www.mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Leistungsmosfet Kurzschluss, alle 4 Drain pins angeschmort


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
Autor: Manuel R. (manu123)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Leute,

Bin hier gerade an einem Problem wo ich keine Lösung zu finde. Wir haben 
in einer Schaltung einen Leistungsmosfet
TOSHIBA Field Effect Transistor Silicon TPC6011 N Channel MOS Type.
Dieser hat 6 pins (4x Drain, miteinander verschalten, vermutlich zur 
besseren Wärmeabfuhr oder ähnlichem, Gate und Source).
Hier mal ein Ausschnitt aus dem Schaltplan (Anhang)
Nun kamen einiger dieser Leiterplatten zurück bei denen alle 4 Drain 
pins angeschmort sind und der Mosfet intern einen Kurzschluss hat 
(Dauerhaft durchgeschalten).
Habe schon versucht diesen Fehler nachzustellen. Ein Kurzschluss an den 
Anschlüssen für das Magnetventil brachte nicht den entsprechenden Erfolg 
(Widerstand zu Ground zerstört)
Die Erhöhung der Spannung von 24V auf 33V erhitzte den Mosfet zwar, 
jedoch nicht so weit bis dieser durchbrennt. Eine höhere Spannung würde 
noch andere Bauteile grillen welche jedoch auf den LPS noch in Ordnung 
sind.
Im "Betrieb" fließen maximal 500mA durch den geschaltenen Mosfet.

Habt ihr eventuell noch eine Idee woran es liegen könnte?
Danke schonmal

Gruß
Manu

Autor: Ich (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hast du wirklich ein RC-Glied am Gate? Dann wirst du ihn wohl nicht ganz 
durchgeschaltet haben -> außerhalb der SOA -> defekt.

Autor: Manuel R. (manu123)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo "Ich",

Kannst du mir bitte sagen was "SOA" heißt?
Normalerweise funktionieren die Geräte so, es kamen nur einige zurück 
bei diesen der Fehler aufgetreten ist, ansonsten läuft die Leiterplatte 
problemlos in Serie..
der C hat wenige nF, der R liegt im 1K Bereich

Autor: Hauspapa (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Beachte auch was bei Startup/Reset und sonstigen Zuständen passieren 
kann in welchem der Portpin undefiniert hochohmig ist. Leider hilft da 
messen manchmal auch nicht weiter, wenn das Messmittel mit seinem 
Innenwiderstand das verhalten beeinflussen kann.

Beispiel:
Reset wird gezogen während das Ventil ein ist. Langsam entlädt sich der 
Kondensator am Gate bis in den linearen Bereich und schon fallen bei 
12V/250mA über dem Fet 3W an. Für ein 3x2mm Gehäuse etwas viel.

Toshiba schreibt darüber hinaus:
For new design, we recommend TPC6067

viel Erfolg
Hauspapa

Autor: Matthias L. (limbachnet)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
SOA = Safe operating area, sollte im Datenblatt etwas dazu stehen.

1KOhm als Gatewiderstand ist ungewöhnlich hoch, eigentlich möchte man 
das Gate im Schaltbetrieb gerne schnell umgeladen haben, wozu man Strom 
benötigt, den der Widerstand aber ausbremst. Der Gatewiderstand macht 
den Schaltvorgang langsam, der DS-Widerstand des FET verändert sich also 
auch langsam und während dieser Änderung muss der FET die am 
DS-Widerstand entstehende Leistung verheizen, was er ohne Kühlung 
offensichtlich nicht packt.

Mal neugierdehalber 'ne andere Frage: Warum betreibt man ein 
Magnetventil mit einer PWM??

Autor: Manuel R. (manu123)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Hauspapa, Hallo Matthias,

Ok, Danke für eure Hilfe..
Der Teil des Schaltplans ist aus ner Ventilansteuerung, mit welcher ein 
Proportionalventil angesteuert werden kann.
Zum SOA les ich nochmal im Datenblatt nach, Danke!

Autor: Rolf Schneider (miromac)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Manuel R. schrieb:
> der C hat wenige nF, der R liegt im 1K Bereich

Wozu soll der C gut sein?

Matthias L. schrieb:
> 1KOhm als Gatewiderstand ist ungewöhnlich hoch, eigentlich möchte man
> das Gate im Schaltbetrieb gerne schnell umgeladen haben

So ist es.

Autor: amateur (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die meisten, der heute angebotenen FET's sind ausschließlich zum 
Schalten geeignet.
Als Längsregler sind sie, von wenigen Ausnahmen mal abgesehen, 
ungeeignet.
Werden diese zu langsam oder unzureichend Durchgeschaltet, kommt es zu 
einem partiellen Durchschalten, an dem auch nur ein kleiner Teil (der 
Fläche) des FET beteilig ist.
Die Folge: Eine lokale Überlastung. Das geht ein paar Mal gut, aber 
irgendwann ist Feierabend. Üblicherweise dann, wenn gerade keiner 
hinschaut.

Autor: Hauspapa (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
So ein RC Glied am Gate kann schon sinnvoll sein wenn es sonst EMV 
Probleme gibt. Konkret wenn die Flankensteilheit zu gross ist 
(Abstrahlung), der Gatewiderstand aber nicht hochohmiger werden soll 
weil sonst die Störfestigkeit nicht leidet.

schönen Tag
Hauspapa

Autor: Hauspapa (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
das "nicht" am Schluss war zuviel.

Autor: Udo Schmitt (urschmitt)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
PWM und RC Glied am Gate?
Wie hoch ist die PWM?
Wie hoch die Zeitkonstante des RC Glieds?
Wollt ihr den im linearen Betrieb grillen?

Hauspapa schrieb:
> Langsam entlädt sich der
> Kondensator am Gate bis in den linearen Bereich und schon fallen bei
> 12V/250mA über dem Fet 3W an. Für ein 3x2mm Gehäuse etwas viel.

Falls die PWM hoch genug ist arbeitet er durchaus eine signifikate Zeit 
im linearen Bereich, dann wundert das nicht.
Mal ein Oszi dran und mit 2 Kanälen Spannung am Source und Drain 
gemessen. Die Source Spannung ist durch den Source Widerstand 
proportional zum Strom, wennd as Oszi beide Signale multiplizieren kann 
hast du ungefähr die Leistung (Falls die Source Spannung im Verhältnis 
klein zur Drain Spannung ist).
Genauer wäre es (Ud-Us)*Us/Rs

Autor: Rolf Schneider (miromac)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hauspapa schrieb:
> So ein RC Glied am Gate kann schon sinnvoll sein wenn es sonst EMV
> Probleme gibt.

Da reicht ein R im 2-stelligen Ohm-Bereich.
Der Mosfet hat ja schon reichlich interne Kapazitäten.

Autor: Joe (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wird die Spannung am Gate wirklich ausreichend hoch ?

Nachprüfen !!

Autor: Joe (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Bei hoher PWM-Frequenz mit dem Tiefpass 1k + C + C_gate kann der 
Schaltzustand im analogen Bereich bleiben. Dann wird der FET richtig 
heiß.

Joe

Autor: amateur (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Manuel

Was befindet sich eigentlich links vom Widerstand?

Das Einfache verringern des Gatewiderstandes kann u.U. nicht ausreichen. 
Zum zügigen Umschalten braucht’s schon ein bisschen Strom.

Autor: mattkookoo (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Weiß nicht ob es obig erwähnt worden,
aber Du hast ne induktive Last. Die hat zwar eine Schutzdiode zum 
Wegfressen induktiver Gegenströme, jedoch ist sie langsam. Außerdem gibt 
es immer Einschaltspitzen, die am KFZ-Batterie-betrieb erst in der 
Praxis sichtbar sind und nicht mit einem Labornetzteil.
Zum einen:
Diese Spannungsspitzen könnendie zulässige Betriebs-Spannung um ein 
mehrfaches übertreffen. Die Höhe hängt ab von vielen Faktoren. Kein Bock 
das aufzuzählen (Erfahrungs-Worst-Case Faktor 5 ... 10)
Zum anderen:
Dein Toshiba-MOSFET hat eine maximale Single pulse avalanche energy von 
2mJ bei definierten Bedingungen. Diese Bedingungen definiert jeder 
Hersteller selbst und kann es sich schön messen. Außerdem gibt es ja 
selbst in einer Serie Streuungen.
Es ist nun mal so das sich in letzter Zeit immer mehr die rds on Werte 
kleiner werden. Das ist schön und toll, aber es reduziert sich auch die 
Fähigkeit dieser winzigen Halbleiterstrukturen mal so ein paar knackigen 
Energieimpulsen zu strotzen wie als da wären KFZ-Impulsen, Blitzen, 
chinesischer Elektrosmog.

Meisten wird das Teil komplett leitend, also n Vollleiter ...
Manchmal aber auch nicht oder die Dinger machen Magic Smoke.

Ich wähl lieber ein Bauteil mit hohen rds-on  und höherer 
Betriebsspannung und einer Single pulse avalanche energy von 500 mJ oder 
größer. Oder ein Komplettbaustein (Highside oder Lowside Switch)
Aber am liebsten gar kein MOSFET, die Dinger sind einfach 
scheißempfindlich.

Autor: Hauspapa (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
ESD und Einkopplungen auf die Leitung zum Ventil kommen natürlich auch 
noch in Betracht.

Autor: oszi40 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Falls diese MOSFET-Ansteuerung ok sein sollte:
Wo ist die Freilaufdiode montiert? Auf der der Leiterplatte oder 
zufällig von der Spule abgefallen? Durch mechanische Resonanzen habe ich 
ich schon viele abgefallene Teile gesehen.

Autor: amateur (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Manuel

Du schriebst 500mA fließen durch Dein Relais, wie groß ist eigentlich 
der Reihenwiderstand? Der klaut Dir auch so einiges von der 
Steuerspannung.

Autor: Rolf Schneider (miromac)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
amateur schrieb:
> wie groß ist eigentlich
> der Reihenwiderstand?

Gute Frage!
Und wozu ist dieser gut?

Desweiteren:
Wie hoch ist die Gate-Spannung?

Manuel R. schrieb:
> Nun kamen einiger dieser Leiterplatten zurück bei denen alle 4 Drain
> pins angeschmort sind

"bei denen alle 4 Drain pins angeschmort sind"
spricht für länger andauernde Überhitzung
durch nicht voll durchgesteuerten Betrieb.

Autor: Udo Schmitt (urschmitt)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rolf Schneider schrieb:
> amateur schrieb:
>> wie groß ist eigentlich
>> der Reihenwiderstand?
>
> Gute Frage!
> Und wozu ist dieser gut?

Ich hätte jetzt getippt um den Strom zu messen und die PWM entsprechend 
zu regeln, daß der Strom nicht zu hoch wird.
Zum Beispiel wenn das Magnetventil einen niedrigeren Haltestrom braucht 
wie im Anzugsmoment.

Durch die Induktive Last ist das ja prima zu machen.
Oder um einfach den Strom messen zu können.

Aber vieleicht kann Manuel das ja klären.

Autor: Florian V. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Zum Thema Linearbetrieb von MOSFETs:
Ein Blick in die SOA klärt auf, ob und in welchem Maße ein MOSFET für 
den Linearbetrieb geeignet ist. Gibt es in ihr eine Kurve für Dauerstrom 
(DC), kann man an ihr die maximale Belastbarkeit im Linearbetrieb 
ablesen. Dabei die Randbedingungen für die Temperatur beachten, evtl. 
ist da noch ein kräftiges Derating notwendig!
In dem mir vorliegenden Datenblatt des TPC6011 sehe ich im SOA-Graph gar 
keine Kurve für DC, sondern nur für 1ms und 10ms. Der Hersteller sagt 
Dir damit: Der MOSFET sollte maximal 10ms im linearen Bereich sein, 
darüber hinaus garantiert er für nichts.

Autor: Rolf Schneider (miromac)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Udo Schmitt schrieb:
> Ich hätte jetzt getippt...

Naja, tippen kann man viel

Wer mehrere nF ans Gate legt,
der macht vielleicht auch nen Stromverteilungswiderstand
für einen Fet rein...

Deshalb frag ich lieber.

Autor: oszi40 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Florian V. schrieb:
> keine Kurve für DC, sondern nur für 1ms und 10ms

Was zeigt der Oszi im konkreten Fall??

Autor: Hauspapa (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>Wer mehrere nF ans Gate legt,der macht vielleicht auch nen

Wie bereits gesagt bin ich da anderer Meinung.
Leider sind die Informationen zum Umfeld etwas spärlich.
Schaltfrequenz z.B. würde ich in den Bereich 20kHz oder tiefer legen. 
Schneller ist das Ventil nie im Leben und die EMV Probleme halten sich 
in Grenzen.

Mit den gemachten Angaben hat er am Gate eine Zeitkontante von wenigen 
us. Unter Berücksichtigung der Thresholdvoltage ist er incl. Gateladung 
weniger als die Hälfte der Zeitkonstante im linearen Bereich.

Wir sind also im unteren einstelligen us Bereich. Das SOA lässt diesen 
Betriebspunkt etwa 3ms lang zu (aber: Singlepuls, 25°C). Das ist von den 
Schaltverlusten nicht schön aber es geht ohne das es raucht.

Ich tippe wie gesagt auf ESD wenn da an der Maschine verkabelt wird und 
werder ein Filter noch sonst in Schutz im Ausgang sitzen.

viel Erfolg
Hauspapa

Autor: Torsten W. (wirehead)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vieleicht hat der Kunde versucht 230V zu schalten...

Autor: Manuel R. (manu123)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Udo Schmitt schrieb:
> Rolf Schneider schrieb:
>> amateur schrieb:
>>> wie groß ist eigentlich
>>> der Reihenwiderstand?
>>
>> Gute Frage!
>> Und wozu ist dieser gut?
>
> Ich hätte jetzt getippt um den Strom zu messen und die PWM entsprechend
> zu regeln, daß der Strom nicht zu hoch wird.
> Zum Beispiel wenn das Magnetventil einen niedrigeren Haltestrom braucht
> wie im Anzugsmoment.
>
> Durch die Induktive Last ist das ja prima zu machen.
> Oder um einfach den Strom messen zu können.
>
> Aber vieleicht kann Manuel das ja klären.

Srommessung stimmt!
@Hauspapa : Die Frequenz ist niedriger als 20KHz
Freilaufdiode ist auf de LP und die ist richtig montiert.
Werde heute noch ein paar Versuche machen, ich halt euch auf dem 
Laufenden!

@Torsten : 230V wurde nicht geschalten, das hätte mehr zerstört :-)

Autor: Michael (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wie weit (Anschlussleitung) ist denn das MV von der Leiterplatte 
entfernt?

Autor: Manuel R. (manu123)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Sitzt direkt drauf, höchstens 1cm

Autor: Michael (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Kamen alle defekten Platinen vom selben Kunden oder der selben Anlage 
(auch Anlagentyp)?

Autor: Manuel R. (manu123)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Nein, das ist ja das komische, es sind 2 verschiedene Kunden.
Ich versuche gleich mal einen guten Transistor auf die Platine eines 
zerstörten Transistors zu löten und dann nochmal zu testen.

Autor: Udo Schmitt (urschmitt)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hast du mal ein Bild der Platine mit dem verschmorten Transistor? Bitte 
Bildformate beachten.
Ist das Ventil fest angeschlossen also Teil der Platine, oder kann der 
Kunde da was falsches anschließen.

Im Zweifel muss man zum Kunden gehen und dort die Umgebung 
anschauen/messen.

Autor: Udo Schmitt (urschmitt)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hauspapa schrieb:
> Mit den gemachten Angaben hat er am Gate eine Zeitkontante von wenigen
> us. Unter Berücksichtigung der Thresholdvoltage ist er incl. Gateladung
> weniger als die Hälfte der Zeitkonstante im linearen Bereich.
>
> Wir sind also im unteren einstelligen us Bereich. Das SOA lässt diesen
> Betriebspunkt etwa 3ms lang zu (aber: Singlepuls, 25°C). Das ist von den
> Schaltverlusten nicht schön aber es geht ohne das es raucht.
>
> Ich tippe wie gesagt auf ESD wenn da an der Maschine verkabelt wird und
> werder ein Filter noch sonst in Schutz im Ausgang sitzen.

Sehe ich genauso. Wie schnell ist eiogentlich die Freilaufdiode, Typ?

Manuel R. schrieb:
> Habe schon versucht diesen Fehler nachzustellen. Ein Kurzschluss an den
> Anschlüssen für das Magnetventil brachte nicht den entsprechenden Erfolg
> (Widerstand zu Ground zerstört)

Auch schon Mist, wenn du da schon Strom misst, dann könnte der µC bei 
Überstrom die PWM runterregeln.

Ich sehs wie Hauspapa, vieleicht wird der Transistor stückweise durch 
ESD geschädigt, bis er endlich kaputtgeht.

Autor: oszi40 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
1.r wissen ja auch nicht wieviele Magnetventile noch an dieser Spannung 
hängen und ihr Unwesen treiben...

2.Vorsorglich würde ich schon mal an eine Sicherung + 
Vepolungsschutzdiode von + nach Minus denken um weitere Bösartigkeiten 
aus der Spannungsversorgung zu verhindern.

Autor: mattkookoo (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Es ist schwer bis unmöglich diesen Fehler nachzustellen.
Damit schlug ich mich auch schon rum.
Und  der Kunde ist sich nicht so schnell zufrieden.
Abhilfe langfristig wären (und es geht eben nur durch probieren oder 
Messung am Kundenort)

Lösungsansätze könnten sein
# zusätzliche Freilaufdiode parallel zu Last
# Ferrit zum Wegfressen von Leistungspitzen in Seri mit Last
# Tiefpaßfilter
# anderer Mosfet mit höhere Ub oder mehr Single Pulse Avalanche Energy 
Compatibility

natürlich kostet alles im Endeffekt mehr.

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Mal die Betriebsspannung oszilloskopieren, ob da überspannungen drauf 
sind. Die Freilaufdiiode schliesst das Magnetventil kurz, aber wie ist 
das? über den Innenwiderstand des MVs fällt doch durch den weiter 
aufrecht erhaltenen Stromflus eine Spannung ab. Addiert diese sich zur 
Betriebsspannung? Ein 4.7UF Folienkondensator parallel zur VCC<->GND 
quasi überm/dicht/am/beim FET könnte helfen, oder? Dann muss der 
Folienkondensator erstmal aufgeladen werden und "schluckt" quasi dabei 
die Überspannung...
ein 30Volt FET bei 24V-Magnetventil deutet  - ohne das explizit böse zu 
meinen - auf mangelde Erfahrung hin. Nun, diese sammelt ihr ja gerade.
Beim nächsten Projekt bitte einen FET im SO8 Standard Gehäuse verwenden.
Dann kann man dort nötigenfalls auf Spannungsfetstere Typen ausweichen.

Man muss hier in dieser Schaltung ALLES daran setzen, die 
Betriebsspannung auf deutlich 30V zu begrenzen! Varistor, TVS, 
Kondensator usw. Der 4.7uF Folien-C war nur ein Beispiel. Es gibt 
wirkungsvollere Methoden. Hart kappen mit Bauelementen, die deutlich 
höhere Avalche-Rate als der verwendete Fet haben und die speziell dafür 
gemacht wurden.

Frage: TPC6011? ist der in sowas wie in einem SOT23 drinn? Sieht ja fast 
danach aus...

Grüße an alle mitlesenden :)
Axel

edit "..unter 30V zu begrenzen.."

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
http://www.semicon.toshiba.co.jp/list/index.php?f[...

und dann mal den kommen lassen und ausprobieren:
http://www.digikey.de/product-detail/de/TPC6010-H%...

Hamse gearde nicht da...

Farnell hat den FDC3512. Ginge der als Ersatz?
http://de.farnell.com/fairchild-semiconductor/fdc3...

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.