Fehler Vollbrücke - Falsche Dimensionierung der Bauteile

Gast #4303200
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Hallo Leute,

ich habe eine Vollbrücke mit 4 Mosfets, die über 2 Treiber angesteuert 
werden.

Leider habe ich des öfteren Probleme (Konstanter geht in 
Strombegrenzung) mit der Schaltung, die sporadisch auftreten.

Mit einer Wärmebildkamera ermittle ich das "vermutlich" defekte Bauteil 
(meist ein Treiber oder Mosfet) und wechsel es.
Doch die Fehler kommen immer wieder, sodass ich ständig damit 
beschäftigt bin, die Fehler der Vollbrücke zu suchen.

Ich frage mich nun, ob da ein Fehler bei der Dimensionierung der 
Bauteile der Vollbrücke und dessen Treiber gemacht wurde. Könnt Ihr 
etwas sehen, was ich übersehe?

Am Zwischenkreis können Spannungen von 20V bis 60V anliegen. Die Treiber 
werden mit 15V versorgt.

Die Daten sind wie folgt:

- - -

Mosfets der Vollbrücke:
- IRFS4127PbF

Kondensatoren am Zwischenkreis der Vollbrücke:
- 1 x 100uF 100V ELKO
- 2 x 330nF 100V Folienkondensator

- - -

Treiber:
- IR2181SPBF

Kondensatoren Treiberschaltung:
- 10uF 25V SMD

Diode Treiberschaltung:
- STTH212

Gatewiderstände je Mosfet
- 4 x 15 Ohm SMD

- - -


Das Bild der Treiberschaltung habe ich angehängt.


Ich würde mich sehr über eure Tipps freuen. Danke.
Angehängte Dateien:
Gast #4303210
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Alex schrieb:
> Ich frage mich nun, ob da ein Fehler bei der Dimensionierung der
> Bauteile der Vollbrücke und dessen Treiber gemacht wurde.

Eher am Layout. Parasitäre Induktivitäten produzieren Zündfunken. Und 
hast du überhaupt überprüft, ob cross conduction ausgeschlossen ist ?
Gast #4303250
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MaWin schrieb:
> Alex schrieb:
>> Ich frage mich nun, ob da ein Fehler bei der Dimensionierung der
>> Bauteile der Vollbrücke und dessen Treiber gemacht wurde.
>
> Eher am Layout. Parasitäre Induktivitäten produzieren Zündfunken. Und
> hast du überhaupt überprüft, ob cross conduction ausgeschlossen ist ?

Auch hier wird das Layout genannt ;D. Was kann denn Fehlerhaft am Layout 
sein? Zu lange Wege?

Parasitäre Induktivitäten? Kann es also eventuell auch an einer zu hohen 
Schaltfrequenz liegen?

cross conduction? damit ist wohl die zu "kurze" totzeit gemeint. diese 
liegt bei 1us bei ca. 75kHz PWM Schaltfrequenz.

Danke
Moderator (Firma: Titel) Persönliche Seite #4303399
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Alex schrieb:
> Parasitäre Induktivitäten? Kann es also eventuell auch an einer zu hohen
> Schaltfrequenz liegen?
Eher an zu steilen Schaltflanken. Die Spannung ergibt sich aus dI/dt. Je 
schneller und je mehr der Strom sich ändert, um so höher ist die 
induzierte Spannung...

> Auch hier wird das Layout genannt ;D. Was kann denn Fehlerhaft am Layout
> sein? Zu lange Wege?
Indirekt ja. Praktisch kommen dann aber große Stromschleifen zusammen. 
Und eine Schleife ist wie eine Spule mit 1 Windung.

Das musste beispielsweise hier auch jemand erfahren:
Beitrag "Re: LM2594HV-ADJ-Spannungsregler: Ausgangsspannung bricht ein bei Last"
Andere Aufgabe. Aber auch Probleme durch schlechtes Layout...
Gast #4303460
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Lothar M. schrieb:
> Alex schrieb:
>> Parasitäre Induktivitäten? Kann es also eventuell auch an einer zu hohen
>> Schaltfrequenz liegen?
> Eher an zu steilen Schaltflanken. Die Spannung ergibt sich aus dI/dt. Je
> schneller und je mehr der Strom sich ändert, um so höher ist die
> induzierte Spannung...
>
>> Auch hier wird das Layout genannt ;D. Was kann denn Fehlerhaft am Layout
>> sein? Zu lange Wege?
> Indirekt ja. Praktisch kommen dann aber große Stromschleifen zusammen.
> Und eine Schleife ist wie eine Spule mit 1 Windung.
>
> Das musste beispielsweise hier auch jemand erfahren:
> Beitrag "Re: LM2594HV-ADJ-Spannungsregler: Ausgangsspannung bricht ein
> bei Last"
> Andere Aufgabe. Aber auch Probleme durch schlechtes Layout...

Kann man an dem Schaltplan (erster Post) erkennen, dass das Layout 
schlecht ist oder vermutest du das an meinen Angaben zum Fehler?

Wenn es tatsächlich der Grund für diese sporadisch auftretenden Fehler 
ist, wäre die Leiterplatte noch zu retten? Wenn ja, wie?

Ich habe das Layout zur Vollbrücke (+Treiberschaltung) mal hochgeladen.

Danke für deine Hilfestellungen.
Angehängte Dateien:
Persönliche Seite #4303728
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Ist es ein Wärme- oder ein Spannungsproblem? Bei 75kHz sind ein paar 
Millimeter Leiterkarte noch keine rasante Induktivität. Der 
Treiberbaustein ist auch dafür gemacht, zu treiben. Aber Wärme muss auch 
adäquat abgeführt werden. Die Außentemperatur (am Gehäuse/ auf der 
Leiterkarte) ist ja nur nach dem thermischen Widerstand. Davor liegt das 
Silizium und das ist deutlich wärmer. Es genügt auch, wenn es zu schnell 
zu warm wird. Ein paar Strommmessungen, gerade um die Totzeit sicher als 
ausreichend anzuerkennen, sind nicht verkehrt.

Erkenne ich es recht, dass Gate-Anschlüsse über Durchkontaktierungen und 
Ebenenwechsel gemacht werden? Vermeide ich grundsätzlich. Ansonsten: 
Strompfade einzeichnen und Schleifengröße reduzieren. (Schaltverhalten 
messen.)
Gast #4303859
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Boris O. schrieb:
> Ist es ein Wärme- oder ein Spannungsproblem? Bei 75kHz sind ein
> paar
> Millimeter Leiterkarte noch keine rasante Induktivität. Der
> Treiberbaustein ist auch dafür gemacht, zu treiben. Aber Wärme muss auch
> adäquat abgeführt werden. Die Außentemperatur (am Gehäuse/ auf der
> Leiterkarte) ist ja nur nach dem thermischen Widerstand. Davor liegt das
> Silizium und das ist deutlich wärmer. Es genügt auch, wenn es zu schnell
> zu warm wird. Ein paar Strommmessungen, gerade um die Totzeit sicher als
> ausreichend anzuerkennen, sind nicht verkehrt.
>
> Erkenne ich es recht, dass Gate-Anschlüsse über Durchkontaktierungen und
> Ebenenwechsel gemacht werden? Vermeide ich grundsätzlich. Ansonsten:
> Strompfade einzeichnen und Schleifengröße reduzieren. (Schaltverhalten
> messen.)

Die wärme war bisher nicht so sehr das Problem. Es bewegt sich irgendwo 
bei 35-45°C.

Es ist eher die Spannung, die viel zu gering ist, weil der Konstanter in 
die Strombegrenzung geht (1A, ohne Last an der Vollbrücke). Ich frage 
mich wo die 1A verbraten werden, weil ich mit der Wärmebildkamera nichts 
sehen kann, was zu warm wird.

Der Konstanter ist ein EA-PS 8200-70 200V 70A 5000W.
Gast #4303882
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Ich glaube, der Konstanter, den ich aktuell nutze, hat ein Problem mit 
Rückspeisung, da die Brücke nicht belastet wird.

Ich bin darauf gekommen, als ich einen kleineren Konstanter mit 300mA 
Strombegrenzunh genommen habe.
Ich habe die gewünschte Spannung erreicht und die Stromanzeige ging auf 
ca, 50mA (unbelastet).

Kann das sein, dass der Konstanter das nicht verträgt?
Gast #4304055
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Klaus R. schrieb:
> Dann zeig doch mal die aktuelle Schaltung und das Layout dazu.
> mfg klaus

Die Schaltung wie Sie auf dem Layout zu sehen ist habe ich hier. Doch 
die von dir genannten Kondensatoren habe ich nicht angelötet. Das war 
ein Fehler meines Vorgängers (Studentenprojekt).
Gast #4304058
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Alex schrieb:
> Ich glaube, der Konstanter, den ich aktuell nutze, hat ein Problem
> mit
> Rückspeisung, da die Brücke nicht belastet wird.
>
> Ich bin darauf gekommen, als ich einen kleineren Konstanter mit 300mA
> Strombegrenzunh genommen habe.
> Ich habe die gewünschte Spannung erreicht und die Stromanzeige ging auf
> ca, 50mA (unbelastet).
>
> Kann das sein, dass der Konstanter das nicht verträgt?

Ich könnte doch mit einer Diode verhindern, dass in den Konstanter 
zurück gespeist wird oder?

Wenn ja, welche Diode wäre dafür am besten geeignet?

Danke
Gast #4304963
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Ein Netzteil für 4einhalb Tausend wird damit wohl klarkommen, oder...

schönes TIF-Bild. da wären noch mehr (Eagle?) Layer gewesen, die man 
hätte einblenden können.

Warum kannst Du nicht von vornherein Schaltplan und Layout, Ozillogramme 
posten?
Hast Du Angst, Dir baut jemand deine nicht funktionierende Vollbrücke 
nach?
Denn: Jeder, der Dir hier Tipps gibt/geben kann, hat mindestens eine 
funktionierende Schaltung im Kasten.

Ich wollte Dichjetzt nicht anranzen.
Aber stell mal nen Fragenkatalog mit allen Unterlagen zusammen.
Wenn das "geheim" ist und Du das nicht posten darfst, dann muss ich 
vorbei kommen. Dann wiederum müsste man Dir das in Rechnung stellen und 
niemand im Forum weis, was nu eigentlich gewesen ist und woran es lag.
Sinn hier ist ja, das ALLE was davon haben. Auch diejenigen, die 
nächstes Jahr vor dem gleichen Problem stehen. Also - sieh zu. :)
Axelr.

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