Hallo, ich habe eine MOSFET-Halbbrücke bestehend aus 2 IRFP4568. Die Halbbrücke wird Stromgeregelt von einem PIC angesteuert. Als Gatetreiber kommen 2 1ED020I12FA von Infineon zum Einsatz, die sekundärseitig mit jeweils einem DC/DC Wandler mit 15V Ausgangsspannung versorgt werden. Der Gatewiderstand war bei 10 Ohm. Ich teste gerade das Schaltverhalten der MOSFETs und habe dafür als Drossel bzw. Last 2 Spulen eines auseinandergenommenen Synchronmotors (der dreht nicht) genommen. Momentan ist im PIC eine sehr hohe Todzeit für das sichere Abschalten der MOSFETs eingestellt. Eine PWM Periode besteht also aus: 1. unterer Transistor leitet 2. kein Transistor leitet 3. oberer Transistor leitet 4. kein Transistor leitet Beim Umschalten zwischen 2 und 3, also während der Strom durch die Freilaufdiode des unteren Transistors fließt und dann auf den oberen Transistor umgeschaltet wird kommt es zu sehr großen Überspannungen auf der DS-Strecke des unteren MOSFET. Meine Zwischenkreisspannung beträgt momentan 40V, der Spulenstrom 20A. Die DS-Spannung erreicht maximal-Werte von 140V, das ist doch deutlich zu viel, oder? Hier mal ein Bild: http://www.abload.de/image.php?img=u_gsighigh-sideundu_dtzans.png Grün: GS-Spannung des oberen MOSFET Lila: Gatestrom des oberen MOSFET Gelb: DS-Spannung des unteren MOSFET Ich messe übrigens mit 2 Differenztastköpfen und einem Agilent DSO5014A. Ich habe schon Folgendes probiert: - Gatevorwiderstand näher an den Mosfet (kein Effekt) - Ultrafast-Diode vom Drain des unteren Mosfet auf einen 1µF Folienkondensator + Entladewiderstand auf Zwischenkreis (kein Effekt) - Die MOSFETs der Halbbrücke sind durch eine 4cm Leiterbahn verbunden. Da ich zuerst dachte es liegt an der, habe ich die Mosfets in der Luft verdrahtet, direkt Beinchen an Beinchen - kein Effekt - 10nF Kondensator an die GS-Strecke des oberen Mosfet (kein Effekt) - Die MOSFETs wurden durch andere ersetzt (IRFB3607), die Zwischenkreisspannung auf 20V reduziert, der Strom auf 4A eingestellt. Wieder eine hohe Spannung von 70V auf der DS-Strecke des unteren Transistors. - Die DC/DC-Wandler die die Gatetreiber versorgen wurden jeweils durch ein potentialgetrenntes Netzteil ersetzt, auch das hat nichts gebracht. - Größerer Gatewiderstand (100 Ohm statt 10 Ohm) bringt eine Verringerung der DS Spannung auf ca 80V, allerdings braucht es auch 5µs bis das Gate geladen ist. Wo kommt diese Überspannung her? Was macht das Gate da? Wie kann man das Problem verhindern? Hier noch 2 Oszi-Bilder, Achtung, andere Farben als oben: Gatewiderstand war hier 22 Ohm http://www.abload.de/image.php?img=high-sideu_gslow-sideo7o1s.png Grün: DS-Spannung des unteren MOSFET Lila: Gatestrom des oberen MOSFET Gelb: GS-Spannung des oberen MOSFET http://www.abload.de/image.php?img=high-sideu_dslow-sidezpoym.png Grün: GS-Spannung des unteren MOSFET Lila: Gatestrom des oberen MOSFET Gelb: DS-Spannung des oberen MOSFET
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Ein Layout wäre nicht verkehrt. Vielleicht hängen die Oszillationen damit zusammen? Oder meinst du das ausschließen zu können? Gruß
Das schwingt doch wie blöd... Hast du mal ausgerechnet ob die Frequenz zu einem Schwingkreis bestehend aus deiner Drossel und der Ausgangskapazität deiner Mosfets passen könnte? Was hast du an Schutzbeschaltung? LG, Björn
Das Layout ist sicher nicht ganz optimal, ich glaube aber dass es nicht daran liegt, ich habe wie gesagt die Mosfets in der Luft verdrahtet um das ausschließen zu können. Es war wirklich Beinchen an Beinchen angelötet, näher kann man das auf einer Platine nicht zusammenbringen. Auch die IRFB3607 waren so in der Luft verdrahtet, die gingen sogar noch etwas näher zusammen, trotzdem gab es die Überspannung. Gruß EDIT: Hier mal ein Bild wie das Ganze ohne Last aussieht, es wird also nur die Spannung geschaltet, trotzdem Schwingt irgendetwas: http://www.abload.de/image.php?img=high-sideu_dslow-sidejwdq7.png Grün: DS-Spannung des unteren MOSFET Lila: Gatestrom des oberen MOSFET Gelb: DS-Spannung des oberen MOSFET
Seh ich das richtig, dass das Oszilloskop auf 50ns / div. eingestellt ist? So ne Schwingung ist genau ein Kästchen breit also liegt das bei etwa 20 MHz. Das schon ziemlich hoch. Da würde ich auch mal in Richtung der Aussage von Björn R. (sushi) untersuchen.
Jo, da schwingt was mit ca. 28 Mhz (1/35nS). Das zusammenbrechende Magnetfeld in der Spule schubst den Schwingkreis aus Spule und parasitären Cs an. Deine Last ist offensichtlich nicht für PWM Betrieb gedacht. Du kannst aber in die Zuleitungen Dämfungsdrosseln setzen, um den Effekt zu verkleinern. Kleinere Totzeiten verringern den Effekt natürlich auch, da der Schwinkreis dann nicht mehr frei schwingen kann.
Wie sieht es mit der Eingangskapazität Cin aus? Low ESR und so nah wie möglich an die Beine der MOSFETs?
Erstmal danke fürs Verschieben! Direkt an den MOSFET-Beinchen angelötet sind 270µF low-ESR Elektrolytkondensator und 1µF Folienkondensator. Auf der Platine aufgelötet sind 6x 270µF, das Bild ist das Selbe, zu wenig Kapazität ist es wohl nicht... Hier mal ein Bild von einer rein ohmschen Last, auch da die Schwingungen. Die Überspannung ist nichtmehr so stark: http://www.abload.de/image.php?img=ohmschelastty91d.png Gelb: DS-Spannung unterer FET Grün: GS-Spannung oberer FET Ich würde sagen, das Einzige was jetzt anders ist, ist der Strom durch die Freilaufdiode. Ist das evtl auf den Rückwärtsstrom der Freilaufdiode zurückzuführen? Mit der Draininduktivität und der Sperrschichtkapazität könnte es Schwingungen geben, oder? Was macht bitte das Gate da? Auch hier gibt sehr starke Schwingungen, woher kommen die? Gruß
Hallo Stefan, ich bin mir nicht sicher, ob das was Du gemessen hast auch wirklich vorhanden ist. Es sieht danach aus, als ob Du Dir da einiges in die Tastköpfe einkoppelst. Stell doch bitte ein Bild vom Aufbau mit den angeschlossenen Tastköpfen hier rein. Ich vermute, dass das Problem dort begraben ist. Stefan Essig schrieb: > Als Gatetreiber kommen 2 > 1ED020I12FA von Infineon zum Einsatz, die sekundärseitig mit jeweils > einem DC/DC Wandler mit 15V Ausgangsspannung versorgt werden. Der > Gatewiderstand war bei 10 Ohm. Die Treiber sind sehr gut! Mit 15V tust Du Dir allerdings keinen Gefallen. Mit 12V handelst Du Dir weniger Schaltverluste ein. Stefan Essig schrieb: > Ich teste gerade das Schaltverhalten der MOSFETs und habe dafür als > Drossel bzw. Last 2 Spulen eines auseinandergenommenen Synchronmotors > (der dreht nicht) genommen. Keine gute Idee. Sowas ist für hohe Frequenzen ungeeignet (da hohe Kapazität). Nicht dass Du das Ding über der Eigenresonanz betreibst. Mit was für einer Frequenz taktest Du denn? Stefan Essig schrieb: > - Gatevorwiderstand näher an den Mosfet (kein Effekt) Logisch. Der Treiber muss näher ran, nicht der Widerstand. Anhand der Oszibilder sieht man aber, dass der Treiber nah genug dran bzw. der Gatewiderstand hoch genug ist. Stefan Essig schrieb: > - Die MOSFETs der Halbbrücke sind durch eine 4cm Leiterbahn verbunden. Naja, das ist sicher nicht optimal. > Da ich zuerst dachte es liegt an der, habe ich die Mosfets in der Luft > verdrahtet, direkt Beinchen an Beinchen - kein Effekt Dann sieht es danach aus, als ob die Halbbrücke nicht gut (d.h. zu hohe Induktivität) an den Zwischenkreiskondensator angekoppelt ist. Mit einer Freiluftverdrahtung bekommst Du das auch nicht weg. Der Zwischenkreiskondensator ist hoffentlich ein Folien- oder Keramikkondensator!? Stefan Essig schrieb: > Wo kommt diese Überspannung her? Du schaltest hart auf die Bodydiode des anderen FETs... Miss bitte einmal den Ausgangsstrom der Halbbrücke zusammen mit beiden Gate-Source Spannungen der FETs und die Drain-Source Spannung des unteren FETs. Zeige bitte zwei drei ganze Zyklen und zusätzlich den Bereich wo der eine FET aus- und der andere einschaltet. Falls die Störungen echt sein sollten, vermute ich, dass die Kapazität Deiner Lastspulen zu hoch ist und Du die Dinger überresonant betreibst. Dann schaltest Du hart auf eine Kapazität, was dann so aussehen kann. Daniel
Hallo, ein Punkt zusätzlich zu denen meiner Vorforisten, mit dem ich selbst schon zu tun hatte. Wenn der Strom durch die Body-Diode des LSS fliesst und danach der HSS beim Einschalten diesen Strom übernimmt, hängt es von der Höhe des Stromes, der Steilheit bei Übernahme und vor allem der Technologie des LSS ab, ob starke Überschwinger entstehen können. In meinem Beispiel betrieb ich einen schnellen HSS mit einer Freilaufdiode als LS-Element. Der Einfachheit halber nahm ich einen MOS mit kurzgeschlossenem Gate-Source. Nach etlichen Versuchen ersetzte ich den LSS durch einen MOS anderer Technologie und das Problem war stark gemindert bis kaum noch sichtbar. ser's Otto_kar
Es hilft jetzt eigentlich nur noch abwechselndes Messen und Rechnen, bis du die Ursache der Schwingung gefunden hast. Schau, wo überall Induktivitäten und Kapazitäten auftauchen, vor allem auch die Parasitären, und rechne die Resonanzfrequenzen denkbarer Schwingkreise aus. Eine davon sollte deine 28Mhz treffen... Falls das dann nicht durch bloßes umdesignen wegzubekommen ist, lies dir mal dieses durch: http://space.dianyuan.com/blog/u/50/1170381240.pdf Die Energie, die du vorher in der Schwingung hattest, wird dann allerdings im Snubber verbraten. Aber immerhin killt sie nicht den Transistor. Regenerative Snubber gibts natürlich auch, wird dann aufwändiger.. LG, Björn
Sorry, dass ich mich erst jetzt wieder melde, ich hab in der Zwischenzeit noch einiges gemessen und ausprobiert. Hier noch ein paar Bilder bei 66V Zwischenkreisspannung und 20A Motorstrom: 2 komplette PWM-Perioden: http://www.abload.de/img/schaltvorgnge20agecex.png Einzelner high-side Ein-Aus Schaltvorgang: http://www.abload.de/img/schaltvorgang20a70c70.png high-side MOSFET schaltet ein: http://www.abload.de/image.php?img=highsideeinschaltvorgdbcvg.png high-side MOSFET schaltet aus: http://www.abload.de/image.php?img=highsideausschaltvorgqdifn.png Für alle Bilder gilt: grün: U_GS high-side MOSFET gelb: U_DS high-side MOSFET rosa: U_GS low-side MOSFET lila: U_DS low-side MOSFET Ich schalte mit 20kHz PWM-Frequenz. Mittlerweile hab ich folgendes ausprobiert, aber immer diesen hohen Peak bzw. die nachfolgende Schwingung gemessen: - 2 andere Layouts (Gatetreiber direkt an den Mosfets) - andere Gatetreiber - andere Mosfets (IRFB4410, IRF530N, IRFB3607, IRFB4127) - andere Tastköpfe - Tektronix Oszi anstatt dem Agilent mit passendem 100MHz Differenztastkopf. - niedrigere Verriegelungszeit - rein ohmsche Last (50W Lastwiderstand, hier wird das Schwingen zu einem schönen Sinus) Außerdem hab ich mir von 2 Wissenschaftlichen Mitarbeitern bestätigen lassen, dass ich mir da definitiv nichts durch meinen Messaufbau einfange. Unabhänig davon, dass bei den beiden anderen Schaltungen die Zwischenkreise auf jeden Fall besser angebunden sind wie bei mir würde ich sagen, dass es an einer schlechten Zwischenkreisanbindung nicht liegen kann... sonst müsste ja der HS-MOSFET auch so hohe Überspannungen haben beim Abschalten. Auch im HS-MOSFET gibt es eine Bodydiode, warum messe ich da nicht so eine hohe Spannung wenn der MOSFET abschaltet? Hat noch jemand eine Idee woran das liegen könnte? Gruß Stefan Edit: Fast vergessen, bei einer Schaltung habe ich bei 80V Zwischenkreisspannung Peaks von 190V gemessen. Diese Schaltung ist aber ca 30x im Einsatz und wird mit 130-150V Zwischenkreisspannung betrieben. Die MOSFETS müssten also reihenweise ausfallen. Das war auch der Grund warum ich einfach mal 66V Zwischenkreisspannung bei meinen MOSFETS eingestellt habe. Die Spannung geht jetzt auf 180V hoch, die MOSFETS leben aber nach ca einer halben Stunde Lastbetrieb immernoch.
ThirdOctaveBand schrieb: > Hallo Stefan, > > ich bin mir nicht sicher, ob das was Du gemessen hast auch wirklich > vorhanden ist. Es sieht danach aus, als ob Du Dir da einiges in die > Tastköpfe einkoppelst. > > Stell doch bitte ein Bild vom Aufbau mit den angeschlossenen Tastköpfen > hier rein. Ich vermute, dass das Problem dort begraben ist. So sehe ich das auch. Ohne ein solches Bild sind die Messungen praktisch wertlos. Auch wenn du (oder noch jemand anders) denk(s)t, dass das Layout nicht die Ursache ist, stell es trotzdem rein. Zumindest die betroffene Stelle des Layouts. Alles andere ist müßig. Merke: Fehlerquellen von Anfang an auszuschließen ist das Todesurteil der Fehlersuche.
Stefan Essig schrieb: > - rein ohmsche Last (50W Lastwiderstand, hier wird das Schwingen zu > einem schönen Sinus) Das macht mich stutzig. Da darf natürlich kein wie auch immer gearteter Schwinger auftreten. Ich bitte dich, auch mal die Zwischenkreisspannung zu oszillografieren um zu sehen, ob die sauber ist. Ich habe hier schon einige H-Brücken gebaut (meistens 3-Phasen) und schalte damit bis zu 420 Volt für Drehstrommotore und im Niedervoltbereich bis zu 100 Ampere auf PMSMs, aber da gibts bis auf kurze Gegen-EMK Spitzen keine Schwingungen. Alles auch bei so ca. 16-32 kHz. Irgendwo hast du da einen Schwingkreis gebaut, womöglich sogar mit den Messleitungen des Oszis. Stefan Essig schrieb: > Diese Schaltung ist aber > ca 30x im Einsatz und wird mit 130-150V Zwischenkreisspannung betrieben. > Die MOSFETS müssten also reihenweise ausfallen. Da sie das offensichtlich nicht tun, könnte es wirklich sein, das du einem Phantom nachjagst, das nur durch die Messung entsteht...
Mal eine ganz andere Frage: Was verleitet dich dazu deine hübschen 47kB Screenshots nicht hier hochzuladen, damit sie auch noch ein bisschen länger halten, sondern sie in über 2MB Werbemüll einzubetten? Verdienst du da dran? Nun aber nix wie weg ....
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Ich kann leider erst am Montag wieder Fotos machen... Dass ich mir durch meinen Messaufbau etwas einfange halte ich auch deshalb für unmöglich, da ich an der Gate-Zuleitung einen deutlichen Stromanstieg sehen kann wenn die Spannung am high-side Gate einbricht. Die Messleitungen gehen direkt nach oben weg, es ändert sich auch nichts wenn ich die Leitungen anders lege... Dass ich mit den Messleitungen einen Schwingkreis produziere halte ich auch nicht für möglich, ich habe mit 2 verschiedenen Differenztastköpfen sowie mit 2 verschiedenen normalen Tastköpfen gemessen. Ausserdem habe ich sicherheitshalber einen 2. identischen Differenztastkopf parallel zum 1. geschaltet, die Schwingfrequenz hätte sich dann ja ändern müssen, tat sie aber nicht. Der Peak wird immer schwächer je näher man an die Zwischenkreisspannung herangeht. Gemessen gegenüber dem Zwischenkreis-GND habe ich am low-side MOSFET Drainkontakt 180V, am Lastanschluss sind es grob 140V am high-side Source Kontakt noch ca 100V, am high-side Drainkontakt dann nur noch ca 75-80V und am Zwischenkreiskondensator selbst sind es dann zwischen 66 und 70V. Im Anhang ein Bild einer Halbbrücke, das Layout ist sicher nicht optimal, muss aber aus mechanischen Gründen so sein. Und bevor jetzt wieder Kommentare kommen bezüglich langer Gate-Leitungen und sonstigen Schwachstellen in meinem Layout: Es ist mir bewusst, dass das alles nicht optimal ist, darum habe ich ja auf den beiden anderen Schaltungen gemessen die ziemlich optimal aufgebaut sind. Die Gatetreiber sind bei der einen Schaltung direkt am Gate angebracht (toplayer Gatetreiber, bottomlayer MOSFET) und die Verbindungen zwischen den MOSFETS sind einmal 12mm und einmal 5mm lang. Trotzdem gibt es diese Peaks und Schwingungen. Das mit den Bildern fand ich, da ich mich ja immer auf ein bestimmtes Bild beziehe, sinnvoller als hier etliche Bilder im Anhang zu haben und niemand weiß mehr welches ich meine. Gelöscht werden die Bilder erst wenn ich das manuell mache, hab ich aber nicht vor. Dass da Werbung kommt war mir nicht bekannt, ich surfe mit Werbeblocker... Gruß EDIT: wieder was vergessen, das komplette Toplayer ist Zwischenkreis-GND ohne irgendwelche störenden Leiterbahnen
>Mal eine ganz andere Frage: >... Richtig. >Außerdem hab ich mir von 2 Wissenschaftlichen Mitarbeitern bestätigen >lassen, dass ich mir da definitiv nichts durch meinen Messaufbau >einfange. Egal, was die sagen: was ergibt sich, wenn Du die Tastkopfspitze genau dort auf Masse angeschließt, wo auch die Taskkopfmasse angeschlossen ist? Und benutzt Du auch wirklich den Tastkopfmasseanschluß. Oder etwa eine lange Masseverbindung zum Oszi?
>Das mit den Bildern fand ich, da ich mich ja immer auf ein bestimmtes >Bild beziehe, sinnvoller als hier etliche Bilder im Anhang zu haben und Man kann auch schreiben "erstes Bild", "zweites Bild", ..., oder aber anhand der Dateinamen referenzieren. Was ist da so schwierig dabei? >niemand weiß mehr welches ich meine. Gelöscht werden die Bilder erst >wenn ich das manuell mache, hab ich aber nicht vor. Oder wenn die Seite dicht macht ...
Wenn ich die Tastkopfspitze genau dort auf Masse angeschließe, wo auch die Taskkopfmasse angeschlossen ist messe ich immer 0V. Natürlich verwende ich den Tastkopfmasseanschluss und keine lange Leitung. Ich habe auch alle Tastköpfe an die Oszi-Prüfkontakte gehalten, da messe ich das was man messen soll...
Stefan Essig schrieb: > Und bevor jetzt wieder Kommentare kommen bezüglich langer Gate-Leitungen > und sonstigen Schwachstellen in meinem Layout: Es ist mir bewusst, dass > das alles nicht optimal ist, darum habe ich ja auf den beiden anderen > Schaltungen gemessen die ziemlich optimal aufgebaut sind. Das spielt auch nicht sooo eine Rolle. Meine ersten PMSM Drives für unseren 4kW Motor hatte ich mit 15cm langen Kabeln an den Gates, weil die (damals noch) IGBTs auf einem Kühlkörper waren und die IR Treiber eben auf der MC Platine. Es hilft also nichts, du müsstest langsam mal den Schaltplan rausrücken - mit besonderer Betonung auf dem Zwischenkreis, den MOSFets, der Last und ein Stückchen der Gatetreiber.
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Hier die Schaltpläne von Halbbrücke und Gatetreibern, der low-side Gatetreiber ist exakt identisch aufgebaut. Die DEsat-Erkennung wurde zum testen auch schon abgeklemmt, hat nichts gebracht. Gruß
Die Frage ist jetzt natürlich, wie weit C1 und C2 von der Halbbrücke entfernt sind. Wir hatten auch zuerst den Fehler gemacht, die Elkos zu weit weg zu platzieren und kamen damit auf etwas merkwürdige Wellenformen an den Phasen. (Zwar nicht so extrem wie deine 28Mhz, aber schon verformt). Da sollte auch noch was kleineres keramisches ran, 100n-470n schaden da nicht. Der ACS Sensor sollte unkritisch sein, das ist ja nur ein dicker Bügel.
Bei den anderen Schaltungen die ich durchgemessen habe war ein 1µF Folienkondensator an den MOSFETs. Auch an meinen Aufbau habe ich den drangelötet, ohne Besserung. Im Gegenteil: der Peak wurde 10V höher. Wie weit C1 und C2 von den Transistoren weg sind sieht man auf dem Layout von oben, das sind so ca 30-40mm von den Kondensator-Pins zu den entsprechenden Mosfet-Pins. Gruß
Stefan Essig schrieb: > Im Gegenteil: der Peak wurde 10V höher Das ist doch ein wichtiger Hinweis. Es hat also was mit den Cs zu tun, oder zumindest mit der Zwischenkreisschalung. Mach da mal versuchsweise noch was dickes in unmittelbare Nähe der MOSFets. Wir reden von ca. 20 Ampere? Dann nimm mal 1000u/2200u und mess das.
Hallo Stefan, nur um sicherzustellen, daß Du Jens G. auch richtig verstanden hast, möchte ich Dich bitten mal einen Plot mit der hier gezeigten GND-Anbindung hochzuladen, damit wir sichergehen, daß das auch wirklich das richtige Signal ist. Was mich stutzig macht, und die These von Jens unterstützt ist, daß Du bei 100ns/Div eine solch starke Positions-/Spannungsabhängigkeit hast. Sah Deine Ground Clip wirklich in etwa so aus?? [http://www.cliftonlaboratories.com/userimages/Update202.jpg] Wenn nicht, dann bau das bitte mit ca. 8-10cm blankem Kupferdraht nach, und wiederhole Deine Messung (GND anlöten!). Mal schaun, was Du da wirklich hast. Notfalls könnte man das Signal auch über einen 100nF Kerko direkt in ein Tastkopfkabel einkoppeln, nach dem Kerko mit 50-Ohm am Kabeleingang belasten und das Oszi auf 50-Ohm stellen. Das Signal, das Du dann siehst ist auch wirklich da, auch wenn die Amplitude darunter leidet... Gruß Volker
Stefan Essig schrieb: > Unabhänig davon, dass bei den beiden anderen Schaltungen die > Zwischenkreise auf jeden Fall besser angebunden sind wie bei mir würde > ich sagen, dass es an einer schlechten Zwischenkreisanbindung nicht > liegen kann... sonst müsste ja der HS-MOSFET auch so hohe Überspannungen > haben beim Abschalten. Mit diesem Argument kannst Du diese Schlussfolgerung nicht treffen. Mit dem HS-FET schaltest Du nicht hart auf die Diode. Deswegen sieht die Kommutierung dort besser aus. Wenn Du die Stromrichtung umkehrst, wird der HighSide FET die Überspannung sehen. Stefan Essig schrieb: > Auch im HS-MOSFET gibt es eine Bodydiode, warum messe ich da nicht so > eine hohe Spannung wenn der MOSFET abschaltet? Wenn alle FETs abgeschaltet sind, zieht die Induktivität ihren Strom durch die Ausgangskapazitäten der beiden FETs und lädt sie um. Die Body-Diode kann zu diesem Zeitpunkt nicht leiten, da sie in Sperrichtung liegt. Bei diesem Schaltvorgang bist Du im Soft Switching. Ich sehe an den Scope-Bildern, dass Deine Halbbrücke einfach zu viel Induktivität im Kommutierungspfad hat. Die Highside und die Lowside Drain-Source Spannungen müssten sich (im Idealfall) immer zur Zwischenkreisspannung addieren. Sobald eine der beiden überschwingt, wird die andere negativ, sodass die Body-Diode Vorwärtsspannung sieht. Vor allem direkt beim Umschalten, aber auch bei allen folgenden Schwingungen, reisst der Rückwärtsstrom in der Diode ab, sodass die Kommutierungsinduktivität eine hohe Spannung erzeugt und eine weitere Schwingungsperiode anregt. Leider kann ich den Kommutierungspfad in Deinem Altium-Layout nicht komplett erkennen. Was auffällt, ist die GND-ZK Leiterbahn im Zwischenlayer. Die verursacht natürlich massiv Induktivität, wenn Du Dir einmal die Fläche ansiehst, die sie mit dem restlichen Strompfad aufspannt. Die beiden Zwischenkreis-Elkos haben auch eine riesige Induktivität im Massekreis. Das Problem ist das Layout, nichts anderes. Achte bei der Auswahl der FETs darauf, dass sie eine schnelle Diode haben und schalte nicht ganz so schnell ein (ca. 12 Ohm am Gate). Das sollte etwas helfen, wird das Problem aber nicht wegbekommen.
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an ThirdOctaveBand: Ich habe keine Leiterbahn im Zwischenlayer, die GND_ZK Leiterbahn ist auf dem Toplayer, allerdings wird die von einem Polygon komplett "verschluckt". Dass es am Layout liegen soll, kann ich mir wirklich nicht mehr vorstellen, ich messe diese Peaks ja auch bei Luftverdrahtung und auf anderen Layouts. Ich habe jetzt nochmal gemessen, dabei hab ich wie im Post von oben die Messspitze mit Draht umwickelt und dann damit gemessen. Bisher hatte ich die Masse-Klemmen verwendet die am Tastkopf angesteckt werden können. Mit 4 Tastköpfen gleichzeitig zu messen ist ohne Klemmen auch etwas umständlich... Die Messleitung wird bei dieser Messung (und auch bei allen anderen) immer mit mindestens 30cm Abstand zu allen anderen Kabeln zum Oszi geführt. Wie man sehen kann wird der Peak sogar höher :( Gruß
Hallo Stefan, Danke für die Durchführung der Messung und das hübsche Foto ;-) JETZT glaube ich, daß dieser Peak wirklich da ist. Kannst Du bitte den Stromlaufplan im obigen Bild "Halbbruecke.PNG" noch mit Deiner Last ergänzen (vom Signalanschluß "Phase" bis zu ???)? Aber bitte nicht aus dem Gedächtnis zeichnen, sondern GENAU nachsehen, wie Du die Last wirklich angeschlossen hast, nur um sicherzugehen. Die Werte Deiner Last wären auch nett. Danke Gruß Volker
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Meine Last besteht ja aus 2 der 3 Spulen einer Motorwicklung (der Motor dreht sich nicht!). Der Gesamtwiderstand beträgt 0,25 Ohm. Wie es mit der Induktivität aussieht kann ich nicht genau sagen. Während der 5µs in denen der HSS leitet, und somit 66V anliegen, steigt der Strom um etwa 0,5-0,75A an. Über die Differentialgleichung der idealen Induktivität errechnet sich damit eine Wicklungsinduktivität von 440-660µH. Der 1. Anschluss dieser Wicklung ist auf der Platine festgelötet (dunkelgrünes Kabel beim "Messung.jpg"-Bild aus meinem letzten Post). Der 2. Anschluss ist über ein Kabel am GND von einem potentialgetrennten Netzteil angeschlossen. Der 3. Anschluss hängt frei in der Luft. Ich habe das Ganze mal grob aufgezeichnet, siehe Anhang. Dass es an dem Motor oder an dem Kabel liegt, das vom Motor zum Netzteil geht kann eigentlich nicht sein, das habe ich schon versucht auszuschließen. Bei den beiden anderen Schaltungen die ich getestet habe hing nur eine Ohmsche Last ohne jegliche Kabel direkt auf dem Zwischenkreis-GND Gruß
Hallo Stefan, Danke. Jetzt mach mal bitte direkt am Netzteil eine Diode (min 200V, 20A, trr<100ns, oder wenn Du keine hast einen FET identisch zur anderen Halbbrücke mit kurzgeschlossener GS-Strecke als Diode) von GND nach 66V (Oszibild 1), und wenn Du magst auch noch einige Elkos mit sagen wir mal in Summe 22mF, 100V auch direkt am Netzteil (Oszibild 2), und zeig mir bitte die zwei Oszibilder ;-) Gruß Volker
Das mit dem Transistor kann ich leider erst morgen probieren, ich komme heute nichtmehr ins Gebäude rein. Ich hab das Netzteil schon durch einen Bleiakku ersetzt, das hat leider nichts gebracht. Auch dem Netzteil eine Doppelschichtkondensatorbank mit 6,5F und 130V Spannungsfestigkeit als Stützkondensator zu spendieren hat nicht geholfen. Es hat sich da um Maxwell Boostcaps gehandelt, die ordentlich Strom liefern können. Allerdings hat die Bank auch einen ESR von 0,1 Ohm. Morgen werde ich das mit der Diode und normalen Elkos testen... Gruß
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Also ich hab jetzt mal ne Diode direkt ans Netzteil gehängt. Ich habe eine BYT 30PI-400 verwendet. Die ist zwar schon veraltet, aber sie erfüllt die Vorraussetzungen und war das Einzige was gerade greifbar war. Es war pro PWM-Peripode ein kleiner Peak zu sehen, ich hab da dann mal reingezoomt. Ich hoffe es hilft was. Gruß
Danke, mit meiner Beschreibung war gemeint, wo Du die Diode anschließen sollst, als Messung hätte ich gern einen identischen Meßaufbau wie aus Deinem Beitrag vom "02.07.2012 14:51", der Plot "scope_0.png" Sorry, habe ich nicht so geschrieben. Eigentlich sollte der hohe Peak mit Einsatz der Diode weg sein. In Realität hast Du an jedem Anschluß eine Halbbrücke, und die parasitären Dioden ermöglichen einen Freilauf, der jetzt über die zusätzliche Diode laufen sollte. Wo soll sonst die Energie in der Motorwicklung hin, wenn Du Deinen HS abschaltest ?? Gruß Volker
Halt, Denkfehler, das alleine reicht natürlich nicht!
Ich habs jetzt auch mal simuliert. Nur wenn Dein Pufferkondensator zu weit weg ist (L) oder die Diode Deines LS-FETs NICHT funktioniert, dann bekommst Du solche Spannungsüberhöhungen. Du bist sicher, daß der LS-FET voll funnktionsfähig ist??
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Ja, bin ich, ich habe heute nochmals ein Oszi-Bild einer seit Jahren funktionierenden Schaltung gemacht. Diese Schaltung hat - bis auf das Netzteil mit dem ich sie versorgt habe - nichts mit meiner Schaltung zu tun. Trotzdem messe ich bei 40V Zwischenkreisspannung an den dort eingesetzten 100V MOSFETS einen 160V peak an der DS-Strecke des low-side MOSFET. Es schwingt ebenfalls, allerdings nicht so stark. Gruß
Eventuell ist die Deadtime auch einfach nur viel zu lang. Wenn beide Fets ausgeschaltet sind, muss ja die Energie aus der Lastinduktivität irgendwo hin. Ich denke mehr als unbedingt nötig sollte man nicht in diesem Zustand verharren.
Im Datenblatt ist die Zeit die der Mosfet zum Schalten benötigt gesamt (also turn on delay und turn on rise time) mit 146ns angegeben. Beim Abschalten ist er wohl schneller. Die letzten Messungen wurden alle mit einer Todzeit von 200ns gemacht. Die Änderung der Todzeit hatte keinen Einfluss auf die Überspannungen. Gruß
Stefan Essig schrieb: > Die Änderung der Todzeit hatte keinen > Einfluss auf die Überspannungen. Wie jetzt? Wenn die Totzeit jetzt nahe am Idealwert ist, wo sollen denn dann die Schwingungen herkommen bzw. warum fliessen sie nicht ab? Sie müssen doch entweder auf der Masse oder der positiven Versorgung im Zwischenkreis wieder auftauchen, es sei denn, deine MOSFets haben sehr hohe Induktivitäten oder Rds ON, das kann ich mir aber nicht vorstellen.
Die Überspannung scheint sich schon irgendwie abzubauen. Halte ich die eine Messspitze an den Source des low-side MOSFET (also quasi auf Zwischenkreis GND, so ist die Überspannung direkt am Drain am Größten. Sie wird immer kleiner je weiter ich Richtung der Zwischenkreisspannung gehe. Dieses Verhalten habe ich oben schonmal beschrieben: Stefan Essig schrieb: > Der Peak wird immer schwächer je näher man an die Zwischenkreisspannung > herangeht. Gemessen gegenüber dem Zwischenkreis-GND habe ich am low-side > MOSFET Drainkontakt 180V, am Lastanschluss sind es grob 140V am > high-side Source Kontakt noch ca 100V, am high-side Drainkontakt dann > nur noch ca 75-80V und am Zwischenkreiskondensator selbst sind es dann > zwischen 66 und 70V. Gruß
>Dass es an dem Motor oder an dem Kabel liegt, das vom Motor zum Netzteil >geht kann eigentlich nicht sein, das habe ich schon versucht >auszuschließen. Bei den beiden anderen Schaltungen die ich getestet habe >hing nur eine Ohmsche Last ohne jegliche Kabel direkt auf dem >Zwischenkreis-GND Wie hast Du denn das ausgeschlossen? Und Ohmsche Last ohne jegliches Kabel - wie geht das? Ein paar cm werden wohl dabei gewesen sein (am Ende wars vielleicht sogar ein normaler gewickelter Last-R?) Die Spitze hat eine Anstiegszeit von vielleicht 5ns, und schlappert dann mit vielleicht 50MHz herum. Das dürfte wohl keine Motorinduktivität sein, sondern schlicht und einfach Leitungsinduktivität.
Hi, Leitungsinduktivität kann durchaus sein... kannst Du die Kabel auf ein Minimum verkürzen und bei identisch optimalem Meßaufbau eine Vergleichsmessung machen? Übrigens, hast Du zum Zeitpunkt des Überschwingens mal die GS-Strecke von HS und LS gemessen, bzw. den Strom durch die zwei FETs? ev kann Dein Treiber die FETs nicht vollständig zuhalten ??? Ich hatte eine Halbbrücke und sehr kurze Ansteuerpulse mit hohem dU/dt. Obwohl der LS FET an GS - direkt am Plastikkörper bei TO220 - kurzgeschlossen war, hat er kurz (~40ns) aufgemacht... kapazitive Kopplung .
Jens G. schrieb: > Ein paar cm werden > wohl dabei gewesen sein Ja klar waren die dabei, aber im Gegensatz zur Motorwicklung ist die Induktivität gering, man sollte also einen Unterschied sehen, oder nicht? Was bringt es die Kabel zu verkürzen? Die Motorinduktivität ist doch ohnehin viel größer als die der Kabel. Nichts desto Trotz habe ich eine solche Messung schon an der anderen Schaltung gemacht die ich auch vermessen habe. Überall so kurze Verbindungen wie möglich, trotzdem kaum ein Effekt. Kapazitive Kopplung scheint mir noch die passendste Lösung des Problems zu sein. Ob die FETs da kurz aufmachen kann ich morgen mal testen, wird dann allerdings ein luftverdrahteter Aufbau sein damit man auch messen kann, bei mir auf der Platine geht das leider nicht. Gruß
Mach doch bitte mal ne Reihenmessung mit sukzessiver Verringerung der Deadtime. Wenn möglich, kannste ja dann auch einmal den Strom durch die Brücke gleich mitmessen, um zu sehen, ab wann hier überhaupt Cross conduction einsetzt. Es wäre schon mal gut zu sehen, ob es einfach an der fehlenden "Klammer" durch zu viel Deadtime liegt. Wenn das halt alles nicht hilft, dann eben doch Einsatz eines Snubbers.
Stefan Essig schrieb: > Ja klar waren die dabei, aber im Gegensatz zur Motorwicklung ist die > > Induktivität gering, man sollte also einen Unterschied sehen, oder > > nicht? > > Was bringt es die Kabel zu verkürzen? Die Motorinduktivität ist doch > > ohnehin viel größer als die der Kabel. Die Schaltzeiten sind recht knackig, wir reden von 20A in 150ns. In dieser Zeit übernimmt der HSS den Strom. In der gleichen Zeit werden Induktivitäten führend von der Last zur Freilaufdiode-LSS stromlos. Damit sie das können, muss erst mal eine Spannung anliegen. Je höher das eingeprägte dI/dt und je höher das betreffende Zuleitungs-L, um so höher ist die entstehende Spannungsspitze. U=L*dI/dt. Jeder mm zählt, da er ca. 1.2nH hat. Die Last führt ja weiterhin Strom, daher ist deren Verhältnis zu den Zuleitungs-L's hier eher uninteressant. Ser's Otto_kar
Ghost schrieb: > Wenn das halt alles nicht hilft, dann eben doch Einsatz eines Snubbers Das ist mit Vorsicht zu geniessen. Ich habe damit bei unseren 4kW 3-Phasenmotoren schlechte Erfahrungen gemacht, die Spitzen werden nicht etwa geringer, sondern höher, weil der Snubber-C mit der Motorinduktivität einen schönen Schwingkreis bildet. Ausserdem steigt der Stromverbrauch und die Verlustleistung der MOSFets recht stark an, da man ja mit Absicht die Flankensteilheit verringert. Also wirklich nur wenns nicht anders zu lösen ist, den Snubber einbauen. Kräftige Zuleitungen, niederohmige Lastkreise und ein sauberer, belastbarer Zwischenkreis sind da viel wirksamer. Im Moment ist mein Eindruck, das evtl. der Highside Treiber schuld ist, wenn ich mich nochmal auf die Oszillagramme in diesem Beitrag beziehe: Beitrag "Re: Mosfet Halbbrücke hat starke Überspannungen am unteren FET" Der Highside Treiber wird mit 12 Volt getrieben? Ich kann zu dem Chip nichts sagen, da ich die IR2110/2112 Serie benutze, bei denen das nicht so passiert. Ich weiss, das es wahrscheinlich nicht so einfach ist, aber evtl. wäre es eine gute Idee, versuchsweise einen anderen Highside Treiber einzusetzen. Die IR211X gehen hier vermutlich nicht, weil sie im Lockout Fall die Lowside brauchen um sich wieder freizuschalten, aber vllt. hast du noch was anderes rumliegen.
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