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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MOSFET stirbt immer wieder


Autor: maxwell (Gast)
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Hallo,

ich habe eine kleine Schaltung aufgebaut, die wie im angehängten Bild 
gezeigt funktioniert. Fällt Licht auf den Sensor des Fototransistors, so 
verringert dieser seinen Widerstand zwischen Kollektor und Emitter 
ausgehend vom hochohmigen Zustand bis auf wenige kΩ. Der Pluseingang des 
Komparators sieht entsprechend eine Spannung, minimal abweichend von 
15V, vergleicht diese mit der Referenzspannung von etwa 7,5V und setzt 
seinen Ausgang auf „Hi“, also 15V.
Liegt der Ausgang dieses Komparators auf 15V, so schaltet der 
n-Kanal-MOSFET T1 durch und zieht das masseseitige Ende des 22k 
Widerstands auf GND. Die daraus resultierende Spannung über der 
Parallelschaltung aus 20V Z-Diode und 1MΩ Widerstand liefert die nötige, 
negative Gate-Source Spannung für den Ausgangs p-Kanal-FET und schaltet 
diesen durch. Am Verbraucher liegen damit die benötigten 110V an.

Soweit, so gut (oder auch nicht). Ich habe das Problem, dass ich am 
Drain einen induktiven Verbraucher habe, nämlich einen Magnetauslöser 
(110VDC, 90 Ohm). Dieser ist mit einer Freilaufdiode beschaltet, was 
eigentlich die Elektronik schützen soll. Das klappt nicht, weil sich der 
FET IRF9640 meistens verabschiedet, inbesondere wenn der Magnetauslöser 
gegen ein bisschen Last drücken muss. Trotzdem glaube ich kaum, dass der 
Strom zu hoch ist, eher sind Spannungsspitzen das Problem. Der FET hat 
dann dauerhaft am Drain 110V, auch wenn die Gate-Source-Spannung gleich 
0 ist.

Habe ich irgendeine "Standard-Schutzbeschaltung" übersehen? Wäre für 
jede Hilfe dankbar!

Gruß,

maxwell

: Verschoben durch Admin
Autor: gasst (Gast)
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Schütz die Gates mal noch mit ein paar Z-Dioden.

Autor: gasst (Gast)
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Sorry, am P-Kanäler ist ja eine :\

Autor: Harald Hermenau (mirona)
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Hallo,

die Ursache wird wohl sein, daß Du die Transistoren nicht durchsteuerst.
Der LM339 ist ein Open-Kollektor Schaltkreis. Der erste MOSFET kann also 
überhaupt nicht eingeschaltet werden. Damit wird auch der andere MOSFET 
nicht eingeschaltet.
Dann die Gate-Source Widerstände. Die sind mit 1MOhm viel zu groß. Die 
Größenordnung liegt bei 4,7k bis 10k.
Wenn nach Deiner Schaltung die Last irgendwie eingeschaltet wird 
geschieht das nur über parasitäre Ströme die die MOSFET "irgendwie" 
einschalten.
Und, warum schaltest Du die Last gegen Plus? Da Du ja eine eigene 
Stromversorgung für die MOSFET Ansteuerung ast, kannst Du die Last auch 
mit einem N-Kanl MOSFET gegen Masse schalten. Ist einfacher.

Tschüß

Autor: gasst (Gast)
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Wofür ist denn der 22k?

Autor: Jens G. (jensig)
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die Z-Diode würde ich auf deutlich unter 20 setzen - 15V genügen auch 
(mit 20V bist Du schließlich an der erlaubten max. Gatespannung)
Bist Du dir sicher, daß der Magnetauslöser eine Freilaufdiode hat? Mach 
doch sicherheitshalber eine extra rein - kann ja nicht schaden.
Was für einen Strom zieht denn der Auslöser?

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Vorneweg: Bildformate Lesen und verstehen.
Du hast zwar ein PNG hochgeladen, dieses aber aus einem JPEG erzeugt.
Das ist in etwa so sinnvoll wie Rührei in eine Eierschale zu kleben, um 
daraus ein Küken auszubrüten.
Gleich als PNG exportieren.


Zum Thema:
Freilaufdiode ist noch in Ordnung? Oder hat es die zuerst erwischt?
Welcher Typ?
Dann: Statt 20V Z-Diode lieber einen 15V Typ nehmen. Schaltet auch 
ausreichend durch, bietet aber etwas Sicherheitsabstand.

Autor: MaWin (Gast)
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Der LM339 Komparator hat keine Hysterese und wird schwingen, wenn das 
Licht knapp an der Grenze ist. Bau eine Hysterese ein.
Bei der Gelegenheit könnte man auch mal R4 (10k nach +, der LM339 hat 
open collector) R5 und R6 auf R5=1M und R6=100k korrigieren und die 
Z-Diode umdrehen.

Autor: Gebhard Raich (geb)
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R5 erscheint mir mit 1M sehr hoch. Beim Ausschalten ist der Fet ja 
einige Zeit im Linearbetrieb. Würd ich drastisch reduzieren. Die Z Diode 
würd ich gegen eine mit 15V Z-Spannung tauschen. Weiters mit einem Oszi 
den Drainanschluß des T8 ansehen und auf Spannungsspitzen prüfen.

Grüße

Autor: I. L. (Gast)
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Moin,

> die Ursache wird wohl sein, daß Du die Transistoren nicht durchsteuerst.
> Der LM339 ist ein Open-Kollektor Schaltkreis.

damit ist alles gesagt...

1k Pullup an T1_Gate und dann klappts auch mit dem Schalten...

Oder besser gleich n LM358 drann. Sag mal, die Versorungsspanung vom 
Komparator haste schon irgendwo oder?



Gruß Knut

Autor: Thilo M. (Gast)
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Ohne das Datenblatt studiert zu haben:
sind 20V nicht das Maximum UGS? Wahrscheinlich stirbt er wegen zu hoher 
UGS beim Schalten induktiver Last.
Probier's mal mit 10V, den Strom dürfte er dann auch noch treiben 
können, schätze ich.

Autor: Jens G. (jensig)
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> die Ursache wird wohl sein, daß Du die Transistoren nicht durchsteuerst.
> Der LM339 ist ein Open-Kollektor Schaltkreis.

nur sollte dann aber gar nix schalten können - oder hat der LM339 so 
viel Leckstrom nac + ...

Autor: Maxwell (Gast)
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Harald Hermenau schrieb:
> die Ursache wird wohl sein, daß Du die Transistoren nicht durchsteuerst.
> Der LM339 ist ein Open-Kollektor Schaltkreis. Der erste MOSFET kann also
> überhaupt nicht eingeschaltet werden. Damit wird auch der andere MOSFET
> nicht eingeschaltet.

Der erste MOSFET wird schon korrekt angesteuert, zumindest arbeitet er 
und zieht den Schaltkreis am Gate des zweiten FETs auf GND. Ob er eher 
"zufällig" arbeitet, kann ich aber nicht sagen ;)

Dank auch an die anderen! Dazu noch einige Infos:

- Die Diode D1 werde ich mal mit einer 15 oder 10V Diode ersetzen.
- Der Magnetauslöser ist ziemlich nackt, von daher musste ich ohnehin 
selbst eine Freilaufdiode einsetzen (1N4007). Die ist aber noch in 
Ordnung.
- Die Last muss gegen Plus geschaltet werden, das lässt leider die 
Anwendung nicht anders zu.
- Der Komparator hat Versorgung, das Bild ist nur ein Ausschnitt aus 
einem Eagle-Plan.

Der Pullup an Gate(T1) bringt aber nur was bezüglich der 
Schaltsicherheit von T1 oder? Mit dem Schutz des 2. MOSFETs hat das 
nichts zu tun?

Würden vielleicht noch Gasableiter oder andere Schutzbeschaltungen am 
Gate des zweiten MOSFETs was bringen?

Ich würde ja gern die Schaltung von neu auf optimieren, aber das ganze 
ist schon auf Platine geätzt und zwar 12x parallel. Bisher lief auch 
alles einigermaßen sauber, nur einer der 12 Kanäle (der mit einer 
Magnetspule dran) macht nun Probleme und tötet den 9640 immer wieder 
aufs neue.

Autor: MaWin (Gast)
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> Der Pullup an Gate(T1) bringt aber nur was bezüglich der
> Schaltsicherheit von T1 oder?

Nein.

Der Widerstand nach + statt nach Masse ist für die Funktion
zwingend notwenig.
Da deine Schaltung angeblich ja manchmal funktioniert,
bestand die Hoffnung, daß er nur falsch im Schaltpolan steht,
so wie die Z-Diode

> Ich würde ja gern die Schaltung von neu auf optimieren,

Etwas überhaupt erst zum funktionieren zu bringen,
weil der bisherige Zustand einfach nur grober Murks ist,
nennt man nicht 'optimieren'.

Und wenn man voreilig war, wird man daraus vielleicht mal
was lernen, so was lernen was man für's Leben gebrauchen
kann.

Autor: Jens G. (jensig)
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Wieso ist die Z-Diode verkehrtherum? Gibt's neue Standards?

Autor: Maxwell (Gast)
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MaWin schrieb:
> Etwas überhaupt erst zum funktionieren zu bringen,
> weil der bisherige Zustand einfach nur grober Murks ist,
> nennt man nicht 'optimieren'.

Wenn es ein einziger Murks wäre, hätte es nicht monatelang funktioniert 
und würde nicht bei 11/12 der Kanäle auch weiterhin funktionieren. Aber 
ich respektiere deine Meinung, aber das muss ja in der Anonymität des 
Internets nicht auf Gegenseitigkeit beruhen.

Aber back to topic: ich werde mal die Vorschläge in den Schaltplan 
einarbeiten und nochmal vorstellen.

Autor: MaWin (Gast)
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> Wieso ist die Z-Diode verkehrtherum?

Ähm, stimmt, in diesem Fall, die Ansteuerung des MOSFETs geht ja ins 
negative.

Autor: Jens G. (jensig)
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Daß Dir das passiert - nee nee ... ;-)

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Wenn es ein einziger Murks wäre, hätte es nicht monatelang funktioniert
>und würde nicht bei 11/12 der Kanäle auch weiterhin funktionieren.

Falls dein Schaltplan nicht ein paar Fehler hat, ist die Schaltung 
völliger Murks!

Ein LM339 kann einen FET nicht einschalten, weil er einen 
Open-Kollektor-Ausgang hat. Selbst wenn der FET irgendwie angehen sollte 
(Streufelder, Kriechströme, weiß der Kuckuck), geschieht das höchst 
unzuverlässig.

Zusätzlich fehlt dem LM339 eine Hysterse, genau so wie Mawin das auch 
schon festgestellt hat. Überlege dir mal, was passiert, wenn T8 nicht 
voll durchsteuert.

Ein weiterer ganz erheblicher Schwachpunkt ist die viel zu groß gewählte 
Zenerspannung bei T8.

Wie du dich hier hinstellen und diesen Murks allen Ernstes verteidigen 
kannst, ist mir ein Rätsel. Jeder Mensch macht Fehler. Das ist nicht 
schlimm. Aber einen Fehler nicht zugeben ist einfach nur peinlich...

Kai Klaas

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Hi,

kann es sein , das die 1N4007 zu langsam ist? Wie lang sind die 
Zuleitungen zum Magnetdingens? Wieviel Strom fließt? Du schriebst, das 
110VDC, 90 Ohm anzusetzen seien. Damit fliessen 1.2A, was wiederum 134 
Watt entsprächen. Gut - kann sein. Könnte es sein, das der/die/das/diss 
Magnet für Wechselspannung ausgelegt wurde und Du nun Gleichstrom 
durchschickst?
Kannst Du die Induktivität des Magnetauslöser messen?
>Fällt Licht auf den Sensor des Fototransistors,
Ist das ein Tageslichtsensor oder ein Optokoppler?

Ich möchte mich meinen Vorredner anschliessen:

 - eingeschaltet über 22K
--> mittels Gatecharge (Parameter aus dem Datenblatt) und 22K die 
Schaltzeit bitte ausrechnen

 - ausgeschaltet über 1Mohm
--> mittels Gatecharge (Parameter aus dem Datenblatt)und 1M die 
Schaltzeit bitte ausrechnen

LM339 kann ca. 4mA , also vom Ausgang einen Pullup von 3.9 KOhm, um T1 
einzuschalten. auch hier:

 - eingeschaltet über 3.9K
--> mittels Gatecharge (Parameter aus dem Datenblatt) und 3.9K die 
Schaltzeit bitte ausrechnen

wenn man sich jetzt mal die Sättigungsspannung des Ausgangstransistors 
im  LM339 ansieht, und diese bei entsprechenden Strömen mit denen eines 
Mosfet-treibers vergleicht, kommt einem schon das Schmunzeln.

Oberhalb 10mA "Out of Saturation"...

Kurz: die Ansteuerung von T1 muss als Suboptimal angesehen werden.

Jetzt ist natürlich blöd, das Du die Platinen schon fertig hats und 
sicher nichts mehr ändern kannst, ohne den eigenen Geldbeutel 
anzufassen.

Die Schaltung gehört komplett anders - aber egal. Da ich jetzt keinen 
Push-Pull 4-fach Komparator kenne, der das gleiche Pinout hat, wie der 
LM339, musst Du bei dem bleiben. Und auch die Ansteuerung auf der 110V 
Seite muss bestimmt auch so bleiben...

 - Von R1 nach Pin5: Leiterzug auftrennen und 10K zwischenlöten
 - Über Pin 2 und 5 einen 4M7 Widerstand drüberlöten.
 - Von PIN2 nach 15V einen 3K drüberlöten
 - R5 viiel kleiner machen (2K2) schon kann es garnicht mehr als -10V am 
Gate von T2 werden.
Bitte dann die Belstbarkeit der Widerstände R5 und R4 ausrechnen und 
entsprechend vorsehen.
 - Freilaufdiode 1N4007 --> 
Beitrag "Re: Schnelle Diode gesucht"
dicht an den Transistor, Zuleitungen zum Magnetauslöser verdrillen.

 - IRF9640 --> IRF9310?? kann nur 1.8A, aber 400V.ansehen lohnt.
http://de.farnell.com/vishay-formerly-internationa...

Soweit, schönen Gruß
Axelr.

PS ich würde mit R5 gegen GND 10K und Z-Diode 15V und 47uF gegen 110V 
mir 15V "unterhalb der 110V" erzeugen und T2 mit einem TLP250 ansteuern. 
Die 15V als VCC für den TLP250.
Der LM339 hätte dann die LED vom TLP250 angesteuert.
Hätte man aber auch mal vorher fragen können...

Autor: MaWin (Gast)
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> kann es sein , das die 1N4007 zu langsam ist?

Für PWM: Ja.
Aber diese Schaltung kann kein PWM,
die Kette ist viel zu langsam dafür,
ohne Pull-Up, mit 1MOhm zum entladen.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Ich denke, der MOSFET stirbt, weil er zu heiß wird. Und dies deshalb, 
weil er nicht sauber angesteuert wird.

Die meiste Verlustleistung muß er umsetzen, wenn die 110V zu Hälfte am 
90R Magnetgedöns und zur anderen Hälfte an der Source und Drain hängen. 
Dann fließt ein Strom von 55V / 90R = 0,61A, entsprechend einer Leistung 
von 33,6W. Mit dem angegebenen Wärmewiderstand zwischen Junction und 
Ambient von 62K/W, ergibt das eine Kristall-Temperatur von 2083°C über 
der Umgebungstemperatur!

Selbst mit einem kleinen Kühlkörper wird die interne Überhitzung ihn 
wohl killen, wenn er zu lange im Übergangsbereich verweilt.

Kai Klaas

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Wie lange verweilt denn der PMOS bei 1Mohm Entladewiderstand im linearen 
Bereich? Ich hatte ja den "maxwell" oben darauf hingewiesen, das mal 
auszurechnen.

Das gar keine hohen Spannungsspitzen auftreten können, erscheint im 
Nachhinein logisch ;)) Ein aprupptes Abschalten findet ja nicht statt, 
stimmt.

Wenn man aber dann irgentwann soweit ist, und den Magnet schnell ein-und 
ausschalten kann - dann muss eine schnelle Freilaufdiode her.

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