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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik MOSFET-Treiber diskret, Spannung bricht zusammen


Autor: mattes (Gast)
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Hallo Alleman,
bin immernoch dabei mit der PWM zu experimentieren um zu versuchen einen 
Motor mit ca. 30RPM zu betreiben. Habe die Software-PWM aus diesem Forum 
angepasst fuer meine Beduerfnisse und auf dem STK500 blinken die LEDs 
wie geplant. Steuere sehr langsam an, PWM-Frequenz ist 100Hz. Will 
erstmal sehen ob es geht.Meine ersten versuche ohne MC, mit nem 
einfachen Zaehler haben den Motor schonmal drehen lassen, wenn auch sehr 
ruckelig.
Nun, mit einer etwas modifizierten Schaltung, tut sich nix. Die Spannung 
von 15Volt bricht zusammen auf etwa 4 Volt und daher liefert der 7805 
knappe 3 Volt. Daher gehe ich davon aus der MC tut auch nicht unbedingt 
was er soll.Habe sicher nen Denkfehler bei der MOSFET ansteuerung, kann 
ihn aber nicht finden. Wuerde mich freuen wenn jemand mal drueberschaut 
und mir weiterhelfen kann.
Danke und Gruss
Mattes

Autor: Jens G. (jensig)
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tja, wenn du ein *.png File schicken würdest anstatt *.sch, würden es 
sich bestimmt auch viel mehr Leute anschauen (in eagle als png 
exportieren)

Autor: Jochen (Gast)
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Hmm,
und die .sch sieht auch etwas komisch aus bei mir...

Autor: Marco S (Gast)
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Error 29x

Eagle Raubkopie?

Autor: mattes (Gast)
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Und hier nochmal als .png...

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Also im Schaltplan malen musst du noch viel üben.

Folgendes war zu erkennen/erraten:

Brückenspannung 70V und eingesetzt werden N-Kanal FETs.

Wenn ja: fertigen Treiber nehmen: IR21xx

Autor: mattes (Gast)
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Richtig geraten:)
Ist auch der erste Schaltplan den ich mit Eagle bzw. Software erstellt 
habe.
bei den transistoren handelt es sich bei den pnp um BC856,
bei den npn um PMBT A42(300V).
Ansonsten weiss ich nicht was man noch erraten muesste?!

Hatte vergessen zu erwaehnen:
Wenn ich den MC nicht einsetze, bekomme ich tatsaechlich die +15V bzw. 
+5V,
aber sobald er im Sockel sitzt ists vorbei...

Gruss

Autor: A. K. (prx)
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Wo lernt man eigentlich diese Notation von Widerstandswerten? Was 
beispielsweise ist 4M4? Klingt nach 4,4MOhm, was aber als Widerstandwert 
etwas unüblich und in dieser Rolle doch etwas arg gross ist.

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

>aber sobald er im Sockel sitzt ists vorbei...

Deine Stromversorgung ist auch ziemlich lausig. Vor den Regler gehört 
ein ordentlicher Elko (>1000µF/A). Möglichst dicht am Regler von Eingang 
und Ausgang jeweils ein 100nF Kondensator nach Masse. Dicht am µC noch 
ein 100nF zwischen VCC und GND. Evtl. nach dem Regler noch 2,2...10µF. 
Vorher braucht du gar nicht weiterfragen.

MfG Spess

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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fertigen Treiber nehmen IR21xx


>Was beispielsweise ist 4M4? Klingt nach 4,4MOhm
Ja.

Autor: mattes (Gast)
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Ja, 4M4 soll 4,4MOhm bedeuten.
Hab das irgendwann mal so gelesen und uebernommen.
Werde mich mal nach fertigen Treibern umschauen und einen
bestellen, aber will ja auch was lernen(und da gibt es bei mir noch sehr 
viel zu tun!) und daher ist mein Ziel das ganze diskret aufzubauen.
Es gibt ja auch viele Ideen hier im Forum bereits, wollte mir selbst was 
ausdenken und dachte es muesste so funktionieren.
Werde mich mal um die Stromversorgung bemuehen wie spess53 vorgeschlagen 
hat und sehen ob ich weiterkomme.
Koennte die Schaltung denn ueberhaupt funktionieren wie ich sie 
gezeichnet habe?
Danke und Gruss

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Koennte die Schaltung denn ueberhaupt funktionieren wie ich sie
>gezeichnet habe?

Nein. Oder zumindest nicht wirklich.

Du baust eine (schnell) schaltende Schaltung auf und hast keinen eizigen 
Blockkondensator verbaut...


http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/...

Autor: Maik Fox (sabuty) Benutzerseite
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Interessant finde ich die Pin-Funktion-Zuordnung am 7805. Vin ist 
eigentlich Pin 1 und Vout ist Pin 3.

Autor: mattes (Gast)
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So, habe das ganze nochmal komplett ueberarbeitet und hoffe dieser 
Schaltplan ist leichter zu verstehen.
Habe wie in Eueren Anregungen die Stromversorgung ueberarbeitet(einige 
Elkos&100nf Blockkondensatoren) und die Ansteuerung der Mosfets komplett 
anders geloest. Ist nicht meine Idee, habe diese 
Gegentaktendstufe(jedenfalls fuer die Lowside) hier im Forum gefunden. 
Ich hoffe ich habe das ganze fuer die Highside dann richtig 
umgesetzt(selbe Prinzip wie Lowside, aber mit Bootstrap und Transistoren 
fuer hohere Spannung).
Kann heute nichts ausprobieren, bin nicht in der naehe meiner 
Bastelecke, aber vielleicht interessiert es ja schonmal jemanden und 
vielleicht habe ich ja auch offensichtliche Fehler gemacht, die Ihr mir 
unter die Nase reiben koennt;)
Haette noch ne Frage zum Reset, kann ich den unbeschaltet lassen oder 
sollte ich den besser direkt an VCC anschliessen? Reset habe ich bisher 
noch keinen vorgesehen...
Nungut, viel Spass damit!
Gruss

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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So lässt sich gleich alles sehr viel besser erkennen.
Wenn ich nichts übersehen habe, dann wird das so aber nicht 
funktionieren:
Wenn beide Mosfets aus sind, aber von extern eine Spannung in den 
Ausgang eingespeist wird (was bei 3 Phasen Motoren ja der Fall) ist, 
dann wird Source vom Highside Mosfet auf halbe Betriebsspannung 
angehoben, das Gate liegt aber auf 0V. Und dann schlägt die Gate-Source 
Strecke mit Sicherheit durch.

Und lass bitte die Basteleien an der Netzspannung. Ein Trafo mit rund 
50-100V sollte nicht wirklich schwer zu bekommen sein.

Autor: mattes (Gast)
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@Benedikt
Diesen Fall hatte ich uebersehen, danke. Die Mosfets schalten zwar immer 
abwechselnd, aber eine Totzeit von 5 Takten habe ich in der Software 
natuerlich auch vorgesehen.
Ein Mosfet weniger(bzw 3) die sich verabschieden:)
Vorrausgesetzt beiliegende Loesung ist besser. Habe nur die Highside 
geaendert, waere nett wenn Du was dazu sagen koenntest.

Autor: Achim (Gast)
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den Hinweis auf deinen Umgang mit der Netzspannung finde ich in der 
bisherigen Diskussion den wichtigsten Input. Schließ es bitte nicht so 
wie gezeichnet an die Steckdose an.

Zu deinem ursprünglichen Problem (Spannung am 7805-Eingang bricht 
zusammen sobald der Controller gesteckt wird): wenn dein Controller 
4,5mA ziehen möchte, dann fallen an R1 knapp 70V ab. Bei einer 
Versorgung von 70V bleibt nix mehr über für deine 15V-Vorregelung mit 
T1. Gib R1 nen kleineren Wert und achte darauf, dass R1 und T1 nicht 
mehr Verlustleistung abkriegen als sie vertragen können.

Achim

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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mattes wrote:

> Vorrausgesetzt beiliegende Loesung ist besser. Habe nur die Highside
> geaendert, waere nett wenn Du was dazu sagen koenntest.

Viel zu hochohmig.
Allerdings muss ich ehrlich gesagt gestehen, dass mir auch nichts 
wirklich gutes einfällt.

Ich würde fertige Treiber wie den IR2110 verwenden, da sparst du dir den 
ganze Aufwand, und der hat einen guten Levelshifter inkl ordentlichem 
Treiber eingebaut.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Allerdings muss ich ehrlich gesagt gestehen, dass mir auch nichts
>wirklich gutes einfällt.

Doch. Das ist die Lösung:

>Ich würde fertige Treiber wie den IR2110 verwenden, da sparst du dir den
>ganze Aufwand, und der hat einen guten Levelshifter inkl ordentlichem
>Treiber eingebaut.

Nimm die fertigen Treiber. Fertig. Das wird so nichts!

Autor: mattes (Gast)
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@Achim
ok, dass ist ein guter Hinweis! Werde morgen entsprechend mit dem 
Widerstand R1 spielen.
Verspreche einen Trafo zu verwenden...

@Benedikt
Hochohmig ja, stimme ich zu. Aber bei relativ langsamen Schaltzeiten 
muesste es noch funktionieren, oder? Wollte mal mit 100Hz PWM Frequenz 
anfangen.
Nen fertigen Treiber habe ich mir bestellt, aber es muesste ja auch ohne 
gehen. Bis der Treiber eintrifft werde ich experimentieren, und dabei 
lernt man ja eh am meissten...

Danke Euch auf jeden Fall schonmal

Autor: mattes (Gast)
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Hallo,
hatte heute keine Zeit meine "neue" Schaltung aufzubauen und zu testen. 
Habe ein wenig mit der alten Version(die chaotische) gespielt um zu 
sehen ob ich die Spannungsversorgung in den Griff bekomme. Habe wie von 
Achim empfohlen mich erstmal um R1 gekuemmert(war in der alten Schaltung 
noch R19) und auf 8K verringert. Habe diesmal auch entsprechende 
Kondensatoren verwendet.Auch einen Trafo habe ich diesmal genutzt! Aber 
trotzdem bricht die Spannung zusammen, sobald ich den MC in den Sockel 
stecke. Die Situation hat sich nur in soweit verbessert, dass fuer den 
MC noch 3,5V uebrig bleiben(knapp 5Volt am Eingang vom 7805) und somit 
funktioniert. Der Motor dreht sich, wenn auch mit superschwachem 
Drehmoment.
Nach ein paar Sekunden geben die Mosfets Rauchzeichen von sich, aber die 
bekommen auf Ihr Gate ja auch nur die 5V und somit werden die Verluste 
entsprechend hoch sein?!
Naja, werde morgen mal die neue Version aufbauen, aber ich gehe davon 
aus, dass ich mit der Spannung das selbe Problem bekommen werde? Wer 
entdeckt den Fehler?
Gruss und schoenen abend an alle!

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Wer entdeckt den Fehler?

Wie oft denn noch?

Nimm einen fertigen Treiber!

Autor: GB (Gast)
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Hallo,

> Nach ein paar Sekunden geben die Mosfets Rauchzeichen von sich,
> aber die bekommen auf Ihr Gate ja auch nur die 5V und somit
> werden die Verluste entsprechend hoch sein?!

da Du offensichtlich keine Ahnung von der Materie hast, würde ich den 
Tipp annehmen und einen fertigen Treiber nehmen.
Mit dieser Schaltung werden Dir immer die High-Side-Schalter abbrennen, 
da Du keine Ansteuerleistung auf das Gate bekommst. Wenn sich der Motor 
ruckelnd dreht, dann nur, weil Du ins Gate des High-Side-Schalters über 
die parasitären Kapazitäten eine Spannung einkoppelst.

Also, lass es sein.

GB

Autor: Jens G. (jensig)
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deine Treiber ziehen JEWEILS satte 30mA, wenn der Eingangstransistor auf 
LOW geht (wegen den 470R)- dafür dürfte der R mit 8,2k wohl immer viel 
zu hoch sein. Da bräuchtest Du fast 300V, um diesen Strom liefern zu 
können ....

Autor: ... (Gast)
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Also für den oberen Mosfet braucht man doch eine Gatespannung die größer 
ist als V+. Bist du dir sicher, das deine Bootstrapschaltung so wie sie 
da ist auch funktioniert??? D1 und C1 sollen doch eine 
Bootstrapschaltung darstellen, oder?

Autor: Jens G. (jensig)
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also ich denke, das mit dem Boostrap könnte sogar so funktionieren, wie 
dort dargestellt.

Autor: GB (Gast)
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Hallo,

> Bist du dir sicher, das deine Bootstrapschaltung so wie sie
> da ist auch funktioniert???

das was  ... (Gast) schreibt ist genau das Problem.

Die Bootstrap-Schaltung funktioniert nicht, da sie zwischen V+ und 
Ausgangsphase hängen müsste. Dann bekommt man aber den ersten 
NPN-Transistor des Mosfet-Treibers nicht mehr an, da das Potential der 
Basis-Emitter-Strecke in dem Augenblick, in dem der obere Mosfet 
angesteuert wird, auf V+ + Ube springt und der Controller dann keinen 
Strom mehr in den NPN-Transistor treiben kann.
Dafür benötigt man ausserdem noch einen Level-Shifter, z.B. in Form 
eines Optokopplers.

Einfacher ist da ein Treiberbaustein, der hat das Zeug alles schon drin.
Der bipolare Aufbau hat außerdem zur Folge, dass der 
Bootstrap-Kondensator massenhaft Energie speichern muss, da ja in die 
Bipolartransistoren permanent Strom fließt. Damit wird die Kapazität 
riesig und somit die Zeitkonstante zum Aufladen groß.

GB

Autor: GB (Gast)
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Sorry,

> da sie zwischen V+ und Ausgangsphase hängen müsste.

ist natürlich Blödsinn, ich meine natürlich +15V und Ausgangsphase.

GB

Autor: mattes (Gast)
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Hallo,
@ lippy
wie gesagt hab ich fertige Treiber bestellt, aber bis die eintreffen 
werde ich weiterbasteln. Wenn ich Mist bei der Stromversorgung baue, 
werde ich ja auch mit denen Probleme bekommen, die wollen ja auch 
anstaendig versorgt sein.
@jensig
Habe die Schaltung mit den 470 Ohm noch nicht aufgebaut, werde ich heute 
tun und diesen Widerstand evtl etwas hoeher nehmen und R1 weiter 
verkleinern...
Bei der getestenten Schaltung hatte der Treiber noch mind. 10K...
@...
Nehme schon an, dass die Bootstrapschaltung so funktioniert. Solange 
lowside geschaltet ist, kann der Kondensator sich ueber die Diode 
aufladen und wenn Highside dann schaltet liegen am Gate Us+15V an...
Muss aber gestehen, mir auch p-kanal MOsfets bestellt zu haben.
Macht mein Vorhaben vielleicht leichter zu realisieren.

Gruss
mattes

Autor: GB (Gast)
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@ mattes

Ja, scheint doch zu funktionieren, ist nur ziemlich verquer gezeichnet, 
so dass das kein Schwein kapiert.
Da haben wir auch schon den Level-Shifter aus dem 300V-Bipolartransistor 
und dem PNP-Transistor.

Frage:
Du machst das Gate vom High-Side-Schalter über den BC857 an, aber wie 
machst Du es aus?

Antwort:
Gar nicht. Wenn der BC857 sperrt, entlädt sich das Gate über den R5.
Ich nehme mal an, M22 meint 0,22M also 220k, und nehmen wir weiter mal 
an, die Gate-Source-Kapazität des Mosfets beträgt 300pF (das ist nicht 
viel!), so bekommt man eine Zeitkonstante von 66µs.
Ist das Gate auf 15V aufgeladen und die Threshold-Spannung des Mosfets 
bei +5V (das ist hoch!), so bleibt der Mosfet für mindesten 66µs noch 
an, bei 2V Threshold-Spannung sind es sogar knapp 200µs.
Wenn Du jetzt nur fünf Mikrocontroller-Takte wartest, bis du den 
Low-Side-Schalter anmachst, ist der High-Side-Schalter noch voll 
aufgesteuert wenn der Low-Side-Schalter angeht.

--> Querkurzschluß!!
Der Strom der dann fließt ist 70V / (2*Rdson), bei Rdson = 0,5Ohm also 
70A für mind. 66µs.
Da gibt dann über kurz oder lang jeder Mosfet auf.

GB

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