Hallo zusammen, ich experementiere momentan an einer H-Brücken Schaltung für einen DC-Motor in der Größenordnung 800W (bei 24V). Dazu habe ich mithilfe des HIP4081A eine entsprechende Schaltung aufgebaut. Datenblatt und Application Notes habe ich gelesen und damit die Bauteile dimensioniert (Bootstrap-Kondensatoren Dioden Widerstände). Trotz sorgfältigem Aufbau nach der angehängten Schaltung sind mir leider schon 2 HIPs direkt abgeraucht, nachdem ich den Disable-Pin auf 0V gezogen habe und eine 50% PWM-Frequenz für den Stillstand des Motors bei etwa 32kHz angelegt habe. Die Signallevel Disable, PWM und /PWM habe ich per Oszi kontrolliert, die sind in Ordnung. Da der HIP laut Datenblatt nur wenige mA ziehen sollte verwundert mich das schon etwas und lässt auf einen grundlegenden Fehler in der Beschaltung schließen? Bevor ich nun direkt weitere der doch recht kostspieligen ICs grille würde ich mich gerne mal nach ein paar Vorschlägen umhören, wie ich den Fehler eventuell besser eingrenzen kann. Hat jemand eine Idee? Gruß, Herbert
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Haben die FET Freilaufdioden?
Axel Düsendieb schrieb: > Haben die FET Freilaufdioden? Ja, haben sie. Den Mosfets ist allerdings auch nichts passiert, nur der HIP allein hat auf einmal einen irre Strom (>1A!!) gezogen und ist dann natürlich abgeraucht. Gruß! Herbert
Noch eine Anmerkung: Im Prinzip bin ich gar nicht sicher, ob die Freilaufdioden im Allgemeinfall überhaupt benötigt werden. Durch die Ansteuerung per PWM und invertiertem PWM-Signal werden ja in der Freilaufphase die jeweils gegenläufigen Mosfets aktiv geschaltet. Wenn also während des ON-Cycles Q1 und Q8 leiten, werden während des OFF-Cycles Q2 und Q7 aktiv geschaltet. Da die Induktivität den Strom weiter treibt, müsste dann der Strom über die Spannungsversorgung / Akkumulator aufgenommen werden. Ich bin garnicht sicher, wie ein geregeltes Labornetzteil mit der Situation umgehen würde? Das sollte man lieber direkt an einem Akkumulator testen, oder?
Wie sieht der Aufbau aus? Mach mal ein Bild. Die HIP4081 sind anfällig gegenüber falschem Aufbau und resultierenden Spannnungsspitzen.
Yep korrekt, der HIP4081 ist 'ne echte Pussy mit starker Tendenz irgendwann aus unerfindlichen Gründen Suizid zu begehen... Ich würd das Ding rausfeuern und IR2113 oder so nehmen. Wenn Du keine 100% duty-time auf der HighSide brauchst, brauchst Du auch die internen Ladungspumpen nicht.
Im Anhang die Vorder- und Rückseite der Schaltung. Alle stromführenden Leitungen am HIP sind auf der Oberseite geführt, die reine Logik-Beschaltung auf der Unterseite per Kupferlitze. Die Zuleitungen zu den Mosfet-Gates sind möglichst kurz gehalten. Die Bootstrap-Kondensatoren sind lediglich 200nF Folienkondensatoren, ich hatte allerdings nur noch welche mit hoher Spannungsfestigkeit und dementsprechender Größe da.
Ja, genau sowas geht mit dem HIP4081 nicht. Die Zuleitungen sind vielleicht kurz gehalten, aber trotzdem VIEL zu lang und vor allem überhaupt nicht verdrillt. Dadurch haben die ziemlich fies hohe Induktivität, die zusammen mit der Gatekapazität ordentlich rumklingelt und Spannungsspitzen erzeugt. Die Folienkondensatoren sind auch viel zu groß und zu weit räumlich entfernt vom HIP4081. Abblockkondensatoren sind wohl überhaupt keine vorhanden? Lies dir bitte mal sämtliche AppNotes zum HIP4081 und zu den Floating Gate-Drivern durch. Bei IRF gibts auch gute AppNotes dazu.
Danke für deine Beurteilung Simon, dass hilft mir schon einmal weiter. Ich hatte die AppNotes gelesen, dass allerdings erst speziell für deutlich höhere Frequenzen als relevant eingeschätzt. Der HIP kann immerhin bis zu 1MHz - ich nutze lediglich 32kHz. die Versorgungsleitung ist mit Abblockkondensatoren versehen, wo fehlen denn noch welche?
Herbert schrieb: > Danke für deine Beurteilung Simon, dass hilft mir schon einmal weiter. > Ich hatte die AppNotes gelesen, dass allerdings erst speziell für > deutlich höhere Frequenzen als relevant eingeschätzt. Der HIP kann > immerhin bis zu 1MHz - ich nutze lediglich 32kHz. die Versorgungsleitung > ist mit Abblockkondensatoren versehen, wo fehlen denn noch welche? Mit der Frequenz hat das garnichts zu tun. Zumindest nicht mit der Schaltfrequenz, sondern der Flankensteilheit. Und die ist immer gleich. Wo sind denn die Abblockkondensatoren und was für welche sind es?
Stimmt natürlich, mein Denkfehler :/ Flankensteilheit könnte ich ja auch mit einem höheren Gatewiderstand abschwächen. du meinst also die einzelnen Gatezuleitungen sollten jeweils einzeln verdrillt werden? ich muss mich da dringend in die Materie einlesen. vielen Dank für die wichtigen Anregungen, da gibt es ja tatsächlich eine Menge zu beachten, ich muss zugeben das Thema deutlich unterschätzt zu haben.... gruß, Herbert
Ich hatte mit dem HIPpie bei nur 360Hz Probleme. Wie gesagt, ich würd das Ding wegschmeißen und was vernünftiges benutzen. Der HIP ist mir einfach nicht zuverlässig genug, als daß ich ihm meine Leistungs-FETs anvertrauen möchte. Meine, die Schaltung soll ja auch auf Dauer funktionieren und nicht irgendwann aus dem Nichts heraus explodieren nur weil dem Gate-Treiber irgendeine minimale Spannungsspitze nach dem letzten Batteriewechsel nicht gepasst hat.
Ben _ schrieb: > Ich hatte mit dem HIPpie bei nur 360Hz Probleme. Wie gesagt, ich würd > das Ding wegschmeißen und was vernünftiges benutzen. Der HIP ist mir > einfach nicht zuverlässig genug, als daß ich ihm meine Leistungs-FETs > anvertrauen möchte. Meine, die Schaltung soll ja auch auf Dauer > funktionieren und nicht irgendwann aus dem Nichts heraus explodieren nur > weil dem Gate-Treiber irgendeine minimale Spannungsspitze nach dem > letzten Batteriewechsel nicht gepasst hat. Ich habe die HIP als ausgesprochen unproblematische Teile in Erinnerung, was bisher zu vielen Platinen mit je 2 HIP4081 als Treiber einer 48V/5A - Endstufe geführt hat. Es hat bisher defakto keine Ausfälle gegeben (heftiger Umgebungsbedingungn) und das deutet eher auf ein Problem des OP und nicht auf das des HIP hin. Das Problem des OP wird sich durch "was vernünftiges" auch nicht lösen, wenn er grundlegende Dinge wie: Datenblatt lesen AN lesen Erkenntisse in Form einer geeigneten Schaltung anwenden vermeidet Grüße MiWi
Yep, nur ich hab die design rules aus dem Datenblatt wirklich umgesetzt... Stromschleifen vermieden, Gate und Gate-Return wenn man den so nennen möchte dicht beieinander und so kurz wie möglich, verschiedene Konfigurationen an Gate-Widerständen und Bootstrap-C's probiert, völlig egal, dieses IC baut einfach nur Scheiße. Fängt an bei Nichtfunktion und geht bis zu Fehlsteuerungen, die das im Datenblatt so vergötterte IC eigentlich genau verhindern sollte und die ohne mechanische Strombegrenzung eine Zerstörung der Vollbrücke zur Folge gehabt hätten. Einmal hatte ich richtig Schwein, daß die für 400A(peak) geeignete Endstufe leistungsfähiger war als das Akkukabel. Nee danke, HIP-Dreck kommt mir nie wieder auf die Platine! Die gleiche Schaltung mit 2xIR2113 funktionierte übrigens auf Anhieb zuverlässig.
Hallo Zusammen kann es sein, dass die Verdrahtung der Leistungs - Fets falsch ist. Meine auf dem Bild zu erkennen, dass das Gate mit dem Source eine Brücke bildet. Laut Datenblatt ist der erste Pin nur das Gate! MFG GVW
Hallo, Herbert schrieb: > Bevor ich nun direkt weitere der doch recht kostspieligen ICs grille > würde ich mich gerne mal nach ein paar Vorschlägen umhören, wie ich den > Fehler eventuell besser eingrenzen kann. Hat jemand eine Idee? Ich habe mehrere EC-Motoren mit dem HIP4086 aufgebaut und anfangs eine sehr hohe Ausfallrate der Brückentreiber gehabt. Die wichtigste Maßnahme zur Erhöhung der Lebensdauer war die Schutzbeschaltung aus FIGURE 13 in dieser Application-Note: http://www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/an96/an9642.pdf Zur Wirkungsweise: Transiente auf den Motorzuleitungen können dazu führen, dass diese Anschlüsse negativer werden als die Masse. Damit laden sich die Bootstrapkondensatoren auf mehr als Vdd auf -- und himmeln dann den Brückentreiber. Also in die Highside-Source-Leitungen Serienwiderstände und Klemmdioden gegen Masse einbauen. Weitere Maßnahmen waren Klemmdioden (gegen Vdd) und Entladewiderstände an den Lowside-Gates. Grüßle, Volker.
Wenn ich das so lese kann ich die ganze Kacke auch gleich diskret aufbauen, da brauche ich wahrscheinlich weniger Teile als um dieses IC zum Laufen zu kriegen!
Volker Bosch schrieb: > Weitere Maßnahmen waren Klemmdioden (gegen Vdd) und Entladewiderstände > an den Lowside-Gates. Hi Volker, wie muss ich das mit den Klemmdioden verstehen? Hast du alle Eingänge gegen Überspannung (also Klemmdiode gegen VDD) abgesichert? Ich habe die Erfahrung gemacht, dass der HIP extrem empfindlich gegenüber Spannungsspitzen jeglicher Art ist..
Hallo Herbert, > Volker Bosch schrieb: >> Weitere Maßnahmen waren Klemmdioden (gegen Vdd) und Entladewiderstände >> an den Lowside-Gates. > wie muss ich das mit den Klemmdioden verstehen? Hast du alle Eingänge > gegen Überspannung (also Klemmdiode gegen VDD) abgesichert? Nein, beide Aussagen beziehen sich auf die Lowside-Gates. > Ich habe die Erfahrung gemacht, dass der HIP extrem empfindlich > gegenüber Spannungsspitzen jeglicher Art ist.. ...und vor allem auf Überspannungen am Bootstrap-Kondensator. Deshalb sind m.E. die Klemmdioden an den Highside-Sources (hinter den Serienwiderständen) sehr sinnvoll, ibs. wenn das Layout nicht so ganz optimal ist. Die Jungs wissen schon warum sie das in ihrer AppNote empfehlen (Fig. 13)... Grüßle, Volker.
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Hi Volker, danke für die rasche Antwort. Volker Bosch schrieb: >> Ich habe die Erfahrung gemacht, dass der HIP extrem empfindlich >> gegenüber Spannungsspitzen jeglicher Art ist.. > > ...und vor allem auf Überspannungen am Bootstrap-Kondensator. Deshalb > sind m.E. die Klemmdioden an den Highside-Sources (hinter den > Serienwiderständen) sehr sinnvoll, ibs. wenn das Layout nicht so ganz > optimal ist. Hm, evtl. hast du dich undeutlich ausgedrückt, aber die Beschaltung der Highside-Sources aus Figure 13 wirkt doch nur gegen Unter-Spannungen an den Bootstraps, also wenn das Potential an den Sources durch Transiente auf unter 0V fällt? Gegen Überspannungen kann man das ganze ja imho gar nicht schützen, da durch die Bootstraps gewollt eh ein Potential größer VDD erzeugt wird. Ich habe mal deinen Hinweis bzgl. der Klemmdioden gegen VDD an den Lowside-Gates aufgenommen. Es würd mich sehr freuen, wenn du einen kurzen Blick in die angehängte Schaltung, speziell rechts die Schutzbeschaltung werfen könntest. Ich bin da leider etwas unsicher und jeder Fehlerfall grillt immer direkt einen HIP4081... Gruß! Herbert
Hallo Herbert, Herbert schrieb: > Hm, evtl. hast du dich undeutlich ausgedrückt, aber die Beschaltung der > Highside-Sources aus Figure 13 wirkt doch nur gegen Unter-Spannungen an > den Bootstraps, also wenn das Potential an den Sources durch Transiente > auf unter 0V fällt? So, und jetzt überlegst Du Dir mal, was passiert, wenn die Kathode des Bootstrapkondensators auf, sagen wir mal -10V absinkt aufgrund einer Spannungsspitze an einem der Brückenausgänge. Beachte, dass die Anode des Kondensators auf (ca.) 12V liegt. Welche Spannung wird der Kondensator annehmen? In meiner Antwort vom 1.1. hatte ich das übrigens auch schon ausführlich beschrieben. Naja, ist ja fast ein halbes Jahr her, das kann man ja schon mal vergessen und die gutmütigen Trottel, die hier Gratissupport leisten, schreiben das ja sicher gerne noch einmal, die haben ja sonst nix zu tun :-( > Gegen Überspannungen kann man das ganze ja imho gar nicht schützen, Doch, siehe oben. > da > durch die Bootstraps gewollt eh ein Potential größer VDD erzeugt wird. Das verstehe ich jetzt nicht! Die Spannung über dem Bootstrapkondensator soll in Deinem Fall 12V betragen. Nicht mehr und nicht weniger (wenn man von der Dioden-Durchlassspannung absieht). > Ich habe mal deinen Hinweis bzgl. der Klemmdioden gegen VDD an den > Lowside-Gates aufgenommen. Es würd mich sehr freuen, wenn du einen > kurzen Blick in die angehängte Schaltung, speziell rechts die > Schutzbeschaltung werfen könntest. Sieht auf den ersten Blick korrekt aus. Die Entladewiderstände an den Lowside-Gate sollten für mein Verständnis deutlich kleiner ausfallen. Ich nehme immer 10k. Ausserdem würde ich sie direkt am Gate anschließen und nicht hinter dem Gate-Vorwiderstand. > Ich bin da leider etwas unsicher und jeder Fehlerfall grillt immer > direkt einen HIP4081... Welche Fehlerfälle meinst Du jetzt? Mal 'ne andere Frage: Wenn Du die Schaltung aktivierst, stellst Du auch sicher, dass die Bootstrapkondensatoren sicher aufgeladen werden. Oder, anders gefragt: Schaltest Du bei jeder Halbbrücke zuerst den Lowside-MOSFET ein? Grüßle, Volker.
Hallo Volker, Volker Bosch schrieb: >> Gegen Überspannungen kann man das ganze ja imho gar nicht schützen, > > Doch, siehe oben. Sorry, ich hatte mich undeutlich ausgedrückt. Ich bezog mich mit "Überspannung" nicht auf die Spannung, sondern das Potential an den High-Sources. Dass die Boostraps eine Überspannung aufweisen, wenn das Potential negativ wird, ist klar. Ich hab deine Antwort oben durchaus noch im Kopf und bin dir für den "Gratissupport" überaus dankbar ;) Volker Bosch schrieb: > Die Entladewiderstände an den > Lowside-Gate sollten für mein Verständnis deutlich kleiner ausfallen. Okay, klar. Volker Bosch schrieb: > Wenn Du die Schaltung aktivierst, stellst Du auch > sicher, dass die Bootstrapkondensatoren sicher aufgeladen werden. Oder, > anders gefragt: Schaltest Du bei jeder Halbbrücke zuerst den > Lowside-MOSFET ein? Ehrlich gesagt habe ich den HIP einfach nach Figure 5 aus den Application Notes beschaltet, sprich AHI und BHI auf High und ALI und BLI auf PWM bzw. /PWM. 50% PWM entsprechen also einem "Stillstand", da ich einen stark induktiven Motor treibe. Prinzipiell führt das dazu, dass nach dem Einschalten des HIP (Disable auf Low), das erste mal die beiden High-Side Mosfets relativ langsam durch die Ladungspumpe (lt. AN schafft diese 25mA Peak) geladen werden, sich die Mosfets also direkt nach dem Start einmal verhältnismäßig lange im linearen Bereich bewegen. Da ich aber eine induktive Last habe und in diesem Fall der Strom sehr klein bleibt (da aus dem Stillstand heraus), sollte das meiner Meinung nach keine Probleme machen. Hab ich da einen Denkfehler? Herzlichen Dank nochmal für deine Hilfe und Gruß, Herbert
Hallo Herbert, Herbert schrieb: > Prinzipiell führt das dazu, dass nach dem Einschalten des HIP (Disable > auf Low), das erste mal die beiden High-Side Mosfets relativ langsam > durch die Ladungspumpe (lt. AN schafft diese 25mA Peak) geladen werden, > sich die Mosfets also direkt nach dem Start einmal verhältnismäßig lange > im linearen Bereich bewegen. Da ich aber eine induktive Last habe und in > diesem Fall der Strom sehr klein bleibt (da aus dem Stillstand heraus), > sollte das meiner Meinung nach keine Probleme machen. > Hab ich da einen Denkfehler? Ich dächte nicht im Traum daran so etwas zu machen -- und schon gar nicht bei einem solchen Motor: > 800W (bei 24V) Wenn Dir stets die Highside-MOSFETs sterben, würde mir das zu denken geben. Wurde der Strom gemessen oder "denkst" Du nur. Hast Du das halbe Jahr genutzt um eine richtige Leiterplatte aufzubauen oder verwendest Du nach wie vor den gausigen Aufbau, den Du oben gezeigt hast? Wo befindet sich der Zwischenkreiskondensator? Sag' jetzt bitte nicht hinter 2m Kabel... Mein letzter Rat: Entsorge den Aufbau und mach' ein richtiges Layout. Mehr kann ich Dir nicht helfen. Grüßle, Volker.
Hallo Volker, Volker Bosch schrieb: > Hast Du das halbe Jahr genutzt um eine richtige Leiterplatte aufzubauen zwar leider nicht das ganze halbe Jahr, weil ich auch noch ein paar andere Sachen zu tun habe, aber ja ich betreibe das ganze natürlich inzwischen mit einem "richtigen" Board, ein Platinenlayout habe ich hier: Beitrag "Review 1. Platinenlayout H-Brücke mit Treiber" online gestellt. Ist mit Sicherheit alles andere als perfekt aber schon einmal ein Fortschritt ;) Und das noch keine Veriss-Antworten kommen, die hier ja mehr als üblich sind, nehme ich auch mal als kleines positives Zeichen... Gruß, Herbert Volker Bosch schrieb: > Wenn Dir stets die Highside-MOSFETs sterben, würde mir das zu denken > geben. Mir sind noch nie die Mosfets abgeraucht, sondern stets nur der HIP.
Hallo Herbert, Herbert schrieb: > inzwischen mit einem "richtigen" Board, ein Platinenlayout habe ich schön. > hier: > Beitrag "Review 1. Platinenlayout H-Brücke mit Treiber" Ist das jetzt ein einseitiges Layout? Wie wird die lowside Drain mit der highside Source verbunden? Wo ist die Last angeschlossen? Und vor allem: Wo ist der Zwischenkreiskondensator? > Mir sind noch nie die Mosfets abgeraucht, sondern stets nur der HIP. Beim 4086 war die Ladungspumpe extrem sensibel. Bei Deiner -- gelinde gesagt -- "unkonventionellen" Power-On-Strategie würde mich da nichts wundern... Grüßle, Volker.
Volker Bosch schrieb: > Ist das jetzt ein einseitiges Layout? Wie wird die lowside Drain mit der > highside Source verbunden? Wo ist die Last angeschlossen? Genau, es ist einseitig. Die angesprochenen Verbindungen wurden mit entsprechendem Kupferdraht möglichst kurz verdrahtet. > Und vor allem: Wo ist der Zwischenkreiskondensator? C10 und C11 im Schaltplan. > Beim 4086 war die Ladungspumpe extrem sensibel. Bei Deiner -- gelinde > gesagt -- "unkonventionellen" Power-On-Strategie würde mich da nichts > wundern... Gut, ich sehe ein, dass das zu kurz gedacht war. Werde ich im nächsten Layout ändern und dafür sorgen, dass erst eine gewisse Zeit beide Lowsides eingeschaltet werden.
Herbert schrieb: >> Und vor allem: Wo ist der Zwischenkreiskondensator? > > C10 und C11 im Schaltplan. Nein, das sind die Bootstrap-Cs. Ich rede von Kondensatoren, die den Zwischenkreis stützen und Überspannungsspitzen begrenzen, die bei der Kommutierung vom einen MOSFET auf die Freilaufdiode des anderen entstehen. In der Applikationsschaltung des Datenblatts ist dieser übrigens auch eingezeichnet. Ich würde ganz stark vermuten, dass der hier durchaus seine Existenzberechtigung hat, auch wenn er in einer idealen Welt keine solche hätte... Ich sehe bei meinen MOSFET-Brücken stets einen Folienkondensator in der Größenordnung Mikrofarad zwischen Highside-Drain und Lowside-Source vor.
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