Guten Abend, ich hab hier ein Problem beim Bau eines Fahrtreglers (Modellbau). Im Screenshot zu sehen eine Aufnahme der Gatespannungen an High- & Lowside MOSFET. Ich habe bei höheren Batteriespannungen das Problem, dass die Source-Spannung negativ ggü. Ground wird, dadurch zerstört sich dann irgendwann mein Halbbrückentreiber. Frage: Wie kann man diesen Effekt genau erklären und wie kann ich Ihn beeinflussen? mit freundlichen Grüßen und schon mal vielen Dank für Tipps und Erklärungen. Jens
Angehängte Dateien:
@Jens Dierks (jedi82) >Frage: Wie kann man diesen Effekt genau erklären und wie kann ich Ihn >beeinflussen? Liegt wahrscheinlich an der zu wilden Verkabelung -> Induktivität -> Schwingkreis. Siehe Artikel Treiber. MfG Falk
Angehängte Dateien:
-
tn_DSC05530.JPG
82 KB
hmm, ich hab mir eigentlich Mühe mit den Kabeln gegeben - siehe Bild der Anlage ;)
darfst du das Layout deines Leistungsteils posten? Meist liegt da der Hund begraben. vl kann ich dir dann ein paar Tips geben, hab sowas schon mal erfolgreich gebaut.
Moin, wird schwierig. Bzgl. Layout-Guidelines sind ettliche Appnotes eingearbeitet, allerdings bin ich jetzt über andere Threads auf das Thema Zwischenkreis gestoßen. Den hab ich bisher immer etwas stiefmütterlich behandelt. Hab da gerade zwei billige 500µF Elko drinnen. Außerdem nutze ich aktuell noch die FET-internen Bodydioden. Macht es an der Stelle Sinn zusätzliche Freilaufdioden zu verwenden. Wichtig: Ich möchte nicht nur basteln. Wäre klassen wenn mir jemand den Spannungsverlauf auf dem oberen Screenshot grob erklären könnte, damit ich auch verstehe warum die Spannung so ins Negative geht. vielen Dank, Jens
Mir ist jetzt leider nicht 100%ig klar, wo du was gemessen hast, mit deinem Screenshot. Ein kleiner Schaltplan (+ ggfs Layout) würden da helfen. Die Miller- (Gate-Drain) Kapazität des FETs hast du berücksichtigt? Durch die schlagen schnelle Änderungen der Drain-Spannung auf das Gate durch. Hier hilft ein stärkerer Treiber, der den Peak einfach schlucken kann. Falls du Gate-Widerstände drinne hast: Brücken oder kleiner machen, nochmal nachmessen. Ebenfalls wichtig: Wie hast du die Masseverbindung zu deinem Oszi-Tastkopf hergestellt? Evtl. ist deine Gate-Spannung ganz in Ordnung, und nur das lange Krokokabel zu GND ist schuld...
Hi, also die Messpunkte waren geweils Source und Drain und Highside und Lowside. Es gibt 180 Ohm Gatewiderstände. Die gleiche Messung hab ich schon mal mit 47 Ohm Gatewiderständen und einer Antiparallelen Shottkydiode gemacht, allerdings waren die negativen Spikes dann noch schlimmer (-4,5V).
Wo war denn bei deinen Messungen die GND-Klemme deines Scopes gehangen? Das ist wichtig um die Aufnahmen interpretieren zu können. Durch Induktivitäten im Zwischenkreis wird beim Abschalten des HS FETs das Source des LS Mosfets - samt Treiber-GND und Gate - nach unten gezogen. Mit dem Effekt, dass die Gatetreiber den Überspannungsheldentod sterben. Deswegen die Frage: War Oszi-GND direkt am Source des unteren FETs oder irgendwo an der Schaltung? Was waren das für bescheidene Appnotes? Zwischenkreis ist einer der wichtigsten Punkte im Layout-Design! 45-Ohm Gatewiderstand ist jetzt noch nicht soo wahnsinnig wenig, da muss etwas im argen liegen
Bez Freilaufdioden: Bei Niederspannungmosfets (<200V) sind die Body-dioden (bis auf die Flussspannung) nicht so schlecht. IMHO Optimale Lösung ist es, einen aktiven Freilauf zu implementieren. Mit dem richtigen Gatetreiber bekommt man den gratis.
Die Beschreibungen sind auf die Entfernung schon etwas Vage. Grundsätzlich wären schnelle Freilaufdioden einen Versuch wert und beim Schalten von Induktivitäten unverzichtbar. Evtl. mal auch ohne Last versuchen. Dann könntest du noch vor und nach den Widerständen messen, dann weißt du, ob und in welche Richtung Ströme fließen. Über mögliche Messfehler solltest du dir natürlich immer Gedanken machen.
Zur Messung habe ich ein Oszi mit zwei isolierten Eingängen verwendet. Abgriff ist direkt an den Pins der TO220-MOSFETs erfolgt. Der Gatetreiber stirbt tatsächlich relativ häufig ;) Ich hab heute den Zwischenkreis mit 3 x 1000µF Low ESR gestützt. Super direkt angebunden, also niedrige Zuleitungsinduktivität. Die Peaks waren nach wie vor da. Was ich komisch finde ist, dass diese Peaks auch dann auftreten wenn ich nur 1% DutyCylce fahre, also eigentlich keinen nennenswerten Strom ziehe. Das kann ich mir nicht erklären.
> Gatespannungen an High- & Lowside MOSFET. > Ich habe bei höheren Batteriespannungen das Problem, dass die > Source-Spannung negativ ggü. Ground wird, > dadurch zerstört sich dann irgendwann mein Halbbrückentreiber. Source der Low-Side-MOSFETs ist direkt mit Masse verbunden ? Ist dein Gate negativ genau in dem Moment, in dem der Low-Side-MOSFET in Rückwärtsrichtung durch den Abschaltstrom durchflossen wird, die Body-Diode also als Freilaufdiode wirkt ?
ja, Source des Lowside-FET ist gleich der Masse. Da ist kein Shunt dazwischen. Die Bodydiode dient als Freilauf, ja. Die ist von den Werten her auch recht gut (trr=35ns). Im Prinzip müsste ich doch jetzt verhindern, dass der Abschaltstrom zu schnell aufhört zu fließen - dann würde auch die Induktionsspannung kleiner werder, richtig? ... Aber wie geht sowas?
1. Negative Spikes am Gate können auch ein Messproblem sein. Wenn Du eine hart-schaltende Halbbrücke (unter Betriebsspannung) betreibst, dann werden je Schaltvorgang die parasitätren Kapazitäten in der DS-Strecke umgeladen. Wenn Du mit der Bezugmasse deines Oszis am Drain misst, dann fließt dieser Spitzenstrom durch die Leitung und erzeugt über die Drain Leitungswiderstand und Streuindiktivität einen Spannungspeak. -> Schau dir das Datenblatt an, ob das bei deinem MOSFET überhaupt ein Problem ist!! Viele MOSFETs erlauben +/-20V am Gate!! 2. Ich bezweifele, dass dieser Spike dein eigentliches Problem ist!! Welche Betriebsspannung hast Du? Welche Spannungsfestigkeit besitzen die MOSFETs? (TYP?) Werden die MOSFETs im unbelasteten Zustand sehr warm?
okay das klingt nicht ganz unplausibel! Meine FET können 80V/75A und ich arbeite bisher mit max 36V. Wie messen denn dann die Kollegen hier im Forum das Schalten der Gates? Ohne Bezugspannung der Highside-Source kann ich ja den realen Spannungsverlauf am Gate gegen über GND schlecht messen weil floatend...
> Aber wie geht sowas?
Verkürze mal die Dead-Time, den Oszillogrammen nach auf die Hälfte.
@MaWin Ein Verkürzen der Deadtime sollte eigentlich ein Durchbrennen der Halbbrückenmosfets nicht verhindern können (sofern keine resonante/weichschaltende Topologie). @Jens Brennen die FETs auch ohne angeklemmte Last durch, oder nur wenn der Motor dran hängt? Schließ doch mal eine rein ohmsche Last an. In den meisten Fällen brennen die MOSFETs durch, weil der Peakstrom, Dauerstrom oder die maximale Spannung überschritten wurden. In ganz doofen Fällen auch, weil die Gatespannung außerhalb der Spek liegt. Man rechnet in einem guten Halbbrücken-Aufbau mit ca. 40% Überspannung an den Schaltern. (36V * 1.4 = 50V) Bei einem schlechten Layout des Leistungsteils kann diese Grenze durch hohe parasitäre Induktivitäten jedoch leicht darüber liegen. Ebenso wirkt sich ein schlechter Zwischenkreis aus. Miss doch mal an den MOSFETs die Zwischenkreisspannung während des Schaltvorgangs.
Nee,also ohne Last werden die FET's auch nicht warm. Ich werd mal die Überspannung am Zwischenkreis messen. Spricht etwas dagegen die Gates zusätzlich mit Zenerdioden gegen Überspannung zu schützen? Müstte dann ja theoretisch auch beim Entladen der Gates beschleunigen, oder?
Nochmal: Ich weiss nicht welchen MOSFET Du konkret verwendest. Ich habe zur Verdeutlichung von IRF einen 80V Typen ausgesucht. Die erlauben +20V bis -20V am Gate (Absolute Maximum Rating). Da stören Deine -5 nicht die Bohne! Bei einigen Anwendungen werden sogar explizit Gatetreiber verwendet, die zwischen einer negative und positiven Spannung schalten (-5V und +15V). Die Schwellenspannung für die Typischen MOSFETs / IGBTs liegen um +2..+5V. Mit einer negativen Gatespannung kann man die Einschalt- und Ausschaltzeit symmetrieren. Jedenfalls gehen dadurch die MOSFETs NICHT kaputt! Lies selbst: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irf7493pbf.pdf
@ Mischu, besten Dank, hab ich verstanden. Ich verwende IRF3805 MOSFET. Kann es sein, dass ein unsynchronisiertes Update des DutyCycles der Center-Alligned PWM Kanäle zu diesen Schwingungen führt?
Bei dem FET sind ziemliche Kapazitäten am Werk und vielleicht presst das Umschwingen der Last das Gate da drüber ins negative. Kleinere Gate-Widerstände können das Umschalten noch beschleunigen.
also ich bin gerade auf einer ganz heißen spur. könnte nämlich doch die software schuld sein. und zwar nutze ich ja ein 6-kanaliges PWM auf einem S12XF. Die MCU ist perfekt für Motor Control ausgestattet, aber leider ist die Konfiguration etwas aufwändig. jedenfalls fahre ich bisher in einem Modus, bei dem jeder PWM-Kanal seinen eigenen Timer hat. Untereinander sind die Kanäle also nicht synchronisiert. d.h. ich habe mit zunehmeder Laufzeit Schwebungen in der Ansteuerung. Geht wahrscheinlich so weit, dass die Gatetreiber teilweise nur einen kurzen Peak sehen, und dann wieder sperren müssen. Scheint ja mit "hardwerker"-Erfahrungen nicht so einfach zu erklären^^ Grüße schon mal und danke für's mitdenken!
ähem Sollten beide Pfade (auch nur kurz) überlappend an sein, hast Du einen Halbbrückenkurzschluss. -> KaBummm Mit individuellen Timern in einer MCU ist immer das Problem, dass die Software diese Timer nur nacheinander starten kann (es sei denn es gibt eine Möglichkeit die Timer zu konfigurieren und dann auf einen Befehl hin zu starten). Das beste ist, wenn Du nur eine PWM-Einheit nutzt für eine Halbbrücke und dir die Totzeit von einem Halbbrücken-Gatetreiber erzeugen lässt (oder einer dedizierten Hardware aus Mono-Flops). Manche MCUs (Du hast über Dein konkretes System extrem wenig verraten) haben Timer, die auch eine PWM mit Totzeit für mindestens 3 Phasen erzeugen können.
Wenn die Timer von der gleichen Taktquelle aus laufen und die gleichen Einstellungen haben, dann sind die bereits (durch die Taktquelle) synchronisiert.
so leute, der takt der 6 kanal pwms kam def. nicht aus einer takt-quelle. jetzt tut er das. im moment bin ich leider ohne oszi, allerdings messe ich nochmal im lauf der woche nach. mein demoboard läuft jetzt mit den neuen einstellungen. bisher hat der bldc motor eine drehzahl von ca. 6000/min erreicht. durch die synchronisierung der pwms über eine taktquelle läuft der motor jetzt bis zu 9500/min. über dieses detail hatte ich mir bisher überhaupt keinen kopf gemacht - man lernt nicht aus. ich poste mal screenshots, sobald ich wieder ans ein oszi komme. grüße!
Ein Oszi hab ich zwar bisher nicht zur Hand genommen. Der Effekt ist aber auch ohne Oszi sehr gut zu sehen. Der Controller läuft unabhängig von Batteriespannung und Strom sauber. Hier ein kleiner Teaser für alle fleisigen Helfer. Lautstärke aufdrehen und Vorfreude auf E-Mobilität aufbauen. http://www.myvideo.de/watch/7568471/1500W_E_Kart_with_sinusodial_inverter
Hört sich nett an! Wo bastelst Du genau? Privatprojekt? Uni? oder streng geheime Firma? Damals am Institut wurde auch ein Benzinkart zugelegt um daraus einen "Prüfstand" für Elektromobilität zu bauen. Weiss nicht ob daraus was wurde ...
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.