Hallo erstmal,
wir wollen einen Synchronmotor von Perm (PMS 120) mit einem
Wechselrichter aus einem Lithium-Polymer Akku betreiben. dazu wollen wir
eine MOSFET Endstufe von Mitsubishi Electronics (FM600Tu-07A) verwenden.
Vor der Spannungsversorgung der Endstufe sitzen noch 30mF aus Elko´s um
die Belastung der Akkus bei Schaltvorgängen zu reduzieren. Um die
Endstufe anzusteuern haben wir uns die angehängte Schaltung
(MOSFET_Treiber.png) gebaut. Wie zu sehen laden wir die Gates der
Endstufe mit 12V um. Die Zeitverzögerung die durch die ungleichen ein
und ausschaltzeiten der Mosfets nötig sind setzen wir Programmtechnisch
um. Mit einer früheren Version der Schaltung (MOSFT_Treiber_alt.png
sorry, etwas unübersichtlich) haben wir denn Motor schon sauber zum
drehen bekommen. Da haben wir die Anschaltverzögerung noch
Hardwaretechnisch gelöst. Die Optokoppler (6N139) waren
nicht-invertierend geschaltet, der 74HCT14N fiel entsprechend weg. Über
den Ausgangswiderstand des 6N139, einen Kondensator, parallel mit Masse
verbunden, im Signalpfad und den Schmitt-Trigger Eingang des Triebers
(IR2110) wurde das Einschaltsignal um 220ns verzögert. Nun haben wir
eine längere Schaltverzögerung programmtechnisch vorgesehen.
Nun unser Problem: Bei dem beschribenen Test mit der alten Schaltung
haben wir ein Netzgerät als ersatz für die Lithium-Polymer Akkus
verwendet. Diese lieferte 40V bei 50A und irgend so ein %&!?"§ hat es
zusätzlich mit einer 16A Sicherung abgesichert. beim Hochlauf des Motors
ist verstädlciherweise der Strom kontinuierlich angestiegen bis nach
erreichen von 16A die Sicherung ausgestiegen ist. nun funktioniert dei
Schaltung nicht die Trieberschaltung nicht mehr, weder die alte noch die
neu Variante. Wir haben alle ICs ausgetauscht und die meisten diskreten
Bauteile überprüft. Doch betriebt man den Motor lauft er unruhig und man
hört ein deutliches "Klicken" im Mosfet Modul. Und das schlimmste,
bleibt der Motor zu lange im Betrieb brennt jedesmal einer der Lowside
Fet´s durch (Gate und Source haben Durchgang => Siliziumdioxidschicht
durchgeschlagen?). woran könnte das liegen. Entdeckt ihr einen Fehler in
der Schaltung der dazu führen kann oder habt ihr eien Ahnung welches
Bauteil defekt sein könnte das dieser Fehler entsteht? Eine zu hohe
Spannung am Gate ist ausgeschlossen, wir haben während des Betriebes mit
Oszi und Differenzmesser (wegen Potentialtrennung) die Spannung
überwacht, sie ist stabil bei 12V.
Hallo,
als erstes ist anzumerken, daß der Optokoppler das ungeeigneteste Modell
ist. Der 6N139 ist einfach zu langsm. Ein guter schneller Optokoppler
wäre z.B. der SFH6345 (Vishay).
Desweiteren wäre der gesamte Schaltplan des Leistungsteils interessant
und wo ist die Sicherung genau eingebaut gewesen beim Betrieb mit
Netzteil.
Welches ist die angestrebte Batteriespannung.
Tschüß
Hallo zurück,
ersteinmal danke für die Antwort. Die Sicherung war in das Netzteil
eingebaut, wir haben sie gegen eine 40A Sicherung ausgetauscht. Der Akku
wird 48V bei 160Ah Kapazität liefern. Das Natzgerät ist mit 40V ja schon
ein guter Anfang. Den Betriebststrom unter Volllast des Motors kann es
nicht liefern, aber wir testen momentan erst nur den Leerlaufbetrieb.
Die gezeigte Schaltung wird halt direkt mit der integrierten
Mosfetvollbrücke verbunden. Der innere Aufbau ist im Datenblatt zu
erkennen. Die Steuerung erfolgt momentan noch mit der microautobox von
dSpace, wird nach erfolgreichen Tests auf einen STM32F103 von ST
Microelectronics implementiert. Die PWM Frequenz liegt bei 16kHz. Die
Spannungsversorgung der Steuerung/Regelung und aller Sensoren
(Stromwandler, sin/cos Encoder) erfolgt über einen DC/DC- Wandler
potenzial getrennt.
MFG
Hallo,
noch ein paar Bemerkungen.
Im Schaltplan fehlt an den oberen Optokopplern OK6 und OK1 der
Masseanschluß!
Wie ist der Zwischenkreiskondensator (Deine 30 mF) an das Powermodul
angebunden (wie lang sind die Leitungen zwischen Elko und Powermodul?).
Die 12 V Betriebsspannung für die Treiber sind bei diesem Powermodul
etwas knapp ausgelegt. Bei einer Schaltfrequenz von 16 kHz sollte die
Gate-Spannung schon etwa 15...16 V betragen. Es ist sehr wichtig beim
Einschalten die Threshold Schwelle schnell zu erreichen. Da diese aber
bei etwa 9...10 V liegt und noch einiges an Spannungsabfällen dazukommt,
sind die 12 V etwas knapp.
Es wäre schön, wenn Du mal einige Oszillogrammme der Gatespannung posten
würdest.
Tschüß
dSpace - nicht ganz günstig :)
Ich denke Ihr werdet mindestens zwei Probleme haben.
1. Ein Klicken im Leistungsteil deutet auf einen satten Kurzschluss hin.
Das kann aber auch steuerungsbedingt passieren, wenn die Kommutierung
nicht sauber passt.
2. Das euch die Endstufe nach einer Zeit wegbrennt hat relativ sicher
etwas mit eurer Treiberstufe und deren Ansteuerung zu tun!!
Ich habe die Totzeit in Verdacht, insbesondere bei der Verwendung der
von euch konstruierten Gatetreiberansteuerung!! Die hat eine
asymmetrisch Schaltzeitverteilung, da euer Optokoppler schnell nach VCC
aber nur über die Zeitkonstante nach Masse nin abfällt (vor dem
Inverter).
Dadurch kann es passieren, dass die Totzeit eurer Steuerung unfreiwillig
verlängert wird und ein halbbrücken Kurzschluss ist die Folge!
Ich habe damals super Erfahrungen mit den HCPL316J gemacht - der ist
schnell, hat eine separate Entsättigungsüberwachung (schaltet bei
Überstrom ab und schützt die Endstufe).
Eine Bitte: Könnt Ihr ein Foto eures Zwischenkreisaufbaus machen ?
Sofern ihr große Streuinduktivitäten habt, kommen Überspannungsprobleme
noch hinzu.
Danke für die hilfreichen Anregungen,
Wo kann man denn den SFH6345 bestellen? Bei Conrad, Reichelt und RS
Componets ist dieser Typ nicht zu finden. Die Zwischenkreiskondensatoren
sind testweise mit kurzen, dicken Leitungen an das Modul angeschlossen.
Im fertigen Gerät werden sie über parallel gelegte Kupferplatten an die
Vollbrücke angeschlossen.
Wir haben jetzt die Ausgangsspannung der trieber durchgemessen und
Festgestellt dass das PWM signal nur an Low-Side richtig verstärkt wird.
Der Highsideausgang jedes Treibers ist trotz anliegendem PWM Signals und
Spannungsversorgung auf "Low". Jeder Trieber den wir haben zeigt dieses
Verhalten. Die Enable der Treiber sind wohlgemerkt auf Masse gezogen und
der Lowsideausgang funktioniert tadellos. Woran könnte das liegen?
Danke für die Hilfe.
Hallo nochmal,
@ Michael O.: Ausgangsseitig hängt an der Mosfet Brücke der Perm PMS120
Synchronmotor. Meinst du den mit "Steuerinduktivität"? Die Induktivität
des Motors liegt bei 0,0845 mH pro Strang mit einem Wicklungswiderstand
von jeweils 0,023 Ohm. Die Motorwicklungen sind in Dreieck geschaltet.
Ist es möglich die asymetrieche Schaltzeitverteilung symmetrisch zu
machen, bzw. kann die Totzeit nicht Programmtechnisch exakt angepasst
werden? Wir stellen momentan die Totzeit über das dSpace-System ein. Ein
Überlappen der beiden Steuersignale haben wir bei den Messungen bis
jetzt nicht feststellen können. (Messung am Eingang des Treibers.
Totzeit war deutlich zu erkennen bei entsprechender Auflösung des Oszi,
sah nicht weiter Verdächtig aus). Wir wollen die Totzeit jetzt übermäßig
Verlängern auf 5 us. Könnten dabei Probleme entstehen? Nun ist ja der
Anschlusspunkt eines Motorstrangs für einige mikrosekunden "floatend".
Könnte es dadurch zu einem Aufladen des Punktes, durch die
Induktionsspannung des Motors, auf ein hohes Potenzial kommen? Wenn ja,
kann das die Mosfetbrücke zerstören, oder würde die Spannung einfach
über die internen Dioden angeleitet werden?
Wie ihr vielleicht merkt bin ich ratlos woher diese ganzen Fehler kommen
können. Vorallendingen warum die Trieber nun nicht mehr richtig Schalten
obwohl wir 8!! Stück ausprobiert haben (siehe oben). die können doch
nicht alle Kaputt sein?
MFG Marian und Daniel
1. Streuinduktivität im Zwischenkreis ist ganz mies. Wenn der
Konsensator über lange, nichtverdrillete Strimmen mit den +/- Kontakten
des Moduls angeschlossen ist, stirbt dies ganz sicher aufgrund von
Überspannung. Da kann selbst ein 1200V Modul mit 50V Nennspannung
zerstört werden!!!
Bei 1200V Modulen haben die Module eine intrinsiche (Aufbaubedingte)
Streuinduktivität < 20..40nH.
Zum Testen: Nimm einen Differenztastkopf und schließe ihn am Besten
direkt auf die Anschlüsse der Versorgung am MOSFET.
2. Ebenso ein hoher ESR der Kondensator kann eine zu hohe Impedanz
bedeuten. Dann müsste der Zwischenkreis aber schon eine ganz gehörige
Portion SPannungsripple zeigen.
3. Eine größere Totzeit ist kein Problem. Die MOSFETs haben jeweils eine
Freilaufdiode, so dass der Strom in den "undefinierten" Zeiten wenn
beide Schalter aus sind, definiert über die Dioden weiterfließt.
4. Wenn der Zwischenkreis eine viel zu hohe Streuinduktivität hat, kann
die Überspannung auch den Gatetreiber zerstören. Allerdings halten die
FETs mit "nur" 75V deutlich weniger aus.
5. Miss die Totzeit mal an den Gatesignalen (ohne
Zwischenkreisspannung).
@ Michael O.: Hab den letzten Eintrag erst eben gelesen. Die Highside
wird sauber mit 12 Volt versorgt. der Undervoltage Lockout sollte doch
laut Datenblatt erst maximal bei ca. 9,7 Volt einsetzen?
Vielen Dank für die Antworten bisher.
Die Zwischenkreisspannung wird von einem Netzgerät bereitgestellt (6269B
von Hewlett-Packard). Die Spannungsversorgung haben wir mit einem
Differenztastkopf gemessen, liegt bei der eingestellten
Versorgungsspannung von 30V und ist relativ glatt. Und wie gesagt der
Motor lief bereits einmal mit der vorgestellten Konfiguration, nur halt
mit der Hardwarerealisierten Verzögerungszeit (MOSFET_treiber_alt.png),
bis die Sicherung der ganzen Hardware den Garaus gemacht hat.
Im Anhang mal ein frühes Foto von unserer Bastelei. Noch mit
"Ersatzmotor". Der Aufbau ist im wesentlichen so geblieben, es handelt
sich allerdings noch um die alte Schaltungsvariante und die
Mosfetvollbrücke steht nur provisorisch auf einer Aluplatte als
"Kühler". Wir haben jetzt ein richtig schönen passiv Kühler von Fischer
Electronics. Das Mosfet Modul wir kaum Handwarm. :-)
Viele Grüße.
Hallo DannMannTau:
3,5MB für ein Bild entspricht nicht den Forumsregeln!!
Das hättet Ihr auch gut nochmal eben kleinrechnen können!
So macht es nur unnötigen Traffic.
Euer Zwischenkreis ist ziemlich schlecht aufgebaut!!
Zwar ist die Spannung nicht besonders hoch, aber ich kann z.B. mit einer
10mH Induktivität und 20A Strom beim Abschalten locker Spannungsspitzen
bis 1000V und drüber erzeugen.
Das einzige was bei so einer Leistungs-Brücke unerlaubte
Spannungsspitzen aus den Phasenleitungen verhindert, ist ein möglichst
steifer Zwischenkreis. Ihr könnt z.B. zwei Kupferbleche nehmen, die mit
einem Millimetern Abstand zueinander aufgebaut sind (plus Iso-folie) und
dort die Kondensatoren direkt anschrauben.
DannMannTau schrieb:
> Die Zwischenkreisspannung wird von einem Netzgerät bereitgestellt (6269B> von Hewlett-Packard). Die Spannungsversorgung haben wir mit einem> Differenztastkopf gemessen, liegt bei der eingestellten> Versorgungsspannung von 30V und ist relativ glatt.
Bei welcher zeitlichen Auflösung habt ihr das gemessen? Geh mal in den
ns-Bereich und miss direkt an den MOSFET Klemmen!
Entschuldigung für das große Bild, mir war die große so dierekt gar
nicht bewusst. Tut mir leid.
Die Kupferplatten sind schon in Auftrag gegeben, aber noch nicht da.
Sonst hätten wir sie auch angebaut.
Wir werden uns gleich ranmachen und die verssorgung nochmal genau
ausmessen. Danke für die hilfreichen Tips bis dahin.
Mit freundlichen Grüßen
P.S. Kann man das Bild wieder löschen?
Hallo,
also, was ich auf dem Bild so sehe, ist da vieles Falsch.
Erstens, Der ZK-Elko so nahe wie möglich an das Powermodul. Zusätzlich
ein 2,2 µF MKP Kondensator über die ZK-Anschlüsse des Powermodules.
Zweitens, die Gateansteuerung so nahe wie möglich an das Powermodul.
Drittens, bevor Ihr nicht die Optokoppler getaucht habt, braucht Ihr
nicht weitermachen!
Viertens, wie ich schon geschrieben habe, die Treiberspannung auf
mindestens 15 V erhöhen. In Reihe zu der Abschaltdiode am Gate einen
Widerstand von 1...2 Ohm. Ohne Widerstand wird zu hart ausgeschaltet!
Den SFH6345 gibt es bei Farnell (privat über HBE-Shop) oder den
HCPL-4503, gibt es bei Conrad.
Da Ihr die Treiberspannung ja extern bereitstellt und nicht über
Bootstrap erzeugt, würde ich zu einem integrierten IGBT-Treiber
inklusive Optokoppler raten. Die Teile gibt es auch bei Conrad. Z.B. den
HCPL-3120.
Hallo Nochmal,
wir haben jetzt alle Treiberbausteine durchgetestet und sie
funktionieren doch. Undzwar nur dann wenn die Highside und die Lowside-
Versorgung auf dem gleichen Ground Potenzial liegen. Wir haben jetzt die
Minuspole der high- und low- side Versorgung auf einem Testboard mit
einem 4K7 Widerstand verbunden und die Treiber schalten tadellos durch.
Sobald der Widerstand aber gezogen wird schalten sie nicht mehr. Können
wir die Treiber so verwenden? Sprich Widerstände zwischen den Minuspolen
der DC/DC- Wandler und dem Ground der gesamten Schaltung löten?
Danke für die Tips, wir werden sie umsetzen. Wie gesagt, es sind bereits
Kupferbleche bestellt um den beschriebenen steifen Zwischenkreis zu
realisieren.
MfG
Alles klar - das Problem scheint das interne Levelshifting zu sein.
Offensichtlich benötigt dies einen Bezug zwischen High- und Lowside.
Ich denke 4k7 sollten kein Problem sein bei den niedrigen Spannungen.
Hallo Gemeinde,
Das Problem ist leider noch nicht vom Tisch. Im Anhang haben wir jetzt
einmal Bilder von den Ausgangsspannungen der Treiber eingefügt. Ch2 ist
mit einem Differenzmesser gemessen worden, der einen Divider von 10 hat,
deshalb hier die Angaben von 200mV pro Kästchen. Die Messungen wurden an
den Klemmen X1-1 zu X1-2 und X1-3 zu X1-4 nach dem Schaltplan
MOSFET_Treiber.png gemacht.
Folgendes Problem ist aufgetreten: Das blaue Signal für Highside Phase U
zappelt immer um eine us Hin und Her obwohl das PWM signal stabil
bleibt. ausserdem ist bei dem gelben Signal für die Lowside Phase U eine
doppeltes Anschalten in einer periode zu erkennen.
Wir haben harausgefunden an welchem Bauteil es liegt. Der Invertierer
74HCT14N verursacht die Probleme. An dem Eingang des invertieres liegen
saubere Signale an (Eingang_Inverter.jpg), am Ausgang kommt das raus was
Ausgang_Inverter.jpg zeigt.
Wisst ihr warum der Inverter so seltsam reagiert?
MfG
P.S. Diesmal sind die Bilder kleiner, Dazugelernt
Hallo,
tut mir leid, es so zu sagen, aber die Bilder sind wertlos.
Ich schrieb weiter oben schon, daß ihr die Gate-Spannungen, vor allem
beim Einschalten, oszillographieren sollt.
Daran erkennt man erstmal, ob die MOSFET sauber eingeschaltet werden.
Dann müßt Ihr mal oszillographiren, wie das Signal vor dem Optokoppler
aussiht und wie es am Gate des MOSFET ankommt. Daran erkennt man die
Verzögerung der Ansteuerschaltung.
Eine Frage? habt Ihr die Optokoppler getauscht, und die Betriebsspannung
für die Treiber erhöht. Alle weiteren versuche ohne diese Änderungen
sind sinnlos!!!
Tschüß
Hallo Nochmal,
wir haben alle Ratschläge so gut wie möglich umgesetzt. haben einem MKP
Kondensator von 2,2uF über die anschlüsse der MOSFET-Brücke gelötet, das
Abschalten durch einen 1 Ohm Widerstand weicher gemacht, die
Leitungslängen so weit wie möglcih gekürzt und an den Steuerleitungen
jeweils High und Low signal miteienander Verdrillt. Den inverter haben
wir wieder entfern da er nur eine zusätzliche Zeitverzögerung in das
System brachte und die Optokoppler sind gegen den HCPL4503 getauscht
worden (Widerstände sind entsprechend angepasst worden, Ein- und
Ausschaltzeit sind nun so ziemlich gleich lang).
Das Ergebniss der Bemühungen: Der Motor läuft.
Aber: Der Motor brummt sehr laut und der aus der Spannungsquelle
gezogene Strom schwankt um so zirka 0,5 A bei eine vollen Umdrehung. Den
Encoder des Motors haben wir schon überprüft und die Auswertung des
Winkelsignals optimiert (ein Fehler von ca. 0,002 Rad blieb zurück).
Wisst ihr woran das liegen kann??
Mit freundlichen Grüßen
Marian und Daniel
MOSFET_Trieber.png
(33 KB)
MOSFET_Trieber_alt.png
(31 KB)
