Hallo
ich versuche mich gerade an einem Brushless-Regler für ein
Modellflugzeug.
Die drei Phasen steuere ich über drei gleiche Brücken (vgl. Bild).
Funktionierte auch hervorragend (ca. 10 Stunden Tests mit starten,
stoppen Vollgas, etc.), doch sobald ich den Regler ins Flugzeug einbaue
und starten will, zerlegt es die drei Low-Side Mosfets komplett, bei
einem High-Side Mosfet und dem zugehörigen IR2110 ist eine Blase im
Gehäuse (die beiden anderen sehen noch gut aus). Dies passierte bisher
2mal.
Als Spannung (+30) für den Leistungsteil nehme ich einen Lithium-Ionen
Akku mit 18,? Volt. Diese wird auch für die Gate-Spannung des IR2110 (im
Schaltplan +15) verwendet.
Da die Gate-Source-Strecke der Mosfets und auch der Brückentreiber für
maximal 20V ausgelegt sind, kann es daran liegen, dass ich keinesfalls
die +15 und +30 Leitungen direkt auf der Platine miteinander verbinde?
(Ich glaube, dass war die einzige Änderunge nach dem Einbau ins
Flugzeug)
Bin für jeden Hinweis dankbar.
Stefan Us schrieb:> meinst du nicht, dass die Transistoren Vorwiderstände benötigen? Wie> sonst wird der Gate-Strom begrenzt?
Mosfets, die durch zu hohen Gate Strom sterben?
MfG Klaus
Klaus schrieb:> Mosfets, die durch zu hohen Gate Strom sterben?>> MfG Klaus
Damit ist sicherlich kein DC-Strom gemeint, sondern der Lade- und
Entladestrom der Gate-Kapazitäten. Und je nach
Flankensteilheit/Schaltgeschwindigkeit kann der schon beachtlich sein.
mfg
Also ich meine, dass der Treiberbaustein an zu hohem Strom stirbt, ok.
Warum aber hätte das große Auswirkungen auf die Mosfets? Im schlimmsten
Fall schalten doch beide gleichzeitig durch und ich habe einen
Kurzschluss. Dann müssten aber High-Side und Low-Side Mosfet
gleichzeitig sterben (oder nicht?).
> und dem zugehörigen IR2110 ist eine Blase im Gehäuse
Machen sie doch.
> (die beiden anderen sehen noch gut aus)
(heißt übrigens nicht, daß sie noch gut SIND)
andi1111 schrieb:> doch sobald ich den Regler ins Flugzeug einbaue> und starten will,
Nur den Regler? Was ist mit dem Motor - ist das derselbe oder ein
Anderer?
> Im schlimmsten Fall schalten doch beide gleichzeitig durch und ich habe> einen Kurzschluss.
Schlimm ist auch, wenn ein Transistor nicht ganz durchschaltet, z.B.
weil die Spannung am Gate absackt. Dann hat er einen hohen
Innenwiderstand und überhitzt.
> Dann müssten aber High-Side und Low-Side Mosfet gleichzeitig> sterben (oder nicht?).
Manchen sterben schneller als andere.
In der Regel ist es eher umgekehrt, wenn das Gate zu schwach getrieben
wird, stirbt der Mosfet den Hitzetod.
Aber mal was anderes, wo ist denn deine Last angeschlossen?
Die gehört doch zwischen High- und Low-Side?
(Wie) stellst du sicher, dass auch beim Einschalten niemals High- und
Lowside FET durchgeschaltet sind?
Schau dir doch mal die ganzen Application Notes von IRF zu dem
Treiber+FETs an - dann wirst du sehen das da einiges an deiner Schaltung
fehlt.. bzw. falsch oder garnicht berechnet ist...
Der Motor im Flugzeug wurde auch für die Tests verwendet. Einen der noch
gut aussehenden Treiberbausteine habe ich ausgelötet und getestet.
Funktioniert noch.
Joe F. schrieb:> Aber mal was anderes, wo ist denn deine Last angeschlossen?> Die gehört doch zwischen High- und Low-Side?
Wenn ich das richtig interpretiere, ist die Last (Motorphase) an TP1 im
Schaltplan. Also schon richtig so...
Joe F. schrieb:> Aber mal was anderes, wo ist denn deine Last angeschlossen?
Zwischen den drei Brücken
Joe F. schrieb:> (Wie) stellst du sicher, dass auch beim Einschalten niemals High- und> Lowside FET durchgeschaltet sind?
Der Treiber wird durch das PWM-Module eine PIC33 angesteuert. Der
verhindert das.
TestX schrieb:> Schau dir doch mal die ganzen Application Notes von IRF zu dem> Treiber+FETs an - dann wirst du sehen das da einiges an deiner Schaltung> fehlt.. bzw. falsch oder garnicht berechnet ist...
Ich dachte, mein Schaltplan passt ziemlich gut zur Figure 27 in der
Application Note. Gar nicht berechnet triffts zwar, aber Diode hält her,
und auch die Kondensatoren müssten für die PWM-Frequenz (20000Hz)
ausreichen.
Hi,
ich würde mich nicht auf die internen Dioden in den Fets verlassen, an
die Fets gehören auf alle Fälle überall Freilaufdioden hin. Das ist
selbst in Application Notes von allen möglichen Chipherstellern gut zu
sehen.
Hast du dir mal die Bootstrap-Spannung mit dem Oszi angeschaut?
Und nur zur Sicherheit: Du verwendest in Software keine
Zwangskommutierung per Timer sondern verwendest Zero Cross Detection,
richtig?
Thomas schrieb:> Hast du dir mal die Bootstrap-Spannung mit dem Oszi angeschaut?> Und nur zur Sicherheit: Du verwendest in Software keine> Zwangskommutierung per Timer sondern verwendest Zero Cross Detection,> richtig?
Ich regle Feldorientiert und der Regler schaltet sich bei zu großen
Strömen (>30A) ab.
Alex W. schrieb:> Poste mal deinen Schaltplan und Bordfile, also .sch und .brd!
im Anhang, ist eher Stückwerk.
andi1111 schrieb:> GND war überall verbunden
Auch AGND und GND? Sollten auf dem Board verbunden sein, nicht über
Kabel.
Es ist aber noch ein paar andere Dinge im Argen mit deinem Design.
- zu wenig bis keine Abblockkondensatoren (Op-Amps)
- Belastete Spannungsteiler als Referenzspannungen
- keine Z-Dioden gegen Überspannungen (z.B. am Spannungsteiler 10K/1K
--> POWERVOLTAGE)
- parallel zu R2, R19, R11, R1 empfiehlt es sich Kondensatoren zu legen,
um Schwingen der Opamps zu verhindern.
- C1 würde ich absolut nicht als optional betrachten.
Hat der volle Akku vielleicht 21V? Wenn ja, was sagt der IR2110 dazu und
welche Spannung kommt auf die FET-Gates? Gibt es dort eventuell
Überschwinger (ringin) durch die Masseanbindung oder induktive
Gatepfade?
Danke für die Tipps.
Joe F. schrieb:> Auch AGND und GND? Sollten auf dem Board verbunden sein, nicht über> Kabel.
GND und AGND sind auf dem Board verbunden. Im Schaltplan war mal ein
0Ohm Widerstand, da mir der im Layout aber immer die Lötstopmaske setzt,
habe ich ihn entfernt und im Layout eine Verbindung drüber gezogen.
> Belastete Spannungsteiler als Referenzspannungen
sehe ich ein.
> C1 würde ich absolut nicht als optional betrachten.
Das Datenblatt vom LF33CV legt da keinen Wert darauf.
> zu wenig bis keine Abblockkondensatoren (Op-Amps)
reichen da nicht die ganzen Kondensatoren, die ich um den Prozessor rum
verbaut habe?
> parallel zu R2, R19, R11, R1 empfiehlt es sich Kondensatoren zu legen,> um Schwingen der Opamps zu verhindern.
Wie dimensioniere ich die? Probleme bei der Strommessung habe ich nur
bei großen Duty-Cycles (Strom fließt nur kurz durch den Shunt), bekomme
ich die dadurch in den Griff, oder verschlechtert sich die Situation
dadurch?
avion23 schrieb:> Hat der volle Akku vielleicht 21V?
Vor dem Anschließen habe ich unbelastet gemessen und war immer unter
19V.
> welche Spannung kommt auf die FET-Gates? Gibt es dort eventuell> Überschwinger (ringin) durch die Masseanbindung oder induktive> Gatepfade?
Was ist das?
A-Freak schrieb:> Könnte der Motor eventuell zum Generator werden (steiler Sinkflug) und> die Ansteuerung kommt mit der Phasenverschiebung nicht klar?
Flugzeug kann nicht sinken, weil es nicht fliegt. Probier jetzt mal, die
Gatespannung durch einen separaten Regler aus den 18V herzustellen.
Stefan Us schrieb:> Ist Google mal wieder kaputt?
Google gibt's in meinem Internet gar nicht. Hast du da mal einen Link?
Mani W. schrieb:> auch die Betriebsspannung der MOS-Fets verträgt einen> Elko von gut 1000 bis 4700 uF
Denn wird ja die Platine doppelt so groß.
Reicht nicht ein großer Kondensator da, wo die Betriebsspannung in die
Platine geführt wird (den hab ich nämlich verbaut und die Leiterbahnen
sind ja 1,5mm² Kupferkabel verstärkt und daher praktisch ohne
Widerstand)?
Warum muss jedes Bauteil mit einem Elko abgesichert werden, wenn in der
nächsten Umgebung sowieso einige stehen? (ok, in meinem Layout vieleicht
nicht, aber reicht nicht generell einer für alle?)
andi1111 schrieb:> Warum muss jedes Bauteil mit einem Elko abgesichert werden, wenn in der> nächsten Umgebung sowieso einige stehen? (ok, in meinem Layout vieleicht> nicht, aber reicht nicht generell einer für alle?)
Das Bauteil wird "gestützt" durch den Elko, möglichst dicht an
dessen Betriebsspannungs-Anschlüssen...
Darum verteilt man mehrere kleine Stützkondensatoren...
Es ist eben eine Frage des Einbauraumes und des Gewichtes...
Mani
Mani W. schrieb:> Es ist eben eine Frage des Einbauraumes und des Gewichtes...
ok. Ist da die goldene Regel "wenn Platz ist, dann nicht sparen" oder
"wenn kein Platz ist, muss Platz gemacht werden"?
Im Gegensatz zur Ansteuerung einer einzelnen Induktivität, schließen bei
einer drei Phasen Brücke, die Freilaufdioden die Rückspannung nicht
kurz. Die Rückspannung geht in die Versorgung und kann sie auch kräftig
erhöhen. Dies tritt insbesondere dann auf, wenn die Ansteuerung
zurückgenommen wird.
Wenn man generell dicht an der zulässigen Gatespannung ist, kann die
Spannungserhöhung der Versorgung das Gate (durch Überspannung und
natürlich nicht durch Überstrom) zerstören.
Ein großer Kondensator nahe an der Brücke kann helfen, er fängt die
rückgespeiste Energie schneller ab, als die Batterie hinter der
Induktivität ihrer Verkabelung.
MfG Klaus
Klaus schrieb:> Wenn man generell dicht an der zulässigen Gatespannung ist, kann die> Spannungserhöhung der Versorgung das Gate (durch Überspannung und> natürlich nicht durch Überstrom) zerstören.
Auch Danke. Versuche also, Gatespannung von der Rückspannung
fernzuhalten.
Viele Grüße,
Andi
und macht auch für mein Problem Sinn. Beim Testen wurde die Gatespannung
über ein altes, langes Kabel mit Bananensteckern vom 18V Akku geholt.
Beim Einbau wurde dieses Kabel durch Löten überbrückt.
andi1111 schrieb:> Reicht nicht ein großer Kondensator da, wo die Betriebsspannung in die> Platine geführt wird (den hab ich nämlich verbaut und die Leiterbahnen> sind ja 1,5mm² Kupferkabel verstärkt und daher praktisch ohne> Widerstand)?>> Warum muss jedes Bauteil mit einem Elko abgesichert werden, wenn in der> nächsten Umgebung sowieso einige stehen? (ok, in meinem Layout vieleicht> nicht, aber reicht nicht generell einer für alle?)
Du musst unterscheiden zwischen DC und Hochfrequenz.
Steil ansteigende Signale zählen auch zu Hochfrequenz.
Und da gelten andere Gesetze als "viel Querschnitt = wenig Widerstand".
Bei hohen Frequenzen werden Leiterbahnen und Kabel zu Induktivitäten,
und die bremsen den Stromfluß. Dazu kommt ab bestimmten Frequenzen dann
auch noch der Skin-Effekt, der Teile des Kupfers "unbrauchbar" macht.
Steil ansteigende Signale und Stromflüsse haben einen erheblichen Anteil
an Hochfrequenz (Rechteck = Überlagerung von Sinuswellen
unterschiedlicher Frequenzen), die durch die Leitungsinduktivität
geschluckt wird.
Die Konsequenzen können fatal sein, wenn es um die Ansteuerung von
MosFET Gates oder die Versorgung von ICs geht.
Darum: Bulk-Kondensatoren gehören nahe an den Verbraucher, lange
Leitungen sind immer auch unter dem Gesichtspunkt Induktivität und
Kapazität zu betrachten.
andi1111 schrieb:> Also ich meine, dass der Treiberbaustein an zu hohem Strom stirbt, ok.> Warum aber hätte das große Auswirkungen auf die Mosfets? Im schlimmsten> Fall schalten doch beide gleichzeitig durch und ich habe einen> Kurzschluss. Dann müssten aber High-Side und Low-Side Mosfet> gleichzeitig sterben (oder nicht?).
Wieso? Weisst du denn, was in den kritischen ms passiert?
Noch einmal - ohne Gatewiderstände ist es leicht möglich, den Strom im
Treiber zu überschreiten, deswegen sind die ein Muss und auch in jeder
Applikation des IR2110/2112 vorhanden (undstehen auch im Datenblatt).
Ich steuere hier etwas grössere Motoren (4kW) mit dem IR2110, wobei
jeder MOSFet der drei parallelen mit 12 Ohm Vorwiderstand arbeitet. Da
wird nichts warm und ich habe noch keinen einzigen IR2110 im Betrieb
verloren.
Rechne doch mal aus, in welcher Zeit die Gateladung aufgebaut werden
muss, damit der MOSFet gut durchschaltet und bilde mal das Integral
dadrüber. Da bist du schnell mal bei einigen Ampere.
Deine 1N4148 ist ein Witz. Diese muss im Durchschnitt den Strom zur
Aufladung der Highside-Ladungspumpe liefern und auch eine Sperrspannung
haben, die die Betriebsspannung des Motors deutlich übertrifft. Eine
BA159 z.B. ist hier mit 1A Nennstrom nicht dumm.
Bedenke auch, das der Kondensator zwischen VB und VS die gesamte
Gateladung liefern muss, um die Highside durchzuschalten, er sollte also
deutlich mehr speichern als die Gatecharge des MOSFet.
@andi1111
Willst du mich veräppeln?
Ich schrieb:
>> Ist Google mal wieder kaputt?>> https://www.google.de/search?client=ubuntu&channel...>> Liefert bei mir als viertes Ergebnis diesen Link:>> http://cdn.rohde-schwarz.com/pws/dl_downloads/dl_a...>> Dieser Artikel sollte dich eine Weile lang beschäftigt halten.
Daraufhin deine Antwort und Rückfrage:
> Google gibt's in meinem Internet gar nicht. Hast du da mal einen Link?
Ich habe dir sogar zwei Links gegeben. Was willst du denn noch? Soll ich
Dir das Thema vorkauen, oder was?
Matthias Sch. schrieb:> Rechne doch mal aus, in welcher Zeit die Gateladung aufgebaut werden> muss, damit der MOSFet gut durchschaltet und bilde mal das Integral> dadrüber. Da bist du schnell mal bei einigen Ampere.>> Deine 1N4148 ist ein Witz. Diese muss im Durchschnitt den Strom zur> Aufladung der Highside-Ladungspumpe liefern und auch eine Sperrspannung> haben, die die Betriebsspannung des Motors deutlich übertrifft. Eine> BA159 z.B. ist hier mit 1A Nennstrom nicht dumm.
Ich bin tatsächlich nicht fit in solchen Rechnungen, daher bitte auch
nicht als besserwisserei verstehen, sondern als Frage:
Das Gate vom MosFet hat eine Kapazität von 35nC (sagen wir 100nC bei
15V).
PWM-Frequenz ist 20kHz. Das heißt doch, ich muss 20000mal pro Sekunde
100nC hin- und her schieben, und da I=Q/t, kommt doch 20000*100nC/1s =
2000µC/s = 2mC/s = 2mA als durchschnittlicher Strom?
> 2mA als durchschnittlicher Strom?
Mag sein, doch du belastest die Ladungspumpe impulsförmig. Wenn der
Impuls ein tausendstel der Zeit ist, dann kommen wir schon auf 2A.
Das heisst aber auch, dass sich der Transistor für ein tausendstel der
Zeit in der Übergangsphase zwischen an und aus befindet. In dieser Zeit
verheizt er Energie, weil an ihm eine hohe Spannung abfällt.
Diese Zeit willst du so kurz wie möglich gestalten. Also einen möglichst
hohen Impuls-Strom am Gate, was wiederum einen Leistungsstarken Treiber
und eine leistungsstarke Ladungspumpe erfordert.
Verabschiede dich mal von der Idee, dass ein Mosfet am Gate keinen Strom
aufnimmt. Das gilt wenn die Schaltfrequenz 0 Hz ist - also in der Praxis
nie.
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