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,...
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...
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!
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% ?
