Hallo,
ich habe die letzten Tage über eine Schaltung aufgebaut um einen Motor
per Raumzeigermodulation zu betreiben. Der Motor ist zwar für deutlich
mehr als 24V ausgelegt, aber da er schon ab 12V gut arbeitet habe ich
eine Schaltung entworfen, die ihn mit 24V betreibt (was auch erstmal
sicherer ist).
Als Besonderheit ist es nötig, dass die Schaltung die High-Side
dauerhaft (mehrere Sekunden) lang an lassen kann. Deshalb habe ich
zusätzlich zur normalen Bootstrap-Beschaltung, auch einen NE555
eingebaut der als Ladungspumpe arbeitet.
Die Mosfets sind jeweils 2 nMOS (IRF3205), die halten bis zu 55V
DS-Spannung und 110A (bzw. 75A) aus. RdsON liegt bei 8mOhm. Maximale
Gatespannung ist 20V. Die Bodydiode hält >100A aus.
Der Treiber ist ein IR2110. Die Deadtime der Mosfets wird von einer
(externen) Steuereinheit erzeugt, die auch die Mosfet-an-aus Signale
generiert. Frequenz ist ca. 15KHz.
Versorgt wird der Treiber von 5V (78L05) auf der Logikseite und 12V
(7812) auf der Lowside. Die Highside wie beschrieben über den
Bootstrapkondensator+NE555.
Die NE555 sind per Zenerdiode so abgesichert, dass sie nicht mehr
Spannung als erlaubt bekommen (Der Schaltplan ist aus einer Application
Note). Das ist soweit getestet und funktioniert auch sehr gut.
Die Gates haben 25Ohm Vorwiderstände, das Gate selbst ist per 15V
Zenerdiode gegen Source abgesichert.
Antiparallel zu den FETs befinden sich noch jeweils TVS-Dioden mit 30V.
Da der Motor 3 Anschlüsse hat, sind diese Schaltungen natürlich auch 3
mal nebeneinander vorhanden.
Als ich es ohne Motor getestet habe, hat alles sehr gut funktioniert.
Dann habe ich ein 24V, 6A Netzteil und den Motor angeschlossen. Das
Tastverhältnis war sehr gering (<10%), die Regelung nicht aktiv. Der
Strom ist angestiegen auf irgendwas zwischen 1-2A (Mittelwert) (wie
erwartet). Dann hats nach kurzer Zeit allerdings angefangen elektronisch
zu riechen und Bauteile wurden sehr warm. Man konnte sie aber noch stets
problemlos anfassen! Habe dann nachgemessen und bemerkt: Der 7812 leitet
die kompletten 24V zur Ausgangsseite durch (kurzschluss). Die
Mosfettreiber halten das (gerade noch so) aus, die gehen bis 25V. Aber
von denen waren ebenfalls mind. 2 von 3 defekt. Sie leiten jetzt unter
anderem zwischen Gate-Low-Out und Mosfet-Low-GND, und zwischen High-Out
und Mosfet-High-GND.
Die NE555 haben soweit ich sehen kann überlebt, genauso wie alle Dioden
und die Mosfets selbst. Der 78L05 lebt auch noch.
Zu den Verbindungen: Die Treiber sind direkt neben den Mosfets plaziert
auf der Unterseite der Platine. Kürzer gehts kaum...
Was ist denn da der Grund dafür? Suche jetzt schon Stunden herum...
- Ein Kurzschluss von V+ nach GND über die Mosfets hätte keine
schlimmeren Folgen gehabt, das kann ich ausschließen (eher gehen noch
die Kabel kaputt). Netzteil schaltet auch früh genug ab.
- Schaltung irgendwie fehlerhaft: Hat ohne Motor auch funktioniert...
- Überspannung durch den Motor? Könnte sein, aber wo kommt sie her?
Müssten die TVS-Dioden sie nicht ableiten? Oder ist es ein Problem, dass
sich irgendwie das +24V Potential nach oben verschieben kann durch die
TVS-Dioden?
Zum Schaltplan: Hab mal die relevanten Bereiche zusammenkopiert:
- Mosfets mit Dioden
- 1 Treiberstufe mit NE555
- 1 Treiberstufe auf der Platine
Danke schonmal für die Hilfe!
irgendwie siehr diese Booststrap Schaltung seltsam aus.
Ist VS mit dem Mittelabgriff der Brücke verbunden?
Muss hinter die NE555 Schaltung nicht eine Diode?
Wieso muss für die RZM überhaupt die H-Side für meherer Sekunden leiten?
Axel
bootstrap ist in ordnung. läd (ohne ne555) auf ca. 11.5V auf.
wenn dann high eingeschaltet wird, kommen die 24 V vom Mittelabgriff zum
ne555.
das funktionierte bereits! wo erwartest du eine diode?
zur RZM: falls man z. B die position zwischen den zeigern 011 und 010
halten muss. kann man evtl. auch anders machen, aber der ne555 sollte
nicht stören...
elko: schaltung hängt direkt am netzteil, das hat große elkos. werde sie
aber dennoch mal nachrüsten.
könnte dies einer der fehler für das problen sein?
Hab mir soeben noch mit nem anderen Bastler unterhalten der sich das
ganze auch nicht erklären konnte.
Besonders der geschossene 7812 ist merkwürdig.
Noch eine Info die mir eingefallen ist:
Ich hatte zuvor schonmal den Motor versucht mit 3A Strombegrenzung zu
betreiben an meinem Labornetzteil, was aber daran gescheitert ist, dass
es zu wenig Power hatte. Das machte noch kein Problem obwohl dort auch
schon Peaks aufgetreten sein müssten.
Könnte es auch folgendes sein?
Ich habe beim Testen das Leistungsnetzteil direkt ein und ausgeschaltet.
Also ohne explizit die Ansteuerung zuerst zu deaktivieren, sondern
einfach direkt strom weg. Auf den Motorspulen müsste auf jeden Fall noch
Strom gewesen sein. Kann es dann im Worst-Case vorkommen, dass die
Restenergie in den Spulen letztendlich die Schaltung umpolt und somit
den 7812 schrottet? Das würde auch die Schäden an den Treibern erklären.
Die NE555 hätte es nicht erwischt, da diese noch die Dioden haben.
Danke erstmal für die Antworten, ich werde dann mal weiterbasteln.
Ersatzteile sind bestellt und werde ich im Laufe der nächsten Woche
bekommen.
Was ich vorhabe:
- zusätzlichen Pufferkondensator nachrüsten (evtl. bringts ja was...)
- Schutzdiode über den 7812 löten bzw. gleich eine TVS verwenden.
- Kerkos vergrößern
- NE555 erstmal deaktivieren und so testen
mal schaun obs was bringt...
Jeweils an die 12V eines IR eine 15V-Transildiode.
Alle Leiterbahnen (v.A. Gnd) so dick (und bei den Ausgängen auf TOP und
BOTTOM parallel legen) wie möglich machen, auch die der Steuerseite.
24V ohne Stütz-Cs war das KO, mache Dich darauf gefasst, dass Du beim
Umschalten pro cm Leiterbahn 1V induziert bekommst, d.h. der C im
Netzteil ist völlig nutzlos.
Die Ansteuerleitungen der IR sind viel zu lang und führen an den
Powerleitungen vorbei --> dicke Transformation und
Potentialverschiebingen.
Tut mir leid, ich fürchte, Du musst das Layout nochmal machen. Der IR
hat doch extra schön die Eingänge auf der einen und die Ausgänge auf der
anderen Seite. An die Stelle der 555 sollte die Ansteuerung, damit die
Verbindung dorthin kurz wird.
Mir gefällt die HIP4080-Serie wegen der eingebauten Ladungspumpe ganz
gut.
Wie die mit dem 555 funktionieren soll, habe ich auf die Schnelle auch
nicht verstenden. Was soll denn die Verbindung zum Reset (Pin
eProfi schrieb:> 24V ohne Stütz-Cs war das KO, mache Dich darauf gefasst, dass Du beim> Umschalten pro cm Leiterbahn 1V induziert bekommst, d.h. der C im> Netzteil ist völlig nutzlos.
ok danke, der Kondensator ist schon bestellt! :-)
eProfi schrieb:> Die Ansteuerleitungen der IR sind viel zu lang und führen an den> Powerleitungen vorbei --> dicke Transformation und> Potentialverschiebingen.
Die Leitungen laufen nur über kurze Strecken parallel, das meiste ist
senkrecht zu den Leistungsleitungsbahnen. dI/dt wäre auch gar nicht mal
so groß, da die Spulen im Motor sehr große Induktivität haben.
Naja ich werds aber auf jeden Fall mal nachmessen wieviel das ausmacht,
aber danke für den Hinweis!
Düsendieb schrieb:> Wieso muss für die RZM überhaupt die H-Side für meherer Sekunden leiten?
Würde mich auch mal interessieren. Entweder hat der TE das Prinzip nicht
ganz verstanden oder es handelt sich um einen Designfehler, der IR2110
ist dafür einfach nicht gedacht.
Für einen 24 Volt Motor würde es ja dann ausreichen, den Highside
Treiber aus den 24 Volt zu speisen, da erledigt sich das
Ladungspumpenproblem von alleine.
Matthias Sch. schrieb:> Düsendieb schrieb:>> Wieso muss für die RZM überhaupt die H-Side für meherer Sekunden leiten?>> Würde mich auch mal interessieren. Entweder hat der TE das Prinzip nicht> ganz verstanden oder es handelt sich um einen Designfehler, der IR2110> ist dafür einfach nicht gedacht.> Für einen 24 Volt Motor würde es ja dann ausreichen, den Highside> Treiber aus den 24 Volt zu speisen, da erledigt sich das> Ladungspumpenproblem von alleine.
- erklärung siehe oben.
- auch ein ir2110 kann das, mit externer ladungspumpe. chips die das von
sich aus können haben die ladungspumpe eingebaut. da gibts praktisch
keinen unterschied.
- kann es sein dass Matthias nicht ganz versteht wie ein Mosfet
arbeitet? Wenn mein Output von 0 bis 24V geht, dann kann ich mit 24V
keinen nMOS ansteuern. Da hab ich eine GS-Spannung von genau 0V, wenn
ich 24V ausgeben will und 24V am Gate anlege. Da braucht man mindestens
10V zusätzlich. Nicht umsonst gibts Bootstrap-Kondensatoren und
Ladungspumpen.
schaltplan111.png
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