Hochstrom PWM mit MOSFET

[Luggi F. (luggi_f)]

Hallo miteinander!

Bei meinem aktuellen Projekt bin ich mal auf die Schwarmintelligenz 
angewiesen.

Ich baue gerade eine PWM Steuerung für ca. 80A (schon mit ordentlich 
Luft) bei 12V.
Der Strom kommt hierbei von einer Batterie die zusätzlich von einem 
laufenden KFZ geladen wird (13-polige Steckdose), es sind also leichte 
"KFZ-Störungen" vorhanden.
Geschalten wird mit einem AVR, MOSFET-Treiber und dickem MOSFET, siehe 
Schaltplan!

Nun raucht mir hier regelmäßig bei Tests unter Last etwas ab. Zuerst 
Treiber (Kurzschluss) und Transistor (schaltet nicht mehr ganz ab), 
heute nun nur der Treiber. Dabei werden im Normalbetrieb bei momentan 
ca. 50A weder Treiber noch FET warm. Im Moment hängt die Schaltung 
alleine an der Autobatterie.
Beide Male traten die Defekte nach dem Anklemmen der Batterie und 
"hochdrehen" der PWM auf. Dann leuchtet meine Last (Halogenbirnen) ohne 
Bezug zur PWM voll auf und die betreffenden Teile werden heiß.

Da ich mit Hochstromelektronik nicht besonders viel Erfahrung habe: Wo 
sollte ich bei der Fehlersuche anfangen?
Die Schaltzeiten sollten eigentlich kurz genug sein, da der Treiber 13A 
ab kann und relativ kurz über eine 1,5mm² Kupferbrücke angebunden ist 
(siehe Fotos, der Treiber ist schon ausgelötet).
Glaubt ihr, dass ich den Treiber ähnlich wie den uC vor Spannungsspitzen 
schützen sollte? Wie groß (Strom) müsste ich wohl die zugehörige Spule 
auslegen?
Sollte ich an der Gatebeschaltung spielen (bzw. eine einfügen)?
Sonst Vorschläge?

Grüße,
Luggi

[Borgkönigin (Gast)]

Ich bin auch kein Experte für Leistungselektronik und Schaltungen, aber 
25A mit MOSFET und PWM hab ich auch schon geschaltet.

1.  Schaltplan entspricht nicht der Platine die ich sehe. Wenn du etwas 
weglässt und es daran liegt werden wir das nie rausfinden.

2.  Willst du mit der Überspannungsschutzdiode ne 
Spannungsstabilisierung bauen? Laut Datenblatt ist das ein 15V Typ, 
soviel kann der AVR wohl nicht. Auf der Platine siehts so aus, als ob 
danach noch ein Spannungsregler kommt…

3.  Ich würde sowas nie auf Lochraster aufbauen. Ich würde ne Platine 
fertigen lassen mit ner Massefläche und die Schaltsignale durch die 
Masse von dem Leistungsteil schirmen.

4.  Überprüf mal ob es nicht zu einem Schwingungsaufbau kommt, der den 
MOSFET oder Treiber grillt (ringing). Du kannst dann die Dämpfung in 
deiner Schaltung erhöhen.

5.  Ebenfalls möglich dass der Mosfet durch schnelle Stromänderungen 
selbst wieder schaltet.

6.  Die Verlustleistung musst du selbst für jedes Bauelement berechnen 
und schauen ob es da nicht zu thermischen Problemen kommt. Ebenso kann 
der MOSFET und Treiber sicher auch nur einen maximalen Peak-Current, der 
könnte überschritten sein.
7.  Vielleicht gehen deine Sachen auch im Nichtbetrieb kaputt? 
Elektrostatische Entladungen?

8.  Bricht dir die Betriebsspannung bei solchen Strömen nicht ultra weg? 
Wo ist denn das Netzteil und wie weit entfernt ist es? Die Elkos sehen 
mir bisschen mickrig aus, um da was zu stabilisieren.

9.  Sind die MOSFETS parallel geschaltet? Ich kann z.B. nicht erkennen 
wie du die verschraubt hast. Du hast ne Silikon-isolier dingens drunter 
getan, aber die Schraube ist aus Metall der Kühlköper auch…

Just my thoughts…

[Borgkönigin (Gast)]

Luggi F. schrieb:
> Der Strom kommt hierbei von einer Batterie die zusätzlich von einem
> laufenden KFZ geladen wird (13-polige Steckdose), es sind also leichte
> "KFZ-Störungen" vorhanden.

Ah hab ich überlesen. Ähm wieso testest du das nicht außerhalb des KFZs? 
Dann hast du weniger Störungen auf der Versorgungsleitung und mit ner 
Strombegrenzung überlebt vielleicht auch mal nen Bauteil.

[Luggi F. (luggi_f)]

Danke mal für die Antwort.

1., 2.: Der Schaltplan ist nicht komplett, stimmt. Das war mir fürs 
Forum etwas zuviel... Ja, für den AVR kommt noch ein Spannungsregler, 
dann noch einer fürs Wlan usw. Aber nichts, das für die PWM wichtig ist.

3. Möglich, aber da der AVR und weiter Elektronik noch keine EMV 
Symptopme zeigen glaub ich da eigentlich nicht dran. Gedruckte Platine 
hab ich aus Preisgründen keine, für dickes Kupfer wollen die ja Geld...

4.,5. Werd ich morgen mit dem Oszi checken!

6.,7. Mit weniger Strom (Halogenbirnen) funktioniert die Schaltung ja 
seit ca. einer Woche! Auch bei 50A zeigt sich nach ca. 5 Minuten 
"normalerweise" keine Erwärmung!

8. Versorgung ist eine kurz und dick angebundene LKW-Batterie. Momentan 
ist die nicht im KFZ, die Schaltung kommt aber mal in einen Anhänger, 
der eben so angesteckt wird wie beschrieben.

9. Die anderen beiden Teile am Kühlkörper sind die Dioden 
(->Schaltplan). Die Gehäuse haben alle isolierte Löcher für die 
Schrauben

Lg, Luggi

[Borgkönigin (Gast)]

Luggi F. schrieb:
> 1., 2.: Der Schaltplan ist nicht komplett, stimmt. Das war mir fürs
> Forum etwas zuviel

Oh also hier gabs schon größere Schaltpläne.

Luggi F. schrieb:
> 4.,5. Werd ich morgen mit dem Oszi checken!

Ei sehr gut. Wenn du weiter systematisch durchcheckst bleibt am Ende der 
Fehler übrig. Ich würde übrigens für den Test die Steuerelektronik 
entfernen und mir das Rechtecksignal aus einem Funktionsgenerator holen.

Vielleicht liegts doch an der Ansteuerung...

[Luggi F. (luggi_f)]

> Vielleicht liegts doch an der Ansteuerung...

Wie genau meinst du das? Eigentlich dürfte ja bei einem digitalen Signal 
nichts dergleichen passieren. Entweder der MOSFET ist an oder aus, 
Probleme erwarte ich nur während den Flanken. Oder?
Während der AVR initialisiert (also wenn es noch keine PWM läuft) zieht 
ja der Pulldown-Widerstand (R1) das Signal auf "aus".

[Borgkönigin (Gast)]

Luggi F. schrieb:
> Eigentlich dürfte

lalala so das mein ich. Ich glaub ich muss bei dir streng und rigoros 
vorgehen.
Jetzt schließ mal nicht von vornherein Fehlerquellen aus. Woher weiß du, 
dass sich nicht plötzlich die Frequenz ändert oder deine Software neh 
Fehler hat und die FETS mit Kiloherzen quält.

Vielleicht kackt dir im Betrieb auch die Versorgungsspannung ab und dein 
AVR macht ständig nen Reset und die Ausgänge floaten.

Keine Ahnung. Schließ eine Fehlerquelle halt nicht von vornherein aus.

[Joe F. (easylife)]

Ich würde Q1 für die Einschaltphase einen Pulldown am Gate spendieren 
(zB. 10K).

[Uwe S. (regionalligator)]

Luggi F. schrieb:
> Sonst Vorschläge?

Ja. Der Treiber ist ausgangsseitig zwar recht nah beim Mosfet, aber 
seine Masse bezieht sich auf die Eingangsklemme. Das ist unterm Strich 
noch viel schlimmer, als wenn zwischen Gate und Treiber die dreifache 
Strecke läge.
Leg mal den roten Draht direkt an Source!


Ein 4,5mR/75V-Mosfet ist für 12V und 80A inzwischen unsportlich. Da gibt 
es heute locker 1mR und weniger.

[Joe F. (easylife)]

Ausserdem passiert folgendes: Wenn die Last induktiv ist (reicht schon 
längeres Kabel) und du trennst die 12V von der Batterie während Strom 
durch die Last fliesst, will der Strom nach +12V zurück. Da die Batterie 
nicht mehr da ist, ist der Treiber das Opfer. Hier muss auch eine TVS 
rein.

[Wolfgang (Gast)]

Luggi F. schrieb:
> Gedruckte Platine hab ich aus Preisgründen keine, für dickes Kupfer
> wollen die ja Geld.

Auch bei gedruckte Schaltungen kann man über die stromtragenden 
Leiterbahnen "Stromschienen" löten, wenn man die Leiterbahnen in der 
Stopmaske frei läßt. Dann kann der Rest in Standardstärke gefertigt 
werden.

[Mani W. (e-doc)]

Ein sehr oft vernachlässigter Punkt bei MosFet PWM ist die
fehlende Unterspannungserkennung der Gateansteuerung -
Gatespannung zu klein, MosFet erledigt - MosFet tot, Treiber tot...

[Borgkönigin (Gast)]

Andere Sache, dir mir gerade aufgefallen ist und danach gehts wirklich 
ins Bett!!!

Vielleicht knackt dir deine Konstruktion auch schon beim Einschalten 
weg.

12V 80A --> 0,15 Ohm.
Mosfet RDSon ~3,5mOhm.

Lampen sind kalt, kaltwiderstand ist viel kleiner laut wiki nur 7% des 
Nennwiderstands.

--> R_halo_kalt = 10,5mOhm

Theoretischer Gesamtwiderstand 14mOhm --> Einschaltstrom 12V / 14mOhm = 
857A

Datenblatt schnell assimiliert sagt "Pulsed Drain current: 840A".

Mir ist klar, dass durch deine kreative Konstruktion 
(Kontaktwiderstände,(
sowie Induktiväten, Leitungen, ggf Glühwendel) der Einschaltstrompuls 
niedriger ist. Trotzdem würd ich die Junction nicht grillen.

Vielleicht hilft ein Softstart?

Weiterhin bist du mit den 80A schon nahe am maximalen Strom fürs Package 
(90A).

[Luggi F. (luggi_f)]

Borgkönigin schrieb:
> dass sich nicht plötzlich die Frequenz ändert oder deine Software neh
> Fehler hat und die FETS mit Kiloherzen quält.
Die Frequenz höre ich recht gut, bei den Strömen. Die bleibt bei einem 
Kiloherz. Bei der Software bin ich mir schon recht sicher. Trotzdem, ich 
schau mir das Signal mal an.

> Vielleicht kackt dir im Betrieb auch die Versorgungsspannung ab und dein
> AVR macht ständig nen Reset und die Ausgänge floaten.
Einen Reset würde ich an der seriellen Ausgabe sehen, dem ist nicht der 
Fall.

Joe F. schrieb:
> Ich würde Q1 für die Einschaltphase einen Pulldown am Gate spendieren
Warum? Dann schaltet der FET doch langsamer, oder? Versuchen kann ich es 
ja mal!

Uwe S. schrieb:
> Leg mal den roten Draht direkt an Source!
Mach ich morgen gleich mal! Klingt nach einer Fehlerquelle, aber sollte 
das nicht auch zu einer Erwärmung führen, bevor was stirbt? Warm wirds 
ja tatsächlich erst unmittelbar nach dem Tod eines Bauteils!

Joe F. schrieb:
> Ausserdem passiert folgendes: Wenn die Last induktiv ist
Hm, verstehe ich nicht ganz... Sollten nicht die beiden großen Dioden 
("D?") als Schutzbeschaltung reichen? Wohin meinst du die TVS Diode 
genau?

[Uwe S. (regionalligator)]

Luggi F. schrieb:
> Warm wirds
> ja tatsächlich erst unmittelbar nach dem Tod eines Bauteils!

Kommt drauf an, was man so unter warm versteht. Bei "nur" 50A erzeugt 
der Mosfet schon min. 10W, real eher 15W, mit denen der KK da schon am 
Limit ist. Vermutlich bist du zur Dauerbelastung aber noch gar nicht 
gekommen.
Bei diesen gekapselten Mosfets sieht man eine kurzzeitige Erwärmung auch 
eher schlecht. Vermutlich vorhandene Schwingungen bzw. dadurch 
verlängerte Schaltflanken und die resultierende Erwärmung können den 
sowieso hart arbeitenden Mosfet ganz fix ins Jenseits befördern. Und das 
auch ohne daß der KK jemals warm wurde.

[Alexxx (Gast)]

Hallo,

wie JoeF schon geschrieben hat, fehlt eine Kondensatorkombination auf 
der Platine von 12V (Last) zu Last-GND - mit minimaler Leitungslänge!! 
Z.B. >100µF low-ESR + 1µ Tantal + 100nF.
Zusätzlich eine SMA5J15A parallel.

Masse des Treibers darf nicht vom Laststrom durchflossen werden - also 
Leistungsmasse über Sternpunkt (an S von Q1) extra. Von diesem 
Sternpunkt (S-Q1) separate, kurze Leitung zum U1. DIESE Leitung ist auch 
deine AVR-Masse.

Die F1 ist mit 4A wirkungslos! <=0,5A mittelträge sind geeigneter.

L1 mit 56µH ist etwas klein, besonders wenn C3 kein Tantal ist!
Also eher >=220µH und 2x 100µF Tantal (Kein Elko)!

[Pandur S. (jetztnicht)]

Ohne richtige Leiterplatte wuerd ich das nicht mal probieren. Und nein 
man benoetigt nicht grad eine Dickkupfer Platte, sondern vielleicht 
Stromschienen, die kann man ja unten aufschrauben. sodass die Strecken 
nicht Centimeter, sondern Milimeter sind.

Und ja. Wie schon gesagt, alle Signale bei reduziertem Strom, ohne Auto 
mit dem Oszilloskop nachmessen. Nicht von vorne weg Annahmen treffen.

[Axel R. (Gast)]

Steht schon da: Sourcedraht viel zu lang.
es heist U_gs und nicht U_ggnd_irgendwo.
der Mosfet sperrt nach dem Abschalten nicht vernünftig, weil sein 
sourcepotential nach negativ gegen gnd gezogen wird. das ist kein 
vernünftiger Pegel dann an der Stelle.
StromTuner

[Lurchi (Gast)]

Bei mehreren MOSFETs parallel und ohne Widerständen am Gate besteht die 
Gefahr, dass es zeitweise zu Schwingungen im HF Bereich (10-100 MHz) 
kommen kann. Es muss nicht passieren, kann aber wenn das Layout nicht 
für den Frequenzbereich ausgelegt ist (was praktisch nie der Fall ist). 
Da reichen ggf. schon ein paar nH parasitären Induktivität an der 
falschen Stelle und ungünstige Kopplung.

Man sollte die Umschaltzeiten nicht zu kurz wählen - bei PWM im kHz 
Bereich sind die Verluste trotzdem nicht so unmöglich groß. Das 
reduziert auch die EMI Probleme.

12 V (eher 14 V von voller Batterie) und dann ggf. noch Spannungsspitzen 
dazu sind etwas viel für die Gatespannung und ggf. auch den Treiber 
Baustein. Auch da sollte ein Filterung / Spannungsbegrenzung oder 
Regelung sein.

[Luggi F. (luggi_f)]

Viele interessante Ansätze, danke!

Was ich jetzt gemacht habe:
- neuen Treiber eingelötet
- Signale an der Schaltung wie gehabt angeschaut, bei ca.20A und 50% 
Duty Cycle. Oszilloskop direkt zwischen Source und Gate. (->Bilder)
- Masse des Treibers direkt am MOSFET angbunden (den roten Draht weg und 
auf der Platinenoberseite eine kurze Brücke)
- Wieder angeklemmt (noch alles ok) und PWM langsam auf 50% 
hochgefahren. Last leuchtet aber wieder sofort auf und der nächste 
Treiber ist tot.
- Da mir die TC4452 ausgegangen sind, ist jetzt ein IXDD609 drin...
- Signale zum Vergleich aufgezeichnet. (Bilder)
- Zusätzlich noch die Spannung über die Last angeschaut. (Bild)

Erkenntnisse:
- Es schwingt ja wirklich ziemlich stark, oder? Was dagegen tun?
- Die Spannung an der Last zeigt ab und zu recht große negative Spitzen. 
Hiergegen wäre ja die vorgeschlagene Lösung mit Kondensatoren und TVS 
parallel zur Last angebracht. Richtig?
- Auch wenn der MOSFET momentan nicht mitstirbt, sollte ich das Gate 
gegen unpassende Spannungen schützen. Einfach noch eine TVS P6KE mit 15V 
dran? Die hätte ich halt da...

Komisch finde ich halt immernoch, dass mir der Treiber jedesmal beim 
hochfahren der PWM nach erneutem Anklemmen der Batterie stirbt...
Zur Wärmeentwicklung kann ich nur sagen, dass nach 10 Minuten bei 
20A/50% mit dem Finger am Transistor nichts spürbar ist, der Treiber 
wird ganz leicht warm.

[Joe F. (easylife)]

Luggi F. schrieb:
> Komisch finde ich halt immernoch, dass mir der Treiber jedesmal beim
> hochfahren der PWM nach erneutem Anklemmen der Batterie stirbt...

Das "Anklemmen" der Batterie ist ja nicht wirklich ein 0V->12V.
Du gehst vermutlich mit so einer wackeligen Starterkabelklemme an die 
Batterie, und da hast du beim Anklemmen mehrere kurze Ein- und 
Ausschaltphasen. Wenn jetzt deine Zuleitung eine gewisse Länge hat, hast 
du ordentlich Peaks > 12V auf der Versorgung deines Treibers. Der hängt 
ja ungeschützt nur über eine Diode an den 12V (im Gegensatz zum uC).
Warum hängst du denn den Treiber nicht auch an "AVR_Power"?

Die 10K Pulldown am MosFET Gate sind für den Fall, dass die 
Versorgungsspannung <4.5V ist. Dein Push-Pull Treiber arbeitet da evtl. 
noch nicht richtig, und das Gate floatet eventuell in dieser Zeit -> 
unkontrolliertes Verhalten im Linearbetrieb ist möglich.

Was die beobachteten Schwingungen angeht, oft sind das auch nur 
Messfehler durch eine zu lange Masseverbindung zum Oszilloskop - schwer 
zu sagen.

Den negativen (-20V!) Peak auf der Ausgangsseite kann ich mir allerdings 
nicht erklären, und der ist in jedem Fall gar nicht gut.

[Luggi F. (luggi_f)]

Joe F. schrieb:
> Warum hängst du denn den Treiber nicht auch an "AVR_Power"?
Hatte ich ja im Anfangspost auch schon dran gedacht, aber ob das die 
1,5A Spule im Filter mitmacht? Was solls, ich probier das jetzt mal.

> Die 10K Pulldown am MosFET Gate
Gut, macht Sinn. Löte ich mal rein, kost' ja nix.

> Den negativen (-20V!) Peak auf der Ausgangsseite kann ich mir allerdings
> nicht erklären,
Ja, der hat mich auch überrascht. Allerdings kann ich den auch nur alle 
~5 Messungen sehen.

[Helmut L. (helmi1)]

Luggi F. schrieb:
>> Die 10K Pulldown am MosFET Gate
> Gut, macht Sinn. Löte ich mal rein, kost' ja nix.

Und am besten noch eine kleine Z-Diode (20V) zwischen Gate und Source. 
Und die so nahe wie moeglich an den MOS-FET. Das schuetzt das Gate.
Zwischen Treiber und Gate noch einen kleiner Widerstand von so 10..20 
Ohm. Das bedaempft den Kreis.

[Seppel (Gast)]

Hallo,

den Peak bekommst Du wegen der Induktivität,... mach mal eine messung 
mit dem Oszi und dann vergleiche es mit eine einfachen LT-Spice 
simulation.

Grüße

Seppel

[Luggi F. (luggi_f)]

So... Jetzt habe ich den Treiber mit an die "AVR_Power" Versorgung 
gelötet. Nachdem ich noch schnell den AVR gekillt und getauscht habe 
läuft die PWM jetzt wie ich mir das vorstelle!

Auch nach einigen Malen ab- und anklemmen ist noch alles ganz und bei 
60A/75% wird der FET auch auf Dauer nur lauwarm. Mehr kann ich gerade 
nicht testen, die Zuleitungen stinken schon...

Zusätzlich werde ich noch das Gate mit Pulldown und Diode beschalten.

Aber der Peak ins Negative ist mir tatsächlich noch nicht ganz klar...
Seppel schrieb:
> den Peak bekommst Du wegen der Induktivität,...
Ja, das war mir schon klar. Aber sollten nicht die großen Dioden "D?" 
genau diese Peaks ableiten? Eine negative Spannung von 12V nach Drain 
ist doch in deren Flussrichtung! Oder sind die einfach zu langsam?

[Joe F. (easylife)]

Was für eine Art von Last schaltest du denn eigentlich?

[Luggi F. (luggi_f)]

Jetzt kann ich es ja verraten...

Das wird eine Steuerung für eine elektrische Anhängerbremse. Das sind 
elektromagnetisch betätigte Bremstrommeln, mit dem Bremslicht als 
Signal. Je nach Beladung (einstellbar) läuft dann die PWM in einer 
bestimmten Zeit auf ein bestimmtes Tastverhältnis hoch.

Die Zulassungsfrage will ich allerdings hier nicht diskutieren, 
gegenüber dem Momentanzustand (vom TÜV abgenommen) kann es fast nur 
besser werden.

[Joe F. (easylife)]

"Last.png" hast du ja zwischen drain und source des FETs gemessen.
Da dürfte eigentlich kein negativer Peak sein, denn die Bodydiode sollte 
das abfangen.
Die hat allerdings bis zu 210ns recovery time, evtl. hilft es eine 
schnellere Diode (anti-)parallel zum FET zu schalten.
Woher der Peak kommt - keine Ahnung. Vielleicht "flattert" die Bremse ja 
irgendwie und induziert Strom in die Spule? Müsste dann aber ein 
umgekehrtes Magnetfeld sein...

Mal so aus Neugier:
Das der TÜV das zulassen wird, ist ja keine Frage ;-)
Aber wie dosierst du die Bremskraft? Du willst ja nicht immer gleich 
eine Vollbremsung des Hängers auslösen. Und rote Ampeln meidest du dann 
vermutlich auch - der Batterie zuliebe... ;-)

[Manfred (Gast)]

Luggi F. schrieb:
> Zur Wärmeentwicklung kann ich nur sagen, dass nach 10 Minuten bei
> 20A/50% mit dem Finger am Transistor nichts spürbar ist, der Treiber
> wird ganz leicht warm.

I_Quadrat mal R?

Wenn ich nicht ganz doof bin, sind das bei 4,5mOhm 1,8 Watt, bei 80A 
aber fast 29 Watt!

[Luggi F. (luggi_f)]

Joe F. schrieb:
> "Last.png" hast du ja zwischen drain und source des FETs gemessen.
Nein, das ist tatsächlich über die Last gemessen. Genauer hab ich die 
Masseklemme an Drain geklemmt und den Tastkopf nahe der Anschlussklemme 
an 12V. Somit sollte jegliche negative Spannung über "D?" abgeleitet 
werden. Aber da sind wohl selbst die 35ns Recoverytime noch zu langsam.


> Vielleicht "flattert" die Bremse ja
Nein, nein... Momentan ist meine Last noch ein Brett voller 
Halogenbirnchen, zum Testen. Der Test mit der Induktivität steht noch 
aus...

Joe F. schrieb:
> Aber wie dosierst du die Bremskraft?
Das System ist so in Amerika recht verbreitet, nur bei uns kennt man das 
nicht. Eine (meine) Methode wird vor der Fahrt auf die Beladung 
eingestellt und fadet dann die Bremse langsam ein. Hier sind Maximalwert 
und Zeit des Fades einstellbar.
Zusätzliches Feature ist bei mir dann die Fernbedienung des Ganzen per 
WLAN. Das kommt von einem ESP8266, der eine Webseite bereitstellt.
Die Batterie wird während der Fahrt vom Auto geladen, das funktioniert 
eigentlich recht gut.

Manfred schrieb:
> Wenn ich nicht ganz doof bin, sind das bei 4,5mOhm 1,8 Watt, bei 80A
> aber fast 29 Watt!
Also bei einer "20A-Last" (also bei Gleichspannung wären es 20A!!) und 
einer PWM von 50% (->10A) komme ich auf 0,45W.
80A werden nie im Leben eine Dauerlast, momentan läuft das ganze mit 
einem billigen 30A PWM-Modul. Das wird zwar gut warm, geht aber auch. 
Messen kann ich mit meinen Mitteln den Strom leider nicht...

30 Sekunden bei 60A haben gerade heiße Kabel und einen lauwarmen FET 
bewirkt.

[Borkönigin (Gast)]

Luggi F. schrieb:
> Also bei einer "20A-Last" (also bei Gleichspannung wären es 20A!!) und
> einer PWM von 50% (->10A) komme ich auf 0,45W.

Zum einen Quadrat vergessen zum anderen Strom als RMS nicht 
berücksichtigt.

[Luggi F. (luggi_f)]

Na gut, dann ausführlich:

Spitzenstrom: 20A
Formfaktor: 0,5
Widerstand: 0,0045 Ohm

(20A * 0,5)^2 * 0,0045 Ohm = 0,45 Watt

Einsprüche?

[Borkönigin (Gast)]

Bisher schon.

Ich komme auf:

((20A*sqrt(0.5))^2)*4.5*(10^-3) Ohm = 0.9W

[Manfred (Gast)]

Luggi F. schrieb:
> Spitzenstrom: 20A
> Formfaktor: 0,5
> Widerstand: 0,0045 Ohm
>
> (20A * 0,5)^2 * 0,0045 Ohm = 0,45 Watt
>
> Einsprüche?

JA!

(20A^2 * 0,0045 Ohm) / 2 = 0,9 Watt

20Ampere über 4,5mOhm erzeugen 90mV und die Leistung von 1,8Watt, aber 
nur die halbe Zeit. Auf wissenschaftlich heißt das wohl Zeitintegral.

[Luggi F. (luggi_f)]

Da muss ich euch wohl Recht geben... Da habe ich wohl die Wurzel beim 
Formfaktor vergessen.

[Mani W. (e-doc)]

Luggi F. schrieb:
> die Zuleitungen stinken schon...


Etwas zu schwach geraten und Spannungsabfälle, aber ich schrieb schon
weiter oben von Unterspannungserkennung der Gateansteuerung...

Beim Anklemmen der Schaltung an die Batterie muss sichergestellt sein,
dass die Gatespannung NICHT auch nur ganz kurz unter einen kritischen
Wert fällt und auch im Betrieb ist das die Lebensversicherung für
den MosFet - interessiert aber scheinbar niemanden - Todesurteil
in wenigen Millisekunden...

[Uwe S. (regionalligator)]

Mani W. schrieb:
> interessiert aber scheinbar niemanden

Natürlich nicht, weil die 220µ am Treiber für hunderte Schaltvorgänge 
reichen. Damit es da Probleme gibt, müsste seine Batteriespannung ja 
sekundenlang vollkommen in die Knie gehen, auch in den Pausen. Gibt's 
nicht, es sei denn, seine Batterie ist einfach nur leer.

[Mani W. (e-doc)]

Uwe S. schrieb:
> Natürlich nicht, weil die 220µ am Treiber für hunderte Schaltvorgänge
> reichen. Damit es da Probleme gibt, müsste seine Batteriespannung ja
> sekundenlang vollkommen in die Knie gehen, auch in den Pausen. Gibt's
> nicht, es sei denn, seine Batterie ist einfach nur leer.


Ist kein Argument, meiner Meinung nach!


Die Batterie kann immer in die Knie gehen, auch plötzlicher Defekt,
und darum muss die Ansteuerschaltung selbst mittels einfacher
Analogtechnik überwacht werden, und bevor die Betriebsspannung zu
weit abfällt, muss die Ansteuerung gesperrt werden - ist eigentlich
ganz einfach...

Auch beim Anlegen der Betriebsspannung gehört so eine Art
Power on Reset, bis sich die Betriebsspannung aufgebaut hat und jeder
noch so kurzer Wackelkontakt muss erkannt werden und die Ansteuerung
sperren...

Das grundlegende Problem bei praktisch allen PWM-Schaltungen ist
immer die Möglichkeit, dass die Betriebsspannung auf Grund von
blabla einfach eingeht, die Schaltung das nicht erkennt und den
Mosfet trotzdem ansteuert - sicherer und schneller Tod!!!


Und das noch im eiskalten Zustand, da hilft auch kein noch so
grosses Kühlblech!!!

[Luggi F. (luggi_f)]

Mani W. schrieb:
> Unterspannungserkennung der Gateansteuerung...

Hier sollte doch meiner Meinung nach die Brownout detection des AVR 
ausreichen, oder?

Ab 4,3V (bzw. noch zusätzlich der Spannungsabfall am Linearregler) geht 
der uC in den Reset, womit der PWM-Ausgang hochohmig wird.
Damit wirkt der Pulldown am Eingang des Treibers und schaltet den FET 
ab. Dieser hat eine maximale Schwellspannung von 4,0V, ist also in dem 
Moment noch voll durchgesteuert gewesen. Richtig?

[Uwe S. (regionalligator)]

Mani W. schrieb:
> Ist kein Argument, meiner Meinung nach!

Doch, ist es. Du darfst nur nicht Seriengeräte mit dem verwechseln, 
worum es hier geht: sein Mosfet knallt ständig, und wir dürfen doch wohl 
davon ausgehen, daß der TO keine leere Batterie anschließt?! Das ist ein 
Unterschied, seine Schaltung knallt ständig trotz geladenem Akku, der 
sogar noch an einer Lichtmaschine hängt. Also geht es zur Zeit nicht um 
den Totalzusammenbruch der Betriebsspannung. Was später mal ist, wenn 
die Karre ein halbes Jahr in der Garage stand, ist ne andere Sache.
Wenn es darum geht, können wir auch den fraglichen Aufbau auf Lochraster 
besprechen, was der Tüv dazu sagt, was bei 90° Hitze im Auto ist, usw..

Daß ein Treiber ohne Unterspannungsabschaltung bei einem Akku nicht 
ideal ist, brauchen wir nicht zu besprechen. Habe mich ehrlich gesagt 
erschrocken, daß es solche überhaupt gibt! Vermutlich soll das Ding auch 
niedrige Betriebsspannungen und Logik-Fets abdecken.

[Mani W. (e-doc)]

Uwe S. schrieb:
> seine Schaltung knallt ständig trotz geladenem Akku, der
> sogar noch an einer Lichtmaschine hängt.

Uwe S. schrieb:
> Daß ein Treiber ohne Unterspannungsabschaltung bei einem Akku nicht
> ideal ist, brauchen wir nicht zu besprechen.

OK!


Was mich wundert ist, dass sein Treiber ständig abraucht!

Oder das der AVR gekillt wird...


Wohl ein Problem mit mangelhafter Stromfilterung?

Oder es schwingt sich einfach weg...

[Luggi F. (luggi_f)]

Mani W. schrieb:
> Was mich wundert ist, dass sein Treiber ständig abraucht!
>
> Oder das der AVR gekillt wird...

Dass der Treiber abgeraucht ist war (!!) ein Problem der Filterung, ja. 
Aber wie geschrieben, das hat sich mit dem Umlöten seiner Versorgung auf 
"AVR_Power" erledigt.
Dass der AVR gestorben ist, war mein Fehler, hab mich "verlötet". Das 
hab ich ja auch nur nebenbei erwähnt.

[Mani W. (e-doc)]

Also funktioniert jetzt alles problemlos?

[Uwe S. (regionalligator)]

Mani W. schrieb:
> Was mich wundert ist, dass sein Treiber ständig abraucht!

Da wäre Überspannung denkbar, allerdings sprechen seine Oszillogramme 
dagegen.
Dennoch, der Treiber ist, so wie alles Andere ja auch, nicht an einen 
fetten Elko angebunden, sondern plus bekommt der über die Diode ja erst 
nach einer langen Zuleitung, über die auch noch der Laststrom fließt. 
Schaltet der Mosfet nun das erste Mal ab, entsteht in dieser Leitung ein 
recht ordentlicher Spike, den praktisch nur der 220µ auffängt.
Der Verbrauch des Treibers könnte nur ganz knapp über der Energie aus 
der Leitungsinduktivität liegen, aber bei einer ganz bestimmten 
Pulsweite ändert sich das, die Eingangsspannung des Treibers pfeift 
dadurch kurz nach oben...
Bei dem Aufbau mit ungewisser Masse können aber gut und gern auch 
plötzliche Doppelpulse o.ä. entstehen. Wenn diese gleich zerstörerisch 
wirken, sieht man die rein gar nicht...

Um eine Überspannung auszuschließen, könnte D2 testweise mal durch einen 
Widerstand ersetzt werden, oder die 56µH kommt kurzerhand mal raus, dann 
fängt die TVS das ab.

[Joe F. (easylife)]

Luggi F. schrieb:
> Nein, nein... Momentan ist meine Last noch ein Brett voller
> Halogenbirnchen, zum Testen. Der Test mit der Induktivität steht noch
> aus...

Hm. Dir ist aber klar, dass Halogenlampe und Induktivität beim 
Einschalten deutlich unterschiedliche Stromverläufe aufweisen?

Deine Zuleitungen scheinen ja recht schwach zu sein, wenn jetzt die 
(kalten) Halogenlampen beim Einschalten ordentlich Überstrom ziehen, 
dann bist du nicht mehr weit weg von einer Leere-Batterie-Simulation bei 
jedem Einschaltvorgang.
Abgesehen davon, dass dein FET mit dem Halogenlampten-Einschaltstrom 
vielleicht schon überlastet ist.

[Luggi F. (luggi_f)]

Mani W. schrieb:
> Also funktioniert jetzt alles problemlos?
Ja, tut es soweit! Auch bei kalten Halogenbirnen und mit Funkenziehen an 
der Batterie.

Joe F. schrieb:
> Hm. Dir ist aber klar, dass Halogenlampe und Induktivität beim
> Einschalten deutlich unterschiedliche Stromverläufe aufweisen?
Die Birnen sind ja auch nur vorläufig als Lastsimulation da. Den 
Anhänger krieg ich leider nicht in die Werkstatt... Da wird es dann noch 
eine Testreihe am Fahrzeug geben.

Joe F. schrieb:
> Abgesehen davon, dass dein FET mit dem Halogenlampten-Einschaltstrom
> vielleicht schon überlastet ist.
Bisher hält der FET ja durch, aber guter Einwand. Vermutlich dämpfen die 
Leitungen den Einschaltstrom auch etwas.

Joe F. schrieb:
> Deine Zuleitungen scheinen ja recht schwach zu sein, wenn jetzt die
Auch die sind nur ein Provisorium am Werkstatttisch. Aber da die 
wirklich kurz sind (ca. 40cm) sinkt die Spannung am Gate nie unter etwa 
10V (kann man auch am Oszi anschauen).