Hi Alle,
ich experimentiere gerade mit einer Mosfet-Schaltung auf Steckboard um
etwas herumzumessen, testen, Erfahrung zu sammeln - Schaltzeiten
mit/ohne Treiber usw.
Schaltung:
- versorgt mit 12V aus einem 20A Schaltnetzteil
- gepuffert/entstört mit 5500µF / 700µH LC-Glied
- 5V-Teil betrieben mit einem Steckboard-Power-Modul zum Aufstecken
- Atmega328
- IRLU024N an PWM-Pin
- ohne Treiber, ohne Vorwiderstand, Pulldown am Gate
- der MOSFET treibt eine 12V Halogenbirne von 35W
- demnach haben wir knapp 3A Strom / I_ds
- die Birne hängt an einer Seite an 12V, mit der anderen Seite an Drain
Anbei Schreenshot eines heftigen (Über)schwingers von 37V, den ich an
meinem Mosfet messe, wenn er beim PWM (200Hz) nach absolviertem Duty
Cycle abschaltet. Schwingt innerhalb von 1µs aus.
Die Spannung ist V_ds, also gemessen zwischen GND/Source (gleich am
MOSFET) und Drain.
Bereits ein paar Versuche / Messungen gemacht:
- Eine Freilaufdiode (die ich bei einer 12V Glühbirne eh nicht brauche)
macht keinen Unterschied.
- Das Netzteil ist es nicht: Bei den eingehenden 12V kann ich diese
Schwinger nicht sehen, es bricht nur während der Mosfet durchschaltet
die Spannung um 2V ein (ohne das Eingangs-LC sogar noch mehr, bis zu 3V
bei niedrigem Tastverhältnis).
- Ohne mein dickes LC sind die Schwinger auch noch da.
Me- ine 5V haben keine Störungen.
Ist das normal und wenn, wo kommt das her?
Muss mich das stören, wie bekomme ich das weg?
Oder ist das eine Fehlmessung?
Oder hat das eher mit meinem Netzteil oder der Steckboard-Verkabelung,
mit einem (Be-)Schaltungsfehler oder sonstwas zu tun?
Danke & Grüße,
Conny
Conny G. schrieb:> Oder ist das eine Fehlmessung?
Wäre meine erste Vermutung.
Bitte Messung wiederholen, aber ohne den Krokoklemmen-GND der
Tastspitze, sondern mit einer direkt vorne am Tastkopf und möglichst
kurz angebrachten Masseverbindung.
user schrieb:> mache mal ein Widerstand vor das Gate des MOSFETs, so ca 10-100Ohm
Ha.
Mit 330 Ohm Gate-Widerstand wird es deutlich weniger, nur noch 27 Volt
(statt 37).
Conny G. schrieb:> Ha.> Mit 330 Ohm Gate-Widerstand wird es deutlich weniger, nur noch 27 Volt> (statt 37).
Aber das Einschalten dauert länger (fallende Flanke ist nicht mehr so
steil)
HildeK schrieb:> Conny G. schrieb:>> Oder ist das eine Fehlmessung?>> Wäre meine erste Vermutung.> Bitte Messung wiederholen, aber ohne den Krokoklemmen-GND der> Tastspitze, sondern mit einer direkt vorne am Tastkopf und möglichst> kurz angebrachten Masseverbindung.
Jetzt mit kürzestmöglicher Masse, ohne das Krokokabel, gleich an der
Spitze.
Fast unverändert, minimal weniger Nachschwingen.
Bestaendiger schrieb:>> Mit 330 Ohm Gate-Widerstand wird es deutlich weniger, nur noch 27 Volt>> (statt 37).> Aber das Einschalten dauert länger (fallende Flanke ist nicht mehr so> steil)
Das ginge aber noch, die Einschaltzeit ist ja immer noch < 0.3µs, bei
200 Hz PWM-Frequenz und 10 Bit PWM ist das noch kürzer als der
kleinstmögliche Duty Cycle von 5µS.
Mit dem Vergrößern des Gatewiderstandes doktorst du nur an dem Symptom
rum. Die Steile Flanke lässt den Schwingkreis aus Leitung+Lampe
(Induktivität) und Kapazitäten im MOSFET schwingen. Dagegen könnte ein
Snubber helfen. Aber unter gewissen Umständen ist das nicht zwangsläufig
gefährlich.
Könnte Eigenresonanz der Birne sein.
Der Glühfaden ist ja gewendelt, und stellt
eine Induktivität da, der mit der Kapazität
des Meßkabels ein Schwingkreis bildet.
Oder das Meßkabel hat Reflektionen.
Probiere mal stat der Birne einen induktionsarmen
Widerstand.
Simon K. schrieb:> Mit dem Vergrößern des Gatewiderstandes doktorst du nur an dem Symptom> rum. Die Steile Flanke lässt den Schwingkreis aus Leitung+Lampe> (Induktivität) und Kapazitäten im MOSFET schwingen. Dagegen könnte ein> Snubber helfen. Aber unter gewissen Umständen ist das nicht zwangsläufig> gefährlich.
Ha!!
Ich habe jetzt zwischen Drain und Source einen Snubber mit 10 Ohm und
100nF hinzugefügt und siehe da:
- die Schwingungen sind weg
- das Spannungspeak ist jetzt auf 22 Volt gesunken
- steigt nur noch bei sehr niedrigem Duty Cycle bis dorthin
- bei hohem DC ist es sogar nur 15 Volt
Ich habe den Snubber nach diesem Dokument, Seite 7
https://home.zhaw.ch/~hhrt/EK1/LeistungsFETundIGBT/LeistungsFETundIGBT.pdf
so berechnet:
- C = i/(du/dt)
- Strom max 10A, Spannungsanstieg 12v in 0,1µs
- ergibt 83nF, aufgerundet 100nF
- R = tau/C = 1µs / 100nF = 12 Ohm
Macht das so Sinn für Euch?
Ansonsten... ist das jetzt ein Zustand mit dem man zufrieden sein kann
oder sollte man / möchte man das Peak auch noch wegmachen?
Günter Lenz schrieb:> Könnte Eigenresonanz der Birne sein.> Der Glühfaden ist ja gewendelt, und stellt> eine Induktivität da, der mit der Kapazität> des Meßkabels ein Schwingkreis bildet.> Oder das Meßkabel hat Reflektionen.> Probiere mal stat der Birne einen induktionsarmen> Widerstand.
Das vermute ich auch, dass es an der Birne liegt. Und vermutlich müsste
man sich an den Schwingungen gar nicht mal stören. Möchte es nur
verstehen.
Conny G. schrieb:> - Eine Freilaufdiode (die ich bei einer 12V Glühbirne eh nicht brauche)> macht keinen Unterschied.
Fast jede Last hat einen induktiven Anteil.
Wenn die verwendete Freilaufdiode zu langsam ist, ändert sich das Bild
kaum.
Conny G. schrieb:> Ansonsten... ist das jetzt ein Zustand mit dem man zufrieden sein kann> oder sollte man / möchte man das Peak auch noch wegmachen?
Der Peak muß noch im schlimmsten Falle unterhalb der Sperrspannung
deines Mosfet liegen.
Eher zu "schöner wohnen" zählt dann die Minimierung der Verlustleistung.
Das langsamere Schalten des Mosfet durch den Gatewiderstand kann
optimiert werden, und eine schnelle Freilaufdiode parallel zu einem viel
kleineren Snubber-Netzwerk.
Max H. schrieb:> Probier mal eine Freilaufdiode
Ha, das war's!
Hatte ich schon abgehakt, weil's heute schon mal nix gebracht hat...
Jetzt ist auch noch das Peak weg, prima!
Der Rest von 4V ist die Schaltzeit der Diode (SB1100)?
Lt. Oszi wäre der Impuls jetzt noch 100ns lang, die Schaltzeit der
Schottky ist aber nur "ns", wenn ich grad richtig gegoogelt habe.
Habe auch kurz verglichen, was jetzt mit Diode und mit/ohne Snubber
passiert, ohne sieht man wieder ein leichtes Schwingen, aber nur
minimal.
Helge A. schrieb:> Conny G. schrieb:>> - Eine Freilaufdiode (die ich bei einer 12V Glühbirne eh nicht brauche)>> macht keinen Unterschied.>> Fast jede Last hat einen induktiven Anteil.
Das macht Sinn. Glühbirne hat jedenfalls schon mal mehr Induktivität als
ich gedacht hätte.
> Wenn die verwendete Freilaufdiode zu langsam ist, ändert sich das Bild> kaum.
Das muss es dann heute vorher gewesen sein.
> Conny G. schrieb:>> Ansonsten... ist das jetzt ein Zustand mit dem man zufrieden sein kann>> oder sollte man / möchte man das Peak auch noch wegmachen?>> Der Peak muß noch im schlimmsten Falle unterhalb der Sperrspannung> deines Mosfet liegen.
Macht Sinn.
> Eher zu "schöner wohnen" zählt dann die Minimierung der Verlustleistung.> Das langsamere Schalten des Mosfet durch den Gatewiderstand kann> optimiert werden, und eine schnelle Freilaufdiode parallel zu einem viel> kleineren Snubber-Netzwerk.
Ok.
Helge A. schrieb:> Das langsamere Schalten des Mosfet durch den Gatewiderstand kann> optimiert werden, und eine schnelle Freilaufdiode parallel zu einem viel> kleineren Snubber-Netzwerk.
Das musste ich jetzt noch ausprobieren und habe nochmal einen 100 Ohm
Gate-Widerstand eingesetzt - jetzt ist der Überschwinger nur noch 2
Volt.
Cool! Freu mich, habe heute jede Menge gelernt.
Nächste Übung: MOSFET Treiber testen, diskret und IC.
Kann mir noch jemand erklären, was die Geschwindigkeit der Diode in der
Funktion als Freilaufdiode etwas ändert???
Jede Diode ist spontan AN. nur der Rückwärtszustand ist nach der
leitenden Zeit etwas verzögert. Da der Peak aber die Diode in den
leitenden Zustand versetzt ist die Geschwindigkeit doch völlig egal.
....außer bis zum nächsten Impuls hat sich die Diode nicht erholt, dann
gibts Verluste - ok.
Aber ich glaube hier hat jemand außerhalb seiner Kompentenzen einen auf
Wichgig gemacht. :-/
Mosfet_Ueberschwinger.png
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