Hi, ich baue mir gerade einen Flipper Automaten selber. Zur Ansteuerung der Magnetspulen verwende ich eine Schaltung mit IRFZ44N (siehe Bild, ist 13x aufgebaut). Nun habe ich das Problem das diese immer wieder mal kaputt gehen und nicht mehr durchschalten. Die Spulen ziehen am Labornetzteil 3.5A bei Dauerbelastung, der Peak wird denke ich höher sein aber so schnell zeigt es das Netzteil nicht an. Die Ansteuerung erfolgt durch einen Arduino GIGA R1 (3.3V). Ich komme aus der Software Ecke und bin noch nicht so lange in der Elektronik unterwegs, für die einfacheren Sachen habe ich mir das Wissen bisher aneignen können und viel gelernt. Bei der Auslegung von Mosfet und Transistorschaltungen fehlt mir aber noch einiges und ich bin aktuell mit der Ursachenfindung überfordert :( Die Schaltung basiert auf diversen Sachen die ich im Internet gefunden habe, allerdings scheint das nicht ganz so aufzugehen :) Hat jemand einen Tip wie ich herausfinden kann was da los ist?
Q5 ist falsch herum eingebaut.
Ist die Gate-Ansteuerung nicht viel zu hochohmig? Bis die Gate-Kapazität über 3.3 kOhm aufgeladen/entladen ist vergeht einige Zeit, in welcher der MOSFET nur "halboffen" ist, wodurch über Drain und Source ein hoher Spannungsabfall entsteht wodurch sich der FET dann erhitzt.
Es kommt dann darauf an wie oft das passiert, wie groß die Wärmekapazität des MOSFET ist und wie viel Strom durch die Spule fließt, ob das zu einem Problem wird.
Wenn du noch irgendwo eine Spannung im Bereich 12-20V im System hast, verbinde diese mit Q5 statt der 30V, und ersetze R18 durch einen Draht. Besser wäre natürlich ein richtiger MOSFET-Treiber.
Hat jemand einen Tip wie ich herausfinden kann was da los ist?
Q5 ist galsch hezeichnet.
Ein Widerstand von B zu E könnte bei ihm auch nicht schafen.
Kaputt geht der IRFZ aber, weil im Abschaltmoment die Spannung am Frain von 0V auf 30V hochspringt und rückwärts über die Drain-Gate Kapazität auf das Gate übertragen wird, denn 1.65k Ansteuerwiderstand ist zu hochohmig um das zu verhindern, das keine 30V aushält. Eine 18V Z-Diode von G zu S kann helfen.
Insgesamt ist die Schaltung aber unklug. Es gibt LogicLevel MOSFETs die direkt gesteuert werden können und den Strom aushalten, wie STD45P4LL oder NTGS4141. Damit entfallen alle Bauteile bis auf die Freilaufdiode (und eventuell ein 47k pull down wenn SOLEONID offenen Eingang sein kann), die durchaus schneller sein darf (BA157 oder FR4).
Ist die Gate-Ansteuerung nicht viel zu hochohmig?
Zum Glück, sonst wäre der IRFZ schon wegen maximaler Gate-to-Source Voltage ± 20V gestorben
Die Frage ist, wodurch der FET kaputtgeht. Zu hohe Spannung (wo?), zu hoher Strom und damit Temperatur? Wird er warm (bei Dauerbetrieb)?
Ich vermute eher Spannung, da kommt es stark auf den Aufbau an (bitte um gute aussagekräftige Fotos), denn jeder cm Draht hat nicht nur einen Widerstand, sondern auch eine Induktivität, durch die bei schnellen Schaltvorgängen hohe Spannung entstehen kann. Daher hat es auch einen Vorteil, dass der Gate-Spannungsteiler etwas hochohmig ist. Die Position der Freilauf-Diode ist entscheidend. Oft sitzt diese direkt an den Spulen, dann wird die Induktionsspannung, die an den Zuleitungen entsteht, nicht abgeleitet. Daher muss die Diode so dicht wie möglich am Fet sitzen, oder zwei Dioden verbaut. Dazu muss ein Kondensator so dicht wie möglich bei FET und Diode stehen, damit die Induktionsspannung der Spannungsquelle und deren Leitungen keinen Schaden anrichten kann. Was auch sein kann: die Schaltung schwingt wegen des hochohmigen Spannungsteilers. Hast Du ein Oszi zur Verfügung?
Zum Glück, sonst wäre der IRFZ schon wegen maximaler Gate-to-Source Voltage ± 20V gestorben
Das hat nichts mit der Ohmigkeit des Spannungsteilers zu tun. Auch bei 50 + 50 Ohm wäre die Spannung im Rahmen.
Laberkopp schrieb:
Ein Widerstand von B zu E könnte bei ihm auch nicht schafen.
Da ist was dran, denn bei unsauberem Aufbau könnte durch Kriechströme der FET dauernd etwas angesteuert werden und heiß werden.
Wichtig ist auch die Masseführung, vor allem zwischen Power- und Digitalteil. Leitungen so kurz wie möglich halten, evtl. verdrillen, sodass nur kleine magnetisch aktive Schleifen entstehen.
Eine weitere Überlegung ist, die Spulen besser gegen thermische Überlastung zu schützen, z.B. mit einer kleineren Sicherung (2,5A - 3,15A?), die bei versehentlicher Daueransteuerung durchbrennt und die Spule schützt. Die 100 Watt hält die nämlich nicht lange aus.
Ist die Gate-Ansteuerung nicht viel zu hochohmig? Bis die Gate-Kapazität über 3.3 kOhm aufgeladen/entladen ist vergeht einige Zeit, in welcher der MOSFET nur "halboffen" ist, wodurch über Drain und Source ein hoher Spannungsabfall entsteht wodurch sich der FET dann erhitzt.
Für diesen Mosfet selbst weit im ms-Bereich vollkommen unkritisch, wenn es nicht gerade um PWM mit etlichen Hertzen ist, oder eine Monsterspule ist.
Kaputt geht der IRFZ aber, weil im Abschaltmoment die Spannung am Frain von 0V auf 30V hochspringt und rückwärts über die Drain-Gate Kapazität auf das Gate übertragen wird, denn 1.65k Ansteuerwiderstand ist zu hochohmig um das zu verhindern, das keine 30V aushält. Eine 18V Z-Diode von G zu S kann helfen.
Sollte aber nicht zur Auswirkung kommen, denn wenn das Gate dabei paar Volt sieht, fängt er doch sofort mit Leiten an, und begrenzt damit die Ugs auf reichlich Ugs_thres. Zumal man einen rel. steilen Uds-Anstieg bräuchte, damit das genügend aufs Gate rückkoppelt.
Ui, so viele Antworten schon :) Ich probiere mal alles zu beantworten. Danke für den Hinweis mit Q5, der Fehler ist mir beim Zeichnen im KICAD durchgegangen, nach dem Bestücken hab ich das gemerkt und konnte zum Glück einfach alle um 180° verdreht einbauen. Mein Fehler das nicht zu Erwähnen :(
Das Thema hochohmig ist genau das was ich öfter mal gelesen habe aber da fehlt mir noch das Verständnis, ich habe mich dann an Werten ähnlicher Schaltungen orientiert (die sind halt auch nur ähnlich). Ich hätte noch 5V und 12V verfügbar. Ich probiere mal einen Kanal umzubauen auf 12V.
Logic Level FETs waren erst mein Plan aber die 3.3V Typen bekommt man kaum und nur bei Versendern die nicht an Privat versenden.
Die Mosfets werden nicht warm, trotzdem habe ich kleine Kühlkörper montiert. Die Dioden sind direkt an den Mosfets, die Kabel (Kupfer 0.75mm² Doppellitze) ca. 1 Meter lang. Die Anzahl Schaltvorgänge ist überschaubar, die Aktoren auf dem Spielfeld werden nur getriggered wenn der Ball anschlägt bzw. ein neuer Ball ins Spielfeld soll, die Zeit liegt da zwischen 20 und 50ms. Für die Flipperpaddel schaut es aber anders aus, da wird so oft geschaltet wie gedrückt. Generell ist alles Softwareseitig entprellt, d.h. prellende Taster gehen nicht direkt auf die Schaltungen. Oszi habe ich keins, im Firmenlabor hat es solche aber da wüsste ich nicht was ich damit mache. Da müsste ich mich in der Hardware Abteilung schlau machen ob mir da jemand helfen kann. Die Spulen haben NTCs mit 70° für einen thermischen Überschutz montiert. Da die Triggerzeit so niedrig ist bleiben die aber auch nach 30 Minuten Spielzeit maximal Handwarm.
Anbei ist ein Ausschnitt des PCB, die weiteren Treiber sind dann einfach kopiert. Rot ist die Oberseite, blau unten. Q38 ist hier wie Q5 verkehrt dargestellt und um 180° verdreht eingelötet. Bilder des Aufbaus kann ich erst heute Abend machen wenn die Kinder im Bett sind.
Q38 ist hier wie Q5 verkehrt dargestellt und um 180° verdreht eingelötet.
Wenn Du das schon erkannt hast, warum läßt Du uns dann erst damit auflaufen, statt das erstmal im Plan und Board zu korrigieren. Dürfte auch für Dich besser sein, wenn Du in paar Jahren mal wieder reinguckst ...
Q38 ist hier wie Q5 verkehrt dargestellt und um 180° verdreht eingelötet.
Wenn Du das schon erkannt hast, warum läßt Du uns dann erst damit auflaufen, statt das erstmal im Plan und Board zu korrigieren. Dürfte auch für Dich besser sein, wenn Du in paar Jahren mal wieder reinguckst ...
Weil ich nicht weiß wie es besser/richtig geht :( Der Footprint vom TO-92 in Kicad ist irgendwie immer NPN aber der BC557 ein PNP. Ich finde aber keinen PNP Footprint im Katalog.
R20 räumt die Basis von Q5 zügig aus und Q7 und Q8 steuern das Gate schön niederohmig an.
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20240914_130210.png
(63 KB)
Weil ich nicht weiß wie es besser/richtig geht :( Der Footprint vom TO-92 in Kicad ist irgendwie immer NPN aber der BC557 ein PNP. Ich finde aber keinen PNP Footprint im Katalog.
Hää? Du mußt den Q5 im Plan doch nur spiegeln, so daß der E nach oben an die Plusleitung kommt. Damit sollte doch dann auch die Sache im Board richtig verdrahtet sein. Im Board ist es letztendlich doch egal, ob das pnp oder npn ist. Hauptsache die TO92-Anschlüsse passen zu EBC ... Aber gut, ich kenne mich mit Kicad nicht weiter aus - kann mir aber kaum vorstellen, daß solche 0815-Transistoren dort nicht in Symbol und Package mit angeboten werden.
R20 räumt die Basis von Q5 zügig aus und Q7 und Q8 steuern das Gate schön niederohmig an.
Völlig übertrieben für den Job.
Michael hat recht: Logikpegel MOSFET nehmen.
In den Flippern der '80er wurden Darlington BJTs genommen, z.B. TIP120.
Auch bei 50 + 50 Ohm wäre die Spannung im Rahmen.
Die schon, nur der Strom würde dem BC557 garnicht gefallen
Dann würde es gar nicht funktionieren.
Doch, bipolare Transistoren funktionieren auch mit vertauschten C/E Anschlüssen. Der Verstärkungsfaktor ist dann allerdings gering. Dennoch gibt es spezielle Anwendungen, wo das Vertauschen einen positiven Effekt hat. Ich glaube das ist z.B. bei dem Stumm-Schalten von Audio Signalen so.
Genau diese fehlerhafte Schaltung hatten wir dieses Jahr schon mal im Forum.
Daher die Frage an den TO, wo er diese Schaltung übernommen habe oder ob das eine eigene Kreation war?
Einfach einen 5V Logic LEVEL MOSFET ala IRLZ34N mit 5V ansteuern. Als Treiber reicht ein 74HCT04 mit 5V. Fettig.
Genau diese fehlerhafte Schaltung hatten wir dieses Jahr schon mal im Forum.
Daher die Frage an den TO, wo er diese Schaltung übernommen habe oder ob das eine eigene Kreation war?
Und das hilft dann inwieweit?
Die Schaltung hat Fehler, da ist es egal woher sie kommt.
Zum Glück, sonst wäre der IRFZ schon wegen maximaler Gate-to-Source Voltage ± 20V gestorben
R18/R19 bilden einen 2:1 Spannungsteiler. Was meinst du genau?
Laberkopp schrieb:
Ein Widerstand von B zu E könnte bei ihm auch nicht schafen.
Da ist was dran, denn bei unsauberem Aufbau könnte durch Kriechströme der FET dauernd etwas angesteuert werden und heiß werden.
Der Kriechstrom würde über R19 wegkriechen.
Ron-Hardy G. schrieb:
Zum Glück, sonst wäre der IRFZ schon wegen maximaler Gate-to-Source Voltage ± 20V gestorben
R18/R19 bilden einen 2:1 Spannungsteiler. Was meinst du genau?
Er hat auch den Kommentar von Thorsten B. nicht verstanden.
Laberkopp schrieb:
Ein Widerstand von B zu E könnte bei ihm auch nicht schafen.
Da ist was dran, denn bei unsauberem Aufbau könnte durch Kriechströme der FET dauernd etwas angesteuert werden und heiß werden.
Über wieviel hundert µA redest du? U_GS(th) liegt bei mindestens 2V und FETs sind bekanntlich nicht stromgesteuert.
Und ein Kriechstrom aus der Basis von Q5 über R17 und Q4 nach Masse? Dieser wird von Q5 verstärkt.
Dann würde es gar nicht funktionieren.
Doch
Gib genau diesen falsch dargestellten Q5 in dieser Schaltung in eine Simulation so ein. Dann schaltet der IGBT gar nicht mehr.
Gib genau diesen falsch dargestellten Q5 in dieser Schaltung in eine Simulation so ein. Dann schaltet der IGBT gar nicht mehr.
Das Modell wird eben keinen Inversbetrieb kennen.
David schrieb:
Gib genau diesen falsch dargestellten Q5 in dieser Schaltung in eine Simulation so ein. Dann schaltet der IGBT gar nicht mehr.
Das Modell wird eben keinen Inversbetrieb kennen.
Eigentlich müsste das Ding ständig durchgeschaltet sein, da die BE-Z-Diode bei ein paar Volt anfängt zu leiten, und damit ein BC-Strom fließt.
@David: wo ist da ein IGBT?
Eigentlich müsste das Ding ständig durchgeschaltet sein, da die BE-Z-Diode bei ein paar Volt anfängt zu leiten, und damit ein BC-Strom fließt.
Mein Nachbau bestätigt dies. Bis ca. 10V Versorgungsspannung funktioniert sie mit den PNP Transistor im Invers-Betrieb.
Im Bereich 10-12V beginnt der MOSFET allmählich zu leiten, obwohl der Taster nicht gerdrückt ist.
Richtig herum gedreht funktioniert die Schaltung auch noch mit 30V wie erwartet.
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IMG20240915165349.jpg
(490 KB)
Und das hilft dann inwieweit?
Wenn dort falsche Erläuterungen stehen sollten, diese bekannt sind, kannst Du den TO besser abholen.
Die Schaltung hat Fehler, da ist es egal woher sie kommt.
Wenn die Quelle bekannt ist, kann versucht werden, dass das dort verbessert wird. Nachteil wäre aber hier weniger Traffik, wenn deshalb nicht immer wieder jemand mit dem Problem hier auftauchen würde.
Jörg R. schrieb:
Und das hilft dann inwieweit?
Wenn dort falsche Erläuterungen stehen sollten, diese bekannt sind, kannst Du den TO besser abholen.
Der TO wurde gleich im ersten Beitrag von Hinz abgeholt.
Die Schaltung hat Fehler, da ist es egal woher sie kommt.
Wenn die Quelle bekannt ist, kann versucht werden, dass das dort verbessert wird.
Das Schlimme ist dass Du das ernst meinst.
Nachteil wäre aber hier weniger Traffik, wenn deshalb nicht immer wieder jemand mit dem Problem hier auftauchen würde.
Egal, für Trafik sorgst Du schon..und zwar unermüdlich in nahezu jedem Thread:-(
Dieter D. schrieb:
......
Das Schlimme ist dass Du das ernst meinst.
Durchaus gibt es sinnvolle Fälle dazu. Nebenbei bemerkt ist die Quelle des Fehlers gemäß TO bekannt, also hier weniger. Manchmal ist jedoch einer Vorlage anzusehen, warum abkupfern so oft schief läuft.
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