hab ich noch nicht gedacht.. hatte mehr die Bremse in Verdacht :) aber 
47mah sind natürlich deutlich zu viel. Die Schaltung ist eine leicht 
abgeänderte Form einer Brushlessregler-Schaltung aus der Elektor (1996). 
Deshalb habe ich auch die Dioden so übernommen. Ich werde wohl die 
Dioden ausbauen, da ich die Funktion auch nicht nachvollziehen kann.

Lg Sönke

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  NeoGenesis (Gast)

>Deshalb habe ich auch die Dioden so übernommen. Ich werde wohl die
>Dioden ausbauen, da ich die Funktion auch nicht nachvollziehen kann.

Kannst du die Funktion deines Motorsteuergeräts deines Autos 
nachvollziehen?
Lass sie drin. Sie sind zu Steuerung der Lade- und Enladezeiten der 
Gates. Entladen (Sperren) erfolgt über die Dioden mit voller Leistung 
des Treibers, also schnell. Laden erfolgt über 100 Ohm, also langsam. 
Damit wird eine Totzeit generiert, wenn High- und Lowside aus einer 
Quelle angesteuert werden, damit kein Kurzschluß zwischen +UB und GND 
entsteht. Erst den aktiven MOSFET ausschalten, kurze Pause, dann den 
inaktiven einschalten. Break before Make wie der Lateiner, ähhh 
Angelsachse sagt.

MFG
Falk

P S Du hast einen Fehler in deinem Schaltplan. Die Diode D1 muss an die 
Emitter de Teiber, nicht Basen. Und dein Schaltplan ist saumäßig lesbar.

Autor: NeoGenesis (Gast)
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@ Falk

Danke. Deine Erklärung der Dioden ist sehr gut. Bist du sicher, dass die 
D1 falsch ist?
Ich hab mal den Ursprungsschaltplan angehängt. Dort ist sie auch an der 
Basis...

@ Frank

Die Gatewiderstände vor den Mosfets sind Schutzwiderstände. Sie Sollen 
die Transistoren vor zu hohen Strömen schützen.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  NeoGenesis (Gast)

>Danke. Deine Erklärung der Dioden ist sehr gut. Bist du sicher, dass die
>D1 falsch ist?

Ja.

>Ich hab mal den Ursprungsschaltplan angehängt. Dort ist sie auch an der
>Basis...

Naja, man kann es so machen, der MOSFET schaltet kraftvoll gegen Masse, 
da kann er die Gates gut entladen. Du hast aber einen vollwertigen 
Push-Pull Verstärker auf der LOW Side, warum den dann nicht nutzen?

>Die Gatewiderstände vor den Mosfets sind Schutzwiderstände. Sie Sollen
>die Transistoren vor zu hohen Strömen schützen.

???
Das sind Angstwiderstände, die die Logikausgänge schützen sollen, welche 
die MOSFETs ansteuern.

MfG
Falk

Autor: NeoGenesis (Gast)
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Also damit ich das mit der Diode richtig verstehe:

Wenn ich die Diode D1 auf der Low-Side an die Emitter anschließe wird 
das das Singal getoggelt oder nicht?

basis auf low emitter --> high

basis auf 5V emitter --> low

Ändert das nicht die Funktion der Diode?

Oder habe ich da etwas falsch verstanden?

Lg Sönke

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  NeoGenesis (Gast)

>Wenn ich die Diode D1 auf der Low-Side an die Emitter anschließe wird
>das das Singal getoggelt oder nicht?

??

>basis auf low emitter --> high
>basis auf 5V emitter --> low

Nein, der Treiber, bestehend aus den beiden Transistoren, invertiert 
NICHT!

>Oder habe ich da etwas falsch verstanden?

Ja.

MFG
Falk

Autor: R. W. (quakeman)
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NeoGenesis schrieb:
> Die Gatewiderstände vor den Mosfets sind Schutzwiderstände. Sie Sollen
> die Transistoren vor zu hohen Strömen schützen.

Nur um das mal klarzustellen. Mosfets sind spannungsgesteuert und nicht 
stromgesteuert wie normale Transistoren.

Mosfets haben eine Gatekapazität, die bei Leistungsmosfets schon mal 
etwas größer sein kann. Dementsprechend kann beim Anlegen der 
Gatespannung im ersten Moment kurz ein größerer Strom fließen. Den 
Mosfets macht dies nichts, aber man verwendet häufig einen Vorwiderstand 
um die steuernde Schaltung vor Überstrom am Ausgang zu schützen. Dies 
macht aber meistens nur Sinn, wenn man direkt vom Controller aus das 
Gate ansteuert. Dieser Vorwiderstand verzögert auch das Einschalten des 
Mosfets, was hier in der Schaltung der gewünschte Effekt ist.

Du hast bei dem BC817 nicht dazugeschrieben, ob du den -16, -25 oder -40 
benutzt. Aber selbst der -16 hat laut Datenblatt einen hfe Wert von 
mindestens 60. Da dieser wieder nur zwei weitere Transistoren ansteuert 
brauchst du nur einen sehr geringen Basisstrom. Da kannst du problemlos 
Basiswiderstände im Bereich >1k benutzen.

Ciao,
     Rainer

Autor: NeoGenesis (Gast)
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@Falk

ok dann weiß ich bescheid. Danke!

@ Rainer

Die 817 sind -40, ich denke ich werde auf 270R als Vorwiderstand gehen.


Jetzt hab ich noch ein 2. Problem:

Die Schaltung soll bis maximal 37V (+UB) ausgelegt sein, deshalb müsste 
ich auf der Low-Side (N-Mosfets) wohl noch zusätzlich die Spannung am 
Gate begrenzen, da die Mosfets bis max +-20V Vgs angegeben sind.

Kann ich das mit einer Zener-Diode (z.B. 15V) zwischen Gate und Source 
erreichen? Brauche ich einen Widerstand parallel zu der Z-Diode?
Ist so etwas bei 16Khz möglich?

Vielen Dank!

Sönke

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  NeoGenesis (Gast)

>Die Schaltung soll bis maximal 37V (+UB) ausgelegt sein,

Geht nicht. Dafür braucht man gescheite Pegelwandler und 
Treiber. Nimm einfach eine fertige H-Brücke, siehe [[H-Brücken 
Übersicht]].

>Kann ich das mit einer Zener-Diode (z.B. 15V) zwischen Gate und Source
>erreichen?

Nein, denn deine Treiber schieben gnadenlos ihre volle Betriebspannung 
nach.

> Brauche ich einen Widerstand parallel zu der Z-Diode?
> Ist so etwas bei 16Khz möglich?

Im Prinzip ja. Mit der Schaltung, nein.

MfG
Falk

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