Hi (Leistungs)elektroniker! Ich habe ein Problem mit meinen BLDC Inverter! Im Anhang seht ihr ein Bild von Strom und Spannung! Die Spannung hat eine sehr hohe Spitze (grüne Umrandung), die mir meine MosFETs killt. Nun zu meiner Frage: Weiß jemand, warum diese Spannungsspitze ensteht, und wie man sie vielleicht vermeiden kann? Meine Vermutung ist, dass meine FETs zu schnell schalten! Bitte um rasche Antwort, da ich eine nahe Deadline hab :-) mfg zöchi
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Ich verwende die Inverse Dioden der MosFETs. Die sind ziemlich gut, trr=70ns und Qrr=0,9µC.
Du meist wohl schottky dioden? Ich könnte es einmal probieren und euch wieder bescheid geben; aber ich bin mir immer noch nicht sicher, ob es alleine die dioden sind!
Hallo zöchi, hier mal ein paar Hinweise und Vermutungen von mir. Erste Störung: Ich glaube du schaltest zu früh oder zu spät um. Das heisst entweder funktioniert die Nulldurchgangserkennung nicht richtig oder du hast die Pause nach der Nulldurchgangserkennung nicht richtig gewählt. Zweite Störung: Das ist durch die PWM. Hast du denn beim Umschalten von Lowside und Highside eine ausreichend große DeadTime? Grüße Dirk
das mit der DeadTime könnte sein! Ich habe 20kHz PWM Frequenz und 1µs Deadtime --> kann ich sicher vergrößern! Die Umschaltung sollte soweit funktionieren, da ich mit Hall Sensoren arbeite und diese fix vom Hersteller positioniert worden sind!
Gut, auf Grund der Hallsensoren fällt natürlich die Nulldurchgangserkennung weg. Dann würde ich noch auf folgendes tippen: 1.) Die Hallsensoren sind nicht sauber positioniert ... ok das wird schon stimmen :-) 2.) Hast du die Hallsensoren irgendwie "entstört", Tiefpass oder ähnliches verwendet, die den Umschaltzeitpunkt nicht richtig erkennen lassen oder verzögern. Stimmt die Umschaltung erst mal nicht, dann gibts ordentlich Störungen, die die Signale der Hallsensoren noch schwerer erkennbar machen. 3.) Vielleicht verhindern auch die Störungen bei der PWM, dass du die Hallsensorsignale richtig (zeitgenau) erkennst.
Also ich versteh nicht warum irgendwie störungen auf die hall sensoren wirken sollen bzw. warum man sie "entstören" sollte. Die Hallsensoren haben einen eigenen Mageneten, der von den Wicklungen (ein wenig) abstand hat. Sie liefern eigentlich recht zuverlässige signale. Das die Hall Sensoren der Fehler sind hätte ich am aller wenigsten gedacht!
Bau in die Signale der Hall-Sensoren ein RC-Glied ein. Evtl. xk Ohm und 10nF. Ich habe mir den Effekt letztens mal live angesehen... !
erzeugt deine Regelung einen Mehrphasigen Wechselstrom für den Motor? Wenn ja dann funktionierts mit Dioden ja nicht da wenn die Stromrichtung wechselt die Diode parallel wäre und einen Kurzschluß erzeugt. Wenn aber deine Betriebsspannung z.B. 12V ist kannst du z.B. 15V bidirektionale Supressordioden verwenden so das die Spannungsspitze zumindestens nicht höher als 15V ausfällt.
Die Störungen scheinen ja so stark zu sein, dass deine MOSFETs sogar zerstört werden. Die Signale der Hallsensoren sind empfindlich, gerade in der nähe des Umschaltpunktes. Wenn dann die Hallsensorsignale nicht in Ordnung sind, kommt es zu der ersten Störung, das sieht man dann auch in den Einbrüchen im Spannungspfad. Ich würde folgendes machen/überprüfen: 1.) Ist ausreichend DeadTime bei dem PWM-Schalten vorhanden 2.) Werden die MOSFETs schnell genug geschaltet, man benötigt kurzfristig einen hohen Strom, um die Gate-Kapazitäten der MOSFETs zu laden und zu entladen, benutzt du eine integrierte Schaltung als Gate-Treiber, welche? 3.) Signale der Hallsensoren "entstören": z.B. RC-Tiefpass verwenden (vielleicht 1kOhm, 10nF) Suppressordioden einbauen, um Spannungsspitzen zu beseitigen finde ich keine gute Lösung. Werden die MOSFETs warm? Wenn nicht, dann dürften Rücklaufdioden in den MOSFETs reichen, also keine externen Schottky Dioden verwenden.
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Die Idee mit den Supressordioden geht deshalb nicht, weil ich eine Versorgungsspannung von 44,4V vorsehen will. Die FETs werden nicht warm, deshalb könnte die Inverse Diode ausreichen. Ich verwende den IR2133S als Treiber, der macht mir auch den Level Shift und hat eine ausreichende Leistung! Das Schalten hab ich euch als Anhang zu verfügung gestellt! Die Grafik zeigt das Ein - und Ausschalten (der Treiber invertiert!); die Deadtime kann auch abgelesen werden.
Rot und Grün sind die Gate-Spannungen?! Das sieht gut aus. Interessant wäre noch das Schaltverhalten eines MOSFETs, also Gate-Spannung und Source- bzw. Drainspannung, allerdings denke ich dass es ebenfalls gut aussehen wird :-/ Hast du vor den Gates Widerstände, die ggf. das Schalten des MOSFETs beeinflussen? Die erste Störung kann auch von nicht gleichmäßig angeordneten Hallsensoren kommen, wie man diese dann aber wegbekommt ... hmmm. Sonst fällt mir im Moment nicht weiter ein.
Hi Zöchi, also für mich sehen die Signale nicht unbedingt so schlecht aus. Bei Motoransteuerungen fängt man sich häufig viele Störungen ein. Der Phasenstrom ist denke ich ok. Der erste Spannungspuls ist ok. Er entsteht dadurch, dass der Strom von einer Wicklung auf eine andere kommutiert wird und sich die gespeicherte Energie in den Zwischenkreis entlädt. Den gleichen Effekt sieht man auch am Ende der Strompulse. Nur geht dort das Potential gegen Masse. Die anderen Spannungsspitzen entstehen durch die steilen Schaltflanken bei der PWM Ansteuerung. Was man hier machen kann ist die Gatewiderstände der MOSFETs zu vergrößern. Man erkauft sich das bessere EMV-Verhalten jedoch mit höheren Schaltverlusten und damit mehr Wärme. Was ich noch nicht so ganz verstehe ist das Thema mit der Totzeit. Normalerweise benötigt man beim 120° Blockbetrieb keine Totzeit weil man die MOSFETs nicht im Gegentakt schaltet. Es wird immer nur ein MOSFET (Lowside) statisch und ein MOSFET (Highside in einem anderen Brückenzweig) mit PWM betrieben. Viele Grüße, Gonzo
1µs Dead-Time finde ich zu sportlich. Ich hab ein I-Powermodul, im Datenblatt stehen da 2µs... Der Hersteller meinte, dass ich auch auf 1,5µs runter kann, brauch dann aber selektierte Module... Ich würds mal mit 3µs versuchen und erst wenn nichts mehr kaputt geht reduzieren.
@ Gonzo! Der Gegentakt betrieb wird deshalb benötigt, da der BLDC auch abbremsen soll! Der Low Side FET stellt einen Hochsetzer dar, damit rückgespeist werden kann! Zu den Gate-Widerständen: Da der Treiber ca. 200mA beim Einschalten und 400mA beim Ausschalten liefert, habe ich keine Gate-Widerstände vorgesehen. Diese werde ich wahrscheinlich noch in die Leiterbahn reinmurksen; darüber wird eine Diode gelötet, damit beim Ausschalten der Strom nicht über den Widerstand fließt (schnelleres Auschalten, als Einschalten)
Der erste Google hit: http://www.fairchildsemi.com/an/AB/AB-9.pdf Vielleicht schwingt deine Gatezuleitung.
@Gonzo: Der erste Störpuls wäre weg, wenn man zeitrichtig umschalten würde. Ich finde den nicht ok. Frage ist halt jetzt, warum gehen die MOSFETs kaputt. Zu warm werden die ja anscheinend nicht, da wäre noch Überstrom und Überspannung. Überstrom können die schon mal aushalten, zumal wenn der Pulsartig auftritt. Überspannung ist kritisch.
Die MosFETs gehen wegen der Überspannung kaputt! Sie vertragen max. 100V - sobald der Wert überschritten ist, kann man sie schmeißen. Überstrom ist auszuschließen, da die FETs 80A vertragen und bis jetzt nur ein Bruchteil davon gefloßen ist! Ich geb ich mal das Datenblatt der FETs!
Also ein Problem mit der Totzeit könntest Du ja finden indem du mal den Strom zwischen Low- und Highside des selben Zweiges mit dem Scope ansiehst. Hast Du da im Ein- oder Ausschaltmoment Spikes drin die über die Belastbarkeit der FETs hinausgehen, dann solltest Du etwas an der Deadtime verlängern. Grundsätzlich ist es bei "schneller" PWM nicht so dolle, wenn man die internen Body-Dioden der FETs nutzt, da das Leiten der Bodydiode leider auch bedeutet, dass die internen parasitären Kapazitäten im FET (ja nach Leistung einige nF) für die PWM maximal ungünstig geladen sind und beim umkommtieren vom Gatetreiber erstmal wieder umgeladen werden müssen. Ne schnelle Schottky oder Ultrafast-Diode sind da besser. Haste Deine Endstufe mal mit PSpice, SwitcherCAD oder so simuliert? Das lohnt sich meist... ;-)
Ich denke auch fast, daß im Moment der Umschaltung die gespeicherte Energie der Spule über die Freilaufdiode in die Versorgungsspannung entladen wird. Diese ist entweder zu hochohmig (dünner Draht) und/oder ohne Kondensator abgestützt. Da würde ich mal einen Low-ESR-Elko oder besser nehmen und evtl. auch einen Transil oder Varistor parallel schalten um die hohen Spannungen abzuleiten.
Hochohmig ist die Zuleitung sicher nicht, da ich mit großen Kupferflächen arbeitete. Als Zwischenkreiskondensatoren verwende ich Keramikkondensatoren (ca. 20µF) und habe das noch mit einem Folienkondensator mit ~5µF erweitert. Gibt es überhaupt einen Varistor der bei einer Spannung bei ~50-60V leitet. (ich kenne die Varistoren nur für Netzspannungen)
du arbeitest mit 14,4V warscheinlich soll das ganze später mal in ein Fahrzeug. Darf man erfahren um was es sich genau handelt?
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Ich arbeite mit 44,4V (12 Lion Zellen). Das ganze wird ein Antrieb für Rollschuhe, mit 1kW dauer und fast 2kw spitzenleistung; es ist meine Diplomarbeit. Im bmp file ist eine sehr einfache Darstellung.
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