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
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?
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.
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.
HIP4081.png
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