hallo in unserem projekt geht es um eine PWM Ansteuerung eines o. mehrerer Leistungs-MOSFETs für ein Edelstahl-Heizflanch im Automotive Bereich. Das Heizband wird im durchgeschalteten Zustand mit 12V (Batteriespannung) versorgt und der Strom liegt bei ca. 100A. Im Ausgangszweig wird zur Sicherheit der Strom gemessen, die Spannung am Gate-Source und die Temperatur mit Hilfe eines NTC Widerstandes. Es bleibt aber noch das Problem offen für den Fall dass der FET durchlegiert und er dadurch hardwareseitig gar nicht mehr abzuschalten ist. In dem Fall würde der Strom weiterfließen und das Heizband übermäßig Hitze erzeugen. Wir hätten bereits zwei akzeptable Lösungsansätze, aber beide haben ihre vor und nachteile. Ohne viel zu verraten möchte ich einfach nur mal so ein art brainstorming starten ob vielleicht jemand eine idee hat auf die wir bisher noch nicht gekommen sind. vielen dank!
Hallo! Die erste Idee wäre ein Relais in Serie. Solange der FET sauber schalten kann, muss das Relais ja nicht zur Lasttrennung benutzt werden und leidet somit auch nicht im "Normalbetrieb". Dafür ist natürlich eine Logik notwendig! Stromfluss & PWM --> OK Stromfluss & (!PWM) --> Nicht OK, Relais öffnen, Alarm. Bei 100A macht dass das Relais natürlich nicht lange mit, ausser es wird ein teurer Lasttrenner eingesetzt! MFG MainSter
Wenn doch schon ein Stromsignal von der Heizung gemessen wird kann man das Signal doch nehmen. Das pulst dann ja auch. Mir fiele da zum Beispiele eine NAND-Verknüpfung des Gatesignals mit dem Stromsignal ein. Solange der Ausgang auf LOW ist, ist alles in Ordnung. Wechselt der Ausgang regelmäßig auf HIGH liegt ein Problem vor. Ist natürlich abhängig davon wie gut man die Signale synchron bekommt und wie stark das Stromsignal verformt worden ist. Man könnte aber auch die Drain-Source-Spannung messen. Ist die immer auf Null Volt -> Kurzschluss. Softwareseitig könnte man aber auch regelmäßig eine kleine (alles AUS) Phase vorsehen in der man testweise den Strom misst. Logischer Weise sollte der dann Null sein sonst liegt ein defekt vor. Was man dann mit der Erkenntnis macht... Spannungsversorgung abschalten, mit Crowbar die Sicherung auslösen,...
Geht es um die Detektierung des Defekts oder um die Unterbrechung wenn ein Defekt festgestellt wurde?
also in dem fall geht es nicht zur detektion eines fehlers, sondern vielmehr zur Sicherheit gegen brand im worst case fall wenn der fet sich nicht mehr abschalten lässt. das mit dem relais müssen wir noch prüfen ob das möglich ist, problem ist ja der hohe strom von 100A. gibt es sowas wie schmelzsicherungen die den strom durchlassen und erst bei übertemperatur abschalten ? uns ist bisher nichts bekannt.. problem bei allem is natürlich auch noch die Lowcost forderung... mfg
Bei haushaltsgeräten (Friteuse, Wasserkocher o.Ä.) werden Übertemperatursicherungen eingesetzt, die wie der Name schon sagt, bei zu hohen Temp. abschalten. Ob es die auch für 100A und die passende Temp. gibt müsste man mal bei den Herstellern nachfragen.
Ich wuerde mir da wenig Sorgen machen und FET fuer 500 Ampere installieren. Das waeren dann etwa 4..5 Stueck. zB IRFP 064N, da macht einer 390A peak, 110A continous. Das sollte reichen. Fuer je 1 Euro @ 100
vielleicht ist das auch über eine geschickt dimensionierte Schmelzsicherung möglich. wenn sie träge genug ist, könnte das gehen. Während dem PWM-Betrieb stellt sich anhand des mittleren Stromes durch die Sicherung eine mittlere Temperatur in der Sicherung ein, die diese nicht zum Schmelzen bringt. Beim Durchlegieren fliesst ein höherer "Dauerstrom" der die Sicherung weiter erwärmt, bis sie schmilzt. Voraussetzung ist allerdings, dass der mittlere Strom bei "Normalbetrieb" deutlich unter dem Maximalstrom im Fehlerfall ist. Ausserdem muss der PWM schnell genug sein, dass die Sicherung nicht während Ton bereits auslöst.
>>gibt es sowas wie schmelzsicherungen die den strom durchlassen und erst
bei übertemperatur abschalten ? uns ist bisher nichts bekannt..
problem bei allem is natürlich auch noch die Lowcost forderung...
Es gibt schon Schmelzsicherungen bis 100 und mehr. Man kann sich für
Euren Fall eine Besonderheit der Schmelzsicherungen zunutze machen und
zwar die Abschaltzeit, dabei wird die Sicherung kleiner dimensioniert,
als sie eigentlich für den Dauerbetrieb sein müsste. Das ganze muss
anhand der Kennlinien der Sicherung berechnet werden. Dabei liegt der
Punkt der maximalen Betriebszeit innerhalb der Kennlinie. Ist der FET
kaputt, überschreitet die Zeit die der Strom ansteht, die berechnete
Zeit und die Kennlinie wird überschritten, die Sicherung schmilzt ab.
Nachteil. An der Sicherung wird es ziemlich warm.
Alternativ kenne ich Bereiche in denen bei einem solchen Fall gezielt
mittels eines zweiten Transistors ein Kurzschluss erzeugt wird um die
Sicherung abzuschmelzen. Die Sachen werden aber von Spezialisten mit
besonderen Bauteilen gebaut, damit die Angelegenheit nicht zum
Feuerinferno wird, dann sind da noch Löschsubstanzen und diverses mehr
drumherum in Einsatz.
Hallo, eine weitere Idee wäre eine Schmelzsicherung für 120A (oder so) und im Fehlerfall wird ein zweiter Leistungsfet geschalten und zwar paralell zur Spannungsversorgung. Dadurch fließt kurzzeitig ein höherer Kurzschlussstrom welcher die Schm,elzsicherung auslöst! Nicht ganz sauber, aber Denkbar! Das geht natürlich nur wenn die Batterie im Kurzschlussfall über (z.B.) 120A kurzschluss liefert! MFG, MainSter
Vergiss sicherungen. Ein traege Sicherung fuer 100A kommt erst bei 1000A, nach ein paar Sekunden. Da waere es besser die DS-Spannung der FET beim Leiten zu messen.
@Seth: Und was machste dann, wenn du beim Messen festgestellt hast, dass der Transistor durchlegiert ist? Abschalten mittels des defekten FET geht ja nicht mehr. Und wenn, wie du sagst, eine träge Sicherung für 100A erst bei 1000A auslöst, wenn der Strom mehrere Sekunden fliesst, dann hast jja schon die Lösung selber präsentiert. Dann sollte ja z.B. ne 20A Sicherung erst bei 100A auslösen, wenn der Strom mehrere Sekunden fliesst. Da aber über PWM angesteuert wird, fliesst der Strom niee mehrere Sekunden durchgehend, ausser: .... im Fehlerfall...
PWM macht man bei Ohmschen und induktiven Lasten. Da legiert der FET nicht durch wenn er ausreichend dimensioniert wurde. Nimm 5 von IRFP064N, die halten fast 2000A peak. Wenn man da die DS spannung ueberwacht und ueberstrom feststellt, kann man sofort abschalten. Den restlichen Mist wuerd ich mir nicht antun. Weshlab soll die Heizung einen Kurzen machen ? Ohmsche Lasten unterbrechen eher.
Beispiel: Wenn dein mittlerer Strom nie über 40A steigt, dann könntest die Sicherung nehmen http://production.littelfuse.de/data/de/Data_Sheets/257.pdf (in 40A) Erst bei Überlast (100A) fliegt die Sicherung nach ein paar Sekunden. Das gleiche Prinzip sollte ja auch für höhrere Ströme gelten Korrigiert mich, wenn ich da was übersehen habe.
Sicherungen unterdimensionieren geht nicht. Wenn 100A dauerstrom fliessen sollen muss die Sicherung eine 100A sein. dh sie haelt das unendlich lange. Jede Kleinere loest frueher aus.
Mit zwei MOSFET-Blöcken in Serie sollte doch zumindest ein Block weiterhin in der Lage sein, die Last zu trennen. Vielleicht sollte man das Heizband selber als Temperatursicherung nutzen, indem man es aus, sagen wir mal Blei, herstellt, das bei Übertemperatur von alleine schmilzt...
RoHS laesst gruessen... Und das fluessige blei fliesst auf die Anschlusskontakte...
Chrisi wrote: > Mit zwei MOSFET-Blöcken in Serie sollte doch zumindest ein Block > weiterhin in der Lage sein, die Last zu trennen. > > Vielleicht sollte man das Heizband selber als Temperatursicherung > nutzen, indem man es aus, sagen wir mal Blei, herstellt, das bei > Übertemperatur von alleine schmilzt... Ich behaupte die Wahrscheinlichkeit, dass das was den ersten Block killt auch den zweiten Block killt sehr hoch ist...
Jo Seth, darum sagte ich auch MITTLERER Strom von 40A z.B. PWM: 100Hz, davon 4ms 100A und 6ms 0A macht im Mittel 40A Wenn Transitor kaputt, dann ständig 100A und 40A Sicherung löst aus. Wie willst du eigentlich deine 5 Transistoren schalten? In Reihe? oder Parallel? Bei parallel kannst beim Durchlegieren des einen mit den restlichen 4 auch nicht mehr viel anfangen.Bei Reihenschaltung hast nur unnötig viel RDSon und ausserdem unten beschriebenes Problem: Ein Durchlegieren kann IMMER auftreten. Ausserdem würde ich mich nicht drauf verlassen, dass mehrere Transitoren nicht gleichzeitig durchlegieren (Stichwort: Common-Cause-Fehler). z.B ein Surge auf der Versorgung kann dir ALLE Transitoren auf einmal mosten. Wenn schon ein zweiter Abschaltweg, dann wenigstens nen diversitären!
Natuerlich parallel. Nein. Mosfets sind selbststabilisierend bei Parallelschaltung.
hmm, klär mich mal bitte auf, was du mit selbststabilisierend meinst...
Das bedeutet, dass sich der Strom sebststaendig gleich auf alle FET aufteilt, da eine Erwaermung eines FET dessen Strom zuruecknimmt, und die anderen dadurch mehr uebernehmen. Das ist bei bipolaren Transistoren eben genau nicht der Fall. Deshalb muss man dort mit Emitterwiderstaenden arbeiten.
Ah okay, mir war der Begriff nicht geläufig. Das heisst, dass du aber bei deinem Ansatz ein Durchlegieren kategorisch ausschliesst und daher auch keine Massnahmen für diesen Fehlerfall ergreifen würdest. Nun, das kann man sicher machen, wenn man sich über alle möglichen Ursachen, die zu einem Durchlegieren führen können, im klaren ist, und sicherstellen kann, dass mit dieser Methode alle diese Ursachen nicht zum Ausfall eines oder mehrerer Transitoren führen werden. Ist man sich da aber nicht so 100%ig sicher, ob es vielleicht nicht doch einen Fehler gibt, der auch in dieser Schaltung einen Fet durchlegieren lässt, dann sollte man sich über eine Fehlerreaktion Gedanken machen. Ich persönlich würde die potenzielle Gefahr abschätzen, die von einem möglichen Duchlegieren ausgeht und diese dann gegen die Wahrscheinlichkeit aufwiegen, dass dieses Ereignis eintritt. Danach richten sich dann die Massnahmen. In diesem Fall würde ich prüfen, ob sich nicht mit sehr geringem Aufwand, z.B.in Form einer geschickt dimensionierten Schmelzsicherung, ein zweiter Abschaltweg realisieren lässt. Denn ich würde nicht meine Hand dafür in´s Feuer legen, dass ein Surge nicht alle Transistoren auf einmal killt!
Selbststabilisierend, weil das Rds(on) einen positiven TK hat, und DESWEGEN der heißere MOSFET weniger Strom zieht... ;) Bei Bipolaren hat die Uce(sat) einen negativen TK, deswegen sind hier Symmetrierwiderstände Pflicht. @Problem: Das sicherste wäre eine Temperatursicherung auf dem Heizelement, allerdings entzieht es sich meiner Kenntnis, ob es die mit 100A gibt... dabei dürfte gerade im Automotive Bereich das Problem nicht neu sein. Sicherung unterdimensionieren ist Unfug, schließlich würde man damit den Regelbereich einengen; und langsame Sicherung ist fehl am Platze. Es gibt aber ultraflinke Sicherungen zum Schutz von Halbleitern, damit könnte man es probieren: Sicherung >100A, dahinter einen Thyristor als Crowbar. Abschaltintegral der Sicherung gegen Surgefähigkeit des Thyristor abwägen. Drossel in Reihe mit dem Thyristor, damit di/dt begrenzt wird (das Problem hat man bei induktiven Lasten nicht). Denkbar wäre auch, im Fehlerfall eine Zusatzlast (z.B. 50A) zuzuschalten, die die Sicherung in ausreichend kurzer Zeit durchbrennen lässt - diese Zusatzlast könnte auch durch einen Abgriff am Heizelement realisiert sein. Damit würde man immer mit deterministischen Strömen arbeiten. Letzlich sollte es auch mit einem Relais gehen, gerade im Automotive gibt es Hochstromkandidaten.
danke für die antworten ... weiss jemand ob es temperatursicherungen gibt für ca 150°C, die aber 100 bis 120 A problemlos packen ? ich mach mich mal auf die suche, wäre eine gute alternative für unseren fall. gruss stephan
ja da war ich auch grad *g der erste eindruck lässt vermitteln dass es eher schwierig wird da was zu finden. die dinger gehen im schnitt nur bis 15 A. die sache mit den schmelzsicherungen ist deshalb problematisch, weil im fehlerfall anstatt 120A nur noch 100A oder 90A dauerhaft fliessen, dh der sicherung juckt das dann eher wenig. und einen zusätzlichen kurzschlusszweig zu dimensionieren würde zwar funktionieren aber was ist wenn genau dort ein defekt auftritt. inwiefern man was mit thyristoren machen kann übersteigt gerade meine etechnik kenntnisse, komme eher aus der Kleinsignal-Ecke. eine mechanische lösung hätten wir bisher, oder 2 Fets in Reihe. mfg
1.) Wie groß ist dein Spitzenstrom? (also kalte Heizung und FET eingeschaltet).. sind das die 120A? 2.) Welche Frequenz habt ihr am PWM 3.) In welchem Bereich regelt ihr über den PWM (DutyCycle von... bis ....) 4.) Wäre es möglich, diesen Bereich einzuschränken? Sprich: DutyCycle z.B. nur von 0...70% ?
hier steht viel über die Problematik drin http://vyuka.fel.zcu.cz/kae/NSA/Texty/Smart_Power_Switches_1.pdf
ähmm, dass wollte ich eigentlich anbieten
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