Hallo zusammen, da es schon einige Problemstellungen zum IR2125 hier gibt, ich jedoch ein anderes Problem habe, schreibe ich nun nach langem recherchieren ohne erfolg mit der Hoffnung, dass mir jemand einen Tip geben kann. Ich möchte gerne eine High-Side Schaltung mit Bootstrap und 6 IRF 1404 parallel aufbauen. Das ganze soll später einen Motor ansteuern der Leider fest auf Masse liegt, parallel dazu kommen geeignete Freilaufdioden. Ich habe nun heute die Schaltung nach folgendem Bild aufgebaut. Die PWM wird duch einen ATTINY85 erzeugt und hat 500 Hz, Geräusche sind hie egal. Zum testen habe ich einen 2R2 Widerstand verwendet und erstmal nur einen FET verwendet. Die Schaltung lief problemlos! Um etwas mehr Leistung zu ziehen habe ich eine 12V 100W Halogenbirne parallel geschalten (Ohne Freilaufdiode), dabei hat es mir den IR2125 zerstört! Erst dachte ich aus versehen HO und Vs kurzgeschlossen zu haben und habe den IR2125 ersetzt, doch leider hat es diesen auch direkt zerstört! Der Fet scheint in Ordung zus ein, habe am Gate 10V angelegt und den Widerstand geprüft, er ist serh niederohmig, wenn ich die Spannung weg nehme wird er hochohmig. Da ich jetzt leider keinen Ersatz mehr habe (neue sind bestellt) und ich auch nicht weitere zerstören möchte, versuche ich gerade zu verstehen was das Problem ist und wie ich es beheben kann. Meine Vermutungen: 1.) die Lampe wirkt induktiv, so dass an Vs eine negative Spannung < -5V auftritt und/oder dadurch die Spannung zwischen VB und Vs >25V wird, was meint ihr? Die müsste sich mit einer Freilaufdiode beheben lassen. 2.) Sind eventuell 15V Versorgung zu viel? Sodass die Spannung zwischen VB und Vs zu groß wird(>25V)? Vielen Dank schon mal vorab für konstruktive Antworten! Grüße Felix
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Freilaufdiode, ja. Was ist dein Bootstrap-Kondensator? 100nF reichen da dicke. Keine Elkos verwenden.
In der Schaltung fehlen Pufferkondensatoren 100nF an den ICs sowie ein Zwischenkreis (siehe Datenblatt). Woher kommen deine 15V ? Häng mal ein Oszi an die Versorgung....ohne Zwischenkreis zieht eine Halogenlampe beim Einschalten (kalt) mal eben den 5...10 fachen Strom. Bricht jetzt die Versorgung zusammen geht dein Treiber in einen undefinierten Zustand. Eine Freilaufdiode über das Last sollte man immer! vorsehen
Hallo, ich würde erstmal das Gate vor zu hoher Spannung schützen. (im einfachsten Fall 2 Z-Dioden). Jogibär
Hallo zusammen, danke für die Rückmeldung, habe dazu noch ein paar Fragen ;-) @ THOR, mein Bootstarp ist ein 470nF Kerko, da ich 6 FETs parallel schalten möchte habe ich die 470nF gewählt. Findest du das übertrieben? @ TestX, die Pufferkondensatoren werde ich noch einbauen, danke für den Hinweis. Die 15V kommen von einem Netzgerät, welches für 40 A ausgelegt ist, dort sollte ansich genug C verbaut sein. Auf welches Datenplatt beziehst du dich bezüglich Zwischenkreis? Wenn das IC in einen undefinierten Zustand geht, kann es dabei kaputt gehen? Freilaufdiode werde ich zukünftig immer verbauen, hatte nur gestern etwas unüberlegt und hastig die Birne parallel zu dem Lastwiderstand gehängt, da ich erstmal glücklich war, dass es auf Anhieb an dem Widerstand funktioniert hat... danach leider nicht mehr :-( @ Michael J., wie ist es zu verstehen mit den zwei Z-Dioden? Zwischen Gate und Source? Warum zwei? Und würde ohne die Z-Diode der IR2125 schaden nehmen? Die Z-Diode schützt doch dann den FET und nicht den IR2125 oder habe ich da was falsch verstanden? Grüße Felix
Im Abschaltmoment entsteht ein Schwingkreis zwischen Coss des Schalters und der Last-Induktivität. Ohne Freilauf lädt die Energie der Induktivität Coss auf und wenn die Spannung über den Schalter größer 15V wird, fängt die Bootstrap-Diode das Leiten an und lädt den Bootstrap-Kondensator ebenfalls auf. Deswegen kann es da schon passieren, dass Vs<Vb-25 wird. Eine Freilaufdiode und minimale parasitäre Kapazitäten im Zwischenkreis würden das Problem beseitigen. THOR schrieb: > Was ist dein Bootstrap-Kondensator? 100nF reichen da dicke. Keine Elkos > verwenden. Ich würde sogar eine größere Kapazität wählen. In die Richtung 1µF. Bei dem kleinen Rdson ist die Chipfläche wahrscheinlich riesig und 500 Hz sind recht klein. Da schadet etwas mehr nicht.
> @ Michael J., wie ist es zu verstehen mit den zwei Z-Dioden? Zwischen > Gate und Source? Warum zwei? Und würde ohne die Z-Diode der IR2125 > schaden nehmen? Die Z-Diode schützt doch dann den FET und nicht den > IR2125 oder habe ich da was falsch verstanden? > > Grüße > > Felix Hallo, siehe hier: https://www.mikrocontroller.net/articles/Treiber Kurzversion: Durch die Induktivität der Leitungen und durch die PWM entstehen Induktionsspannungen, die höher als Ugs sein können. (siehe Datenblatt) Dann schlägt das Gate durch und der FET ist defekt. Man kann Unipolar oder Bipolar schützen, ich bevorzuge meist Bipolar; Z-Dioden haben eine verhälnismäßig hohe Sperrschichtkapazität. Die kann man entweder einbeziehen oder per normale SI-Diode in Reihe fast elemenieren. Jogibär
Hallo haralblaubarsch, hatte den Bootstrap C nach folgender Formel bestimmt C=QG/dU, QG sind 100nC und dU habe ich mal 1V angenommen, da es 6 Stück parallel sind habe ich das dann mal 6 genommen und müsste somit 600nF nehmen, da passt deine Empfehlung in Richtung 1uF sehr gut. Ich möchte später zwei 470er parallel schalten, nur für den Test mit einem FET dachte ich, reicht erstmal einer mit 470nF. Was würdest du an parasitärer Kapazität empfehlen? Reicht hier 100nF, kann ich da Folien Cs nehmen oder sollten es auch Kerkos sein? Grüße Felix
Felix M. schrieb: > Hallo haralblaubarsch, > > hatte den Bootstrap C nach folgender Formel bestimmt C=QG/dU, QG sind > 100nC und dU habe ich mal 1V angenommen, da es 6 Stück parallel sind > habe ich das dann mal 6 genommen und müsste somit 600nF nehmen, da passt > deine Empfehlung in Richtung 1uF sehr gut. Ich möchte später zwei 470er > parallel schalten, nur für den Test mit einem FET dachte ich, reicht > erstmal einer mit 470nF. > > Was würdest du an parasitärer Kapazität empfehlen? > Reicht hier 100nF, kann ich da Folien Cs nehmen oder sollten es auch > Kerkos sein? > > Grüße > > Felix Ich bin noch im Schlafmodus. Ich meinte natürlich minimale parasitäre Induktivitäten im Zwischenkreis. Da die parasitär sind, kann man die nicht wählen, sondern die ergeben sich im Wesentlichen aus dem Layout und gewählten Bauteilen. Wie die ZK-Induktivität minimiert wird, wird in vielen Application-Notes der Halbleiterhersteller beschrieben, bzw. findet man allgemein im Internet. Bezüglich des Bootstrap-Cs würde ich auch mal in die Datenblätter von anderen Treibern schauen. Die geben oft Formeln zur Berechnung der Kapazität an. 1µF pro MOSFET ist ein guter Richtwert meiner Meinung nach. Bei 6 MOSFETs also 6µF. Folie oder Kerko ist dann prinzipiell egal. Jedoch würde ich 6 einzelne Kondensatoren nehmen und keinen einzelnen 6µF Kondensator. Zwecks Layout, die ganze Bootstrap-Schleife muss sehr klein werden. Auch hier lohnt ein Blick in die diversen App-Notes der Halbleiterhersteller.
Was ist das denn mit dem Poti am Eingang? Ich glaube, dir ist noch nicht so klar, das da nur ein Digitalsignal was zu suchen hat und dieses muss auch noch getaktet werden. Wenn das nicht passiert, wird die Ladungspumpe nie 'pumpen' und die Gatespannung erzeugen können. Ein Treiber mit Ladungspumpe kann prinzipbedingt nicht 100% Einschaltdauer haben, sondern muss immer wieder abschalten, damit die LP funktioniert. Ob der Betrieb ohne Kondensator an ERR legitim ist, weiss ich nicht, solltest du aber mal prüfen.
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Hallo zusammen, danke nochmal für die vielen Rückmeldungen, ich werde jetzt meine Schaltung mal so abändern wie im Bild dargestellt. Habe rot eingerahmt was ich hinzugefügt habe. Eine Frage stellt sich mir noch. Sind die 15V Versorgung ein Problem für den IR2125? Auf den Ersten Blick könnte man das schon meinen, die Bootstrapschaltung erhöht die Spannung an Vb. Im einfachsten Fall, bei rein Ohmschen lasten wird der Wert nahezu verdoppelt (Abzüglich der Diodenspannung). Also bei 15V wären es knapp 30V. Auf den zweiten Blick, springt gleichzeitig das Potenzial an Vs von GND auf Nahezu 15V (Abzüglich der Spannung über den FET), somit sollte das Potential zwischen VB und VS max. 15V betragen. Richtig? Ist die Last jetzt induktiv, dann zieht es die Spannung an VS unter GND Level, was somit zum einen den C-Stärker auflädt. Ohne Freilaufdiode geht das Potential unkontroliert nach unten und unterschreiten sicher die für den IR2125 zulässigen -5V. Wenn das Potential nun < -10V wird, addiert sich dieser Betrag nun zu den 15V Spannungsüberhöhung am Bootstrap und die erlaubten 25V werden auch überschritten. Somit scheint mir das in meinen Fall am Wahrscheinlichsten für das sterben der IR2125. Grüße Felix
Hallo Matthias S. Das Poti geht an einen Analogen Eingang des ATTINY85, dort wird der eingelesene Wert (0...5V) in eine PWM mit 10..90% umgewandelt. Der Ausgang des ATTINY85 ist mit dem Eingang des IR2125 verbunden. Es werden also keine 100% ermöglicht. Das mit dem ERR ist ein guter Punkt, da war ich mir lange unschlüssig. Habe dann in der App note AN-978 das Bild 25 gesehen, wo es ähnlich gemacht wurde. Und aus der AN1014_b hatte ich den ERR Pin so verstanden, dass sobald ein Potential von 1,8V überschritten wird, die PWM am Ausgang gestoppt wird. Es gibt wohl verschiedene Möglichkeiten dies hervorzurufen, eine davon ist ein Kondensator der mit einem definierten Strom aus dem ERR Pin geladen wird. Eine weitere ist wohl indem man ein Signal von >1,8V und <= VCC anlegt. Kann das jemand so bestätigen, dass es kein Problem ist den ERR Pin ohne C zu betreiben?
Die Ladungspumpe 'stapelt' VCC (minus der Diodendurchlassspannung von D1) auf VS, so das VB = VS + VCC ist. Felix M. schrieb: > Eine Frage stellt sich mir noch. Sind die 15V Versorgung ein Problem für > den IR2125? Nö, damit bist du mitten zwischen den erlaubten 12-18V. Aber VCC muss grosszügig abgeblockt werden mit dickem Elko. Der 220µF ist da, vor allem, wenn er auch noch weit weg vom MOSFet ist, keine grosse Hilfe. VCC darf nicht einbrechen, vor allem nicht unter die 12V, sonst schlägt die Undervoltage Schaltung des IR2125 zu. Alle Leitungen, die den Laststrom tragen müssen, sollten entsprechende Querschnitte haben.
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So, kurzes update, habe heute die Ersatz Treiber bekommen. Dies habe ich gleich Eingebaut und zusätzlich noch einen 2200µF Low ESR Kondensators zum 220er parallel geschalten. Dann die Logik und den Treiber über eine Diode entkoppelt. Das ganze habe ich dann an 15V und 2 Ohm Last in Betrieb genommen. Erstmal habe ich nur einen FET verwendet. Siehe da, es geht :-) Dann die 2 Ohm Last gegen eine 1 Ohm Last getauscht, hier ging es nur wenn ich die Spannung auf 12 V runter geschraubt habe. Das Netzgerät scheint hier in die Strombegrenzung zu gehen, zumindest zeigt mir das die LED am Netzgerät an, was ich komisch finde, da es 40 A Kann. Bei 0,5 Ohm ist dann auch bei 12 V das selbe Spiel. Habe dann die Versorgung durch eine hochstrom fähigen Akku ersetzt aber hier ist mir dann aufgefallen, dass nicht mehr alle Pulse vom Ir2125 weitergegeben werden, hier scheint irgendeine Begrenzung aktiv zu werden. Konnte jetzt aber auf die Schnelle noch nichts finden die Treiber Versorgung ist sauber, keine Einbrüche. Ich muss jetzt mal weiter suchen. Wichtig ist, dass es mal, zumindest bei kleinen Strömen sauber läuft :-) Den Rest bekomme ich schon noch hin, wenn ich etwas mehr Zeit habe! Eventuell fehlt doch ein C zwischen Err und GND...
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Hallo zusammen, habe nun weitere Untersuchungen gemacht, mit Erfolg :-) Erst habe ich den Widerstand R5 ausgelötet und eine Kondensator gegen GND an ERR eingelötet, ohne Erfolg. Dann habe ich mir das Signal an VS angeschaut, siehe da, ein Undershoot! Der führt in meinen Augen zu einem Fehler weswegen der Treiber abschaltet. Entweder ist die Schottky-Diode MBR4030 an der Last zu langsam oder die parasitären Induktivitäten spielen hier eine Rolle. Auch nicht ausgeschlossen ist ein Überladen des Bootsraps Cs. Letztendlich hat eine schnelle Diode von VS nach GND zum Erfolg geführt. Jetzt ist zwar immermnoch ein Undershoot von 7V zu erkennen, das ist zwar laut Datenblatt immer noch zu viel für den IR2125 aber dafür funktioniert es jetzt erstmal. Habe 5-10 min 40A bei 15V laufen lassen ohne Probleme. Der FET wird nicht mal warm dabei, die PWM lässt sich problemlos von 10-90% hin und her bewegen :-) Als nächstes versuche ich noch Maßnahmen den Unterschoot auf <5V zu bringen, Tips Willkommen! Grüße Felix
Hallo Felix, prüf mal die GND Verbindung zwischen Pin4 und dem GND der Last. Wenn diese Verbindung nicht sauber ist, kannst Du sogar kurze Spitzen zwischen den zwei Anschlüssen mit dem Oszi sehen. Sauber = niederohmig und _SEHR_niederinduktiv
Moment ... Der Treiber ist kein Schalter. Nur weil man 6 Fet parallel ansteuern will, die 6 fache Bootstrap Kapazitaet zu haben ist natuerlich quatsch. Der Seriewiderstand von 47 Ohm zum Fet ist sowieso viel zu hoch. Der sinn dieses Widerstandes ist Ruchwirkunf von einem Fet auf andere. Bei nur einem Fet kann/sollte man den Seriewiderstand weglassen. Dieser Seriewiderstand bildet zusammen mit der Gateksapazitaet von zB 10nF einen Tiefpass, der den Fet verlangsamt. Im optimalen Fall. Nun ist der Treiber aber kein Schalter, sondern ein gesteuerter widerstand. Ohne jetzt das Datenblatt dieses Treibers genau betrachtet zu haben, ist der gelieferte Strom eher bescheiden, zB 180mA, durch sechs waeren das dann noch 30mA. Was einem Widerstand von 400 Ohm an 12V entspricht. Da koennte man nun sagen, ein langsam schaltender Fet macht einfach mehr Verluste. Ausser, .. es sind beide Fets gleichzeitig leitend, weil die Ansteuerung zu lahm ist. Ok. Du hast keinen Lowside Fet. Hierfuer erledigt. Wenn es nur um einen Highside Schalter geht, wuerde ich einen P-Fet nehmen, den kann man statisch ansteuern. Auch mit 100% Einschaltzeit. Ohne einen solchen Treiber. Die Frege ist sowieso .. bei einer freien Last wuerde man nur einen Lowside N-Fet verwenden und die Speisung an den anderen Anschluss der Last.
Hallo Felix, wenn Du damit später einen Motor steuern willst, kann sich dann der Bootstrap-Kondensator noch aufladen? Die Lampe ist ja "quasi" ein Draht nach Masse. Darüber geht das ja problemlos. Der Motor dreht aber in den Schaltpausen weiter und erzeugt selbst Strom. Ich habe das noch nie probiert, ok. Aber so von der Überlegung her müsste man dem C nicht die Gelegenheit geben, einen Pfad nach Masse zu finden? Ob hier die unerwünschten Induktivitäten reichen? Spannendes Thema, hatte so etwas mal als GO-Kart Steuerung gebaut. War nicht ohne. StromTuner
Hallo, Danke für die zahlreiche Rückmeldungen. @Volker, die GND Verbindung werde ich mir anschauen, vieleicht kann ich da noch etwas optimieren! Danke für den Hinweis mit dem Oszi! @Sapperlot W., ich kann dir nicht ganz folgen. Den Gatewidertand habe genau aus dem Grund drin, da ich 6 FET s parallel betreiben möchte und um den FET langsamer zu machen, berechnung war nach treiber auslegungsempfehlung. Der Treiber kann 2A, die Kapazität für den Bootstrap habe ich wie oben beschrieben berechnet. Wenn es nun quatsch ist den 6 fachen Wert bei 6 parallel geschalteten FET s zu nehmen, wie sollte ich den Wert dann berechnen, die zu treibende Energie ver sechsfacht sich doch auch oder nicht? @Alex R., guter Punkt mit dem Motor, da habe ich auch gegrübelt, aber ist es nicht so, dass das induktive verhalten des Motors an den Motor klemmen beim abschalten sogar eine negative spannung verursacht? Diese wird dann durch die FreilaufDiode in grenzen gehalten, sorgt aber dafür dass sich der Bootstrap wieder lädt. Habe das mal in LTSPICE simuliert, da schaut es gut aus. Kenne aber die Induktivität des Motors nicht und weiß somit nicht ob die Zeit zum laden dann ausreicht. Grüße Felix
So, nochmal ein update! Habe jetzt die GND Verbindungen nachgelötet und etwas verstärkt. Dann die Diode zwischen VS und GND, die ich gestern nur kurz freifliegend angeheftet hatte sauber eingelötet. Siehe da, undershoot liegt bei < 2V :-) alles tut einwandfrei! Anschließend habe ich nun alle 6 FETs angeschlossen und mehrer Minuten bei 40A laufen lassen, dabei nochmal die Signale kontrolliert, alles Top! Im nächsten Schritt werde ich noch mein Freilaufpfad auf einen Kühlkörper schrauben und die ersten Tests mit dem Motor machen, das wird wieder spannend, aber ich bin zuversichtlich! Danke nochmal für den Support! Grüße Felix
Kurze Info, heut habe ich den Motor Getestet. Wenn man alle Standards beachtet, dann tut es auch, prinzipiell auch auf Anhieb ;-) Hatte irgendwie vergessen die ZK Elkos vollständig anzuklemmen (Masse hatte gefehlt), da hat der Motor nur gezuckt, aber sich nicht wirklich bewegt... Als das korrigiert war, lief es aber sauber und nahezu perfekt :-) Konnte problemlos hin und her stellen, unter voller Last liefen 150 A drüber, da haben sich die FETs nicht mal annähernd erwärmt. Jetzt kann ich alles sauber verbauen und bin zufrieden!
Spannend! Miss doch mal differentiell die Spannung über dem Bootstrap-Kondensator.
47 Ohm ist für den Gatewiderstand m.E. zu groß, ich würde 8 .. 12 Ohm verwenden. Wenn du den Widerstand statt zwischen HO (vom Treiber) und Gate zwischen Source und Vs (Treiber) schaltest, kannst du dir nicht nur den zweiten (Auflade-)Widerstand R4 sparen, du schützt auch die Diode D4, so dass D2 den Freilaufstrom (fast) alleine trägt (auch wenn die eine eine Unipolar und die andere eine Bipolardiode ist). Alternativ zu den IR kannst du einen galvanisch getrennten Treiber wie z.B. 1EDI20I12 verwenden, die sind unempfindlich gegen negative Spannungen zwischen Vs und COM. LEler
Hallo LEler, für das nächste mal schaue ich mir den Treiber gerne mal an. Die Schaltung funktioniert nun für mich einwandfrei. Wie äußert sich ein zu großer gate Widerstand? Über die Dimensionierung habe ich wenig gefunden, nur dass er die Schaltgeschwindigkeit beeinflusst und dass das Gate sich wie ein Kondensator verhält. Also habe ich gerechnet. T = R × C, nach 3 T ist ein Kondensator fast voll. Zudem kann der Treiber max. 2 A, das dind bei 15V und 47 Ohm 319 mA, das ganze × 6 ergibt 1,914 A, so ergab sich der Wert von 47 Ohm. Für mich funktioniert das so ganz gut. Grüße
Der 47Ω soll ua. auch hochfrequentes Schwingen, welches sich aus der Zuleitungsinduktivität und der Eingangskapazität des FETs ergeben kann, unterdrücken. Die Güte des Serienschwingkreises wird so drastisch herabgesetzt, habe ich gelesen. Die Schwingneigung kann man am "klingeln" der Gatespannung sehen, wenn man sich "lose" (über 1-2pF) mit dem Oszi ans Gate hängt. Den Widerstand soll man dann genau so groß machen, das es keine Überschwinger gibt. IdR. reichen da, je nach Layout, 4-10Ω aus. Der Maximalstrom, den der Treiber liefert, wird nur im Umladeprozeß benötigt (nur ist gut, hehe). Dieser wird sowieso vom Treiber begrenzt und muss nicht mit einem externen Widerstand begrenzt werden, dieser ist quasi schon im Treiber (sein Innenwiderstand) enthalten. Der Gatewiderstand muss dicht am Gate platziert sein. Man sieht in vielen Applikationen, das Gatezuleitung und Rückweg verdrillt sind, wenn der FET etwas weiter weg sitzt. Schön, das es geht; daumenhoch Wenn ich die Appnote über die Gateansteuerung und der UKW-Schwingungsg'schichte noch finde, kann ich ja mal drauf verlinken. war eine slu-xyz.pdf StromTuner
Die Freilaufdiode muss uber dem Motor sein, auch geometrisch, nicht auf der anderen Seite des Kabels, bei den Halbleitern. Denn der Diodenstrom ist geschaltet, mit motor als Quelle, und der soll eine moeglichst kleine Flaeche aufspannen.
Sapperlot W. schrieb: > Die Freilaufdiode muss uber dem Motor sein, auch geometrisch, nicht auf > der anderen Seite des Kabels, bei den Halbleitern. Das machen aber auch kommerzielle Controller nicht so. Bei z.B. Curtis Controllern sind die Freilaufdioden im Controller und nicht am Motor.
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