Hi (Leistungs)elektroniker!
Ich habe ein Problem mit meinen BLDC Inverter! Im Anhang seht ihr ein
Bild von Strom und Spannung! Die Spannung hat eine sehr hohe Spitze
(grüne Umrandung), die mir meine MosFETs killt.
Nun zu meiner Frage: Weiß jemand, warum diese Spannungsspitze ensteht,
und wie man sie vielleicht vermeiden kann?
Meine Vermutung ist, dass meine FETs zu schnell schalten!
Bitte um rasche Antwort, da ich eine nahe Deadline hab :-)
mfg zöchi
Du meist wohl schottky dioden? Ich könnte es einmal probieren und euch
wieder bescheid geben; aber ich bin mir immer noch nicht sicher, ob es
alleine die dioden sind!
Hallo zöchi,
hier mal ein paar Hinweise und Vermutungen von mir.
Erste Störung:
Ich glaube du schaltest zu früh oder zu spät um. Das heisst entweder
funktioniert die Nulldurchgangserkennung nicht richtig oder du hast die
Pause nach der Nulldurchgangserkennung nicht richtig gewählt.
Zweite Störung:
Das ist durch die PWM. Hast du denn beim Umschalten von Lowside und
Highside eine ausreichend große DeadTime?
Grüße
Dirk
das mit der DeadTime könnte sein! Ich habe 20kHz PWM Frequenz und 1µs
Deadtime --> kann ich sicher vergrößern!
Die Umschaltung sollte soweit funktionieren, da ich mit Hall Sensoren
arbeite und diese fix vom Hersteller positioniert worden sind!
Gut, auf Grund der Hallsensoren fällt natürlich die
Nulldurchgangserkennung weg.
Dann würde ich noch auf folgendes tippen:
1.) Die Hallsensoren sind nicht sauber positioniert ... ok das wird
schon stimmen :-)
2.) Hast du die Hallsensoren irgendwie "entstört", Tiefpass oder
ähnliches verwendet, die den Umschaltzeitpunkt nicht richtig erkennen
lassen oder verzögern. Stimmt die Umschaltung erst mal nicht, dann gibts
ordentlich Störungen, die die Signale der Hallsensoren noch schwerer
erkennbar machen.
3.) Vielleicht verhindern auch die Störungen bei der PWM, dass du die
Hallsensorsignale richtig (zeitgenau) erkennst.
Also ich versteh nicht warum irgendwie störungen auf die hall sensoren
wirken sollen bzw. warum man sie "entstören" sollte.
Die Hallsensoren haben einen eigenen Mageneten, der von den Wicklungen
(ein wenig) abstand hat. Sie liefern eigentlich recht zuverlässige
signale. Das die Hall Sensoren der Fehler sind hätte ich am aller
wenigsten gedacht!
erzeugt deine Regelung einen Mehrphasigen Wechselstrom für den Motor?
Wenn ja dann funktionierts mit Dioden ja nicht da wenn die Stromrichtung
wechselt die Diode parallel wäre und einen Kurzschluß erzeugt. Wenn aber
deine Betriebsspannung z.B. 12V ist kannst du z.B. 15V bidirektionale
Supressordioden verwenden so das die Spannungsspitze zumindestens nicht
höher als 15V ausfällt.
Die Störungen scheinen ja so stark zu sein, dass deine MOSFETs sogar
zerstört werden. Die Signale der Hallsensoren sind empfindlich, gerade
in der nähe des Umschaltpunktes. Wenn dann die Hallsensorsignale nicht
in Ordnung sind, kommt es zu der ersten Störung, das sieht man dann auch
in den Einbrüchen im Spannungspfad.
Ich würde folgendes machen/überprüfen:
1.) Ist ausreichend DeadTime bei dem PWM-Schalten vorhanden
2.) Werden die MOSFETs schnell genug geschaltet, man benötigt
kurzfristig einen hohen Strom, um die Gate-Kapazitäten der MOSFETs zu
laden und zu entladen, benutzt du eine integrierte Schaltung als
Gate-Treiber, welche?
3.) Signale der Hallsensoren "entstören": z.B. RC-Tiefpass verwenden
(vielleicht 1kOhm, 10nF)
Suppressordioden einbauen, um Spannungsspitzen zu beseitigen finde ich
keine gute Lösung. Werden die MOSFETs warm? Wenn nicht, dann dürften
Rücklaufdioden in den MOSFETs reichen, also keine externen Schottky
Dioden verwenden.
Die Idee mit den Supressordioden geht deshalb nicht, weil ich eine
Versorgungsspannung von 44,4V vorsehen will. Die FETs werden nicht warm,
deshalb könnte die Inverse Diode ausreichen.
Ich verwende den IR2133S als Treiber, der macht mir auch den Level Shift
und hat eine ausreichende Leistung!
Das Schalten hab ich euch als Anhang zu verfügung gestellt! Die Grafik
zeigt das Ein - und Ausschalten (der Treiber invertiert!); die Deadtime
kann auch abgelesen werden.
Rot und Grün sind die Gate-Spannungen?! Das sieht gut aus. Interessant
wäre noch das Schaltverhalten eines MOSFETs, also Gate-Spannung und
Source- bzw. Drainspannung, allerdings denke ich dass es ebenfalls gut
aussehen wird :-/
Hast du vor den Gates Widerstände, die ggf. das Schalten des MOSFETs
beeinflussen?
Die erste Störung kann auch von nicht gleichmäßig angeordneten
Hallsensoren kommen, wie man diese dann aber wegbekommt ... hmmm.
Sonst fällt mir im Moment nicht weiter ein.
Hi Zöchi,
also für mich sehen die Signale nicht unbedingt so schlecht aus. Bei
Motoransteuerungen fängt man sich häufig viele Störungen ein. Der
Phasenstrom ist denke ich ok. Der erste Spannungspuls ist ok. Er
entsteht dadurch, dass der Strom von einer Wicklung auf eine andere
kommutiert wird und sich die gespeicherte Energie in den Zwischenkreis
entlädt. Den gleichen Effekt sieht man auch am Ende der Strompulse. Nur
geht dort das Potential gegen Masse.
Die anderen Spannungsspitzen entstehen durch die steilen Schaltflanken
bei der PWM Ansteuerung. Was man hier machen kann ist die
Gatewiderstände der MOSFETs zu vergrößern. Man erkauft sich das bessere
EMV-Verhalten jedoch mit höheren Schaltverlusten und damit mehr Wärme.
Was ich noch nicht so ganz verstehe ist das Thema mit der Totzeit.
Normalerweise benötigt man beim 120° Blockbetrieb keine Totzeit weil man
die MOSFETs nicht im Gegentakt schaltet. Es wird immer nur ein MOSFET
(Lowside) statisch und ein MOSFET (Highside in einem anderen
Brückenzweig) mit PWM betrieben.
Viele Grüße,
Gonzo
1µs Dead-Time finde ich zu sportlich.
Ich hab ein I-Powermodul, im Datenblatt stehen da 2µs... Der Hersteller
meinte, dass ich auch auf 1,5µs runter kann, brauch dann aber
selektierte Module...
Ich würds mal mit 3µs versuchen und erst wenn nichts mehr kaputt geht
reduzieren.
@ Gonzo! Der Gegentakt betrieb wird deshalb benötigt, da der BLDC auch
abbremsen soll! Der Low Side FET stellt einen Hochsetzer dar, damit
rückgespeist werden kann!
Zu den Gate-Widerständen: Da der Treiber ca. 200mA beim Einschalten und
400mA beim Ausschalten liefert, habe ich keine Gate-Widerstände
vorgesehen. Diese werde ich wahrscheinlich noch in die Leiterbahn
reinmurksen; darüber wird eine Diode gelötet, damit beim Ausschalten der
Strom nicht über den Widerstand fließt (schnelleres Auschalten, als
Einschalten)
@Gonzo:
Der erste Störpuls wäre weg, wenn man zeitrichtig umschalten würde. Ich
finde den nicht ok.
Frage ist halt jetzt, warum gehen die MOSFETs kaputt. Zu warm werden die
ja anscheinend nicht, da wäre noch Überstrom und Überspannung. Überstrom
können die schon mal aushalten, zumal wenn der Pulsartig auftritt.
Überspannung ist kritisch.
Die MosFETs gehen wegen der Überspannung kaputt! Sie vertragen max. 100V
- sobald der Wert überschritten ist, kann man sie schmeißen.
Überstrom ist auszuschließen, da die FETs 80A vertragen und bis jetzt
nur ein Bruchteil davon gefloßen ist!
Ich geb ich mal das Datenblatt der FETs!
Also ein Problem mit der Totzeit könntest Du ja finden indem du mal den
Strom zwischen Low- und Highside des selben Zweiges mit dem Scope
ansiehst. Hast Du da im Ein- oder Ausschaltmoment Spikes drin die über
die Belastbarkeit der FETs hinausgehen, dann solltest Du etwas an der
Deadtime verlängern.
Grundsätzlich ist es bei "schneller" PWM nicht so dolle, wenn man die
internen Body-Dioden der FETs nutzt, da das Leiten der Bodydiode leider
auch bedeutet, dass die internen parasitären Kapazitäten im FET (ja nach
Leistung einige nF) für die PWM maximal ungünstig geladen sind und beim
umkommtieren vom Gatetreiber erstmal wieder umgeladen werden müssen. Ne
schnelle Schottky oder Ultrafast-Diode sind da besser.
Haste Deine Endstufe mal mit PSpice, SwitcherCAD oder so simuliert? Das
lohnt sich meist... ;-)
Ich denke auch fast, daß im Moment der Umschaltung die gespeicherte
Energie der Spule über die Freilaufdiode in die Versorgungsspannung
entladen wird. Diese ist entweder zu hochohmig (dünner Draht) und/oder
ohne Kondensator abgestützt. Da würde ich mal einen Low-ESR-Elko oder
besser nehmen und evtl. auch einen Transil oder Varistor parallel
schalten um die hohen Spannungen abzuleiten.
Hochohmig ist die Zuleitung sicher nicht, da ich mit großen
Kupferflächen arbeitete. Als Zwischenkreiskondensatoren verwende ich
Keramikkondensatoren (ca. 20µF) und habe das noch mit einem
Folienkondensator mit ~5µF erweitert.
Gibt es überhaupt einen Varistor der bei einer Spannung bei ~50-60V
leitet. (ich kenne die Varistoren nur für Netzspannungen)
Ich arbeite mit 44,4V (12 Lion Zellen). Das ganze wird ein Antrieb für
Rollschuhe, mit 1kW dauer und fast 2kw spitzenleistung; es ist meine
Diplomarbeit.
Im bmp file ist eine sehr einfache Darstellung.
BLDC.JPG
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