Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Probleme mit HIP4081 Schaltung


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von Pepe (Gast)


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Hallo.
Ich habe die angehängte Schaltung. Ist schon etwas älter und leider 
ziemlich Fehler anfällig. D.h. sie brennt regelmäßig einfach durch.

Last: Motor 24V / 400W mit PWM 20Khz.
Netzteil: 24V / 600W

Damit die Schaltung überhaupt läuft, kommt sie auf einen massiven 
Kühlkörper mit zusätzlichem Lüfter. Und dann wird sie noch ziemlich 
heiß.

Wenn Sie durch brennt, sind meistens zwei IGBT Paare (Q1/Q2 bzw Q3/Q4) 
durchgebrannt. Der HIP ist dann eigentlich auch immer tot. Was zuerst 
abraucht, kann ich nicht sagen.

Ich hab jetzt schon einige Punkte gefunden, die mir nicht gefallen sind:

- Die IKW25T120 haben eine Turn-Off Delay von 560ns. Der HIP hat laut 
Datasheet eine DeadTime von max. 120ns. Das passt wohl nicht wirklich
zusammen. Die IGBTs werde ich durch MOSFETs ersetzen.

- Die R2/R10 für die DeadTime wurden auf 1M gesetzt, obwohl laut DS 
eigentlich nur 250K verwendet werden sollten. Wahrscheinlich wollte da 
der Entwickler die DeadTime noch höher setzen ;-)

- BHI / AHI sind offen. Sollen wohl eher auf 12V.

- Warum C1 und C2 durch die D3 getrennt wurden, verstehe ich nicht. 
Außerdem frage ich mich für was D3 überhaupt gut ist. Als Schutzdiode 
vor Rückspeisung
durch die Bremsenergie wohl eher nicht, da ja nur der "Spannungsbereich" 
für den HIP nach der Diode kommt.

- Wir verwenden den Treiber auch noch mit einem kleineren Motor 
(24V/250W). Da müssen die Gate-Rs auf 39R erhöht werden. Sonst brennt 
der Treiber auch durch. Warum dies so ist, kann ich mir ehrlich gesagt 
nicht erklären.

Ich bin um jeden Hinweis dankbar. Danke, Pepe.

von Pepe (Gast)


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Ups. Schaltung 2x angehängt...

von bastler (Gast)


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warum nicht mosfets statt der Transistoren würd ne menge Abwärme sparen

von Pepe (Gast)


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Pepe schrieb:
> Die IGBTs werde ich durch MOSFETs ersetzen.

Werde ich auch machen.

von bastler (Gast)


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tut mir leid, hab ich böderweise überlesen! :-)

Was ist denn alles bei U2

von Pepe (Gast)


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?????

von Christian L. (cyan)


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Ist der Motor sauber entstört? Ich hatte auch schon Probleme mit dem 
HIP4081. Offenbar reagiert er sehr empfindlich auf Störungen, welche 
dann die Ladungspumpe zerstören. Er zieht dann einiges an Strom und 
stirbt. Anschließend sorgte er für einen Halbbrückenschluss. Nur durch 
die Strombegrenzung des Netzteil konnte größerer Schaden an den MOSFETs 
verhindert werden.

Auch andere haben diese Erfahrung bereits gemacht:
Beitrag "Re: Fehler in H-Brückenschaltung mit HIP4081"

von Pepe (Gast)


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Das Netzteil ist leider ziemlich ausreichend, da noch einiges andere mit 
dran hängt. Der Strom reicht auf alle Fälle aus, um eine 8mm Breite 
Leiterbahn, die noch extra verzinnt ist, ( 75um Kupfer) aufzuschmelzen. 
Werde mir mal die Motorentstörung anschauen...

von MiWi (Gast)


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Pepe schrieb:
> Hallo.
> Ich habe die angehängte Schaltung. Ist schon etwas älter und leider
> ziemlich Fehler anfällig. D.h. sie brennt regelmäßig einfach durch.
>
> Last: Motor 24V / 400W mit PWM 20Khz.
> Netzteil: 24V / 600W
>
> Damit die Schaltung überhaupt läuft, kommt sie auf einen massiven
> Kühlkörper mit zusätzlichem Lüfter. Und dann wird sie noch ziemlich
> heiß.
>
> Wenn Sie durch brennt, sind meistens zwei IGBT Paare (Q1/Q2 bzw Q3/Q4)
> durchgebrannt. Der HIP ist dann eigentlich auch immer tot. Was zuerst
> abraucht, kann ich nicht sagen.
>
> Ich hab jetzt schon einige Punkte gefunden, die mir nicht gefallen sind:
>
> - Die IKW25T120 haben eine Turn-Off Delay von 560ns. Der HIP hat laut
> Datasheet eine DeadTime von max. 120ns. Das passt wohl nicht wirklich
> zusammen. Die IGBTs werde ich durch MOSFETs ersetzen.
>
> - Die R2/R10 für die DeadTime wurden auf 1M gesetzt, obwohl laut DS
> eigentlich nur 250K verwendet werden sollten. Wahrscheinlich wollte da
> der Entwickler die DeadTime noch höher setzen ;-)
>
> - BHI / AHI sind offen. Sollen wohl eher auf 12V.
>
> - Warum C1 und C2 durch die D3 getrennt wurden, verstehe ich nicht.
> Außerdem frage ich mich für was D3 überhaupt gut ist. Als Schutzdiode
> vor Rückspeisung
> durch die Bremsenergie wohl eher nicht, da ja nur der "Spannungsbereich"
> für den HIP nach der Diode kommt.
>
> - Wir verwenden den Treiber auch noch mit einem kleineren Motor
> (24V/250W). Da müssen die Gate-Rs auf 39R erhöht werden. Sonst brennt
> der Treiber auch durch. Warum dies so ist, kann ich mir ehrlich gesagt
> nicht erklären.
>
> Ich bin um jeden Hinweis dankbar. Danke, Pepe.

Pepe schrieb:
> Hallo.
> Ich habe die angehängte Schaltung. Ist schon etwas älter und leider
> ziemlich Fehler anfällig. D.h. sie brennt regelmäßig einfach durch.
>
> Last: Motor 24V / 400W mit PWM 20Khz.
> Netzteil: 24V / 600W
>
> Damit die Schaltung überhaupt läuft, kommt sie auf einen massiven
> Kühlkörper mit zusätzlichem Lüfter. Und dann wird sie noch ziemlich
> heiß.
>
> Wenn Sie durch brennt, sind meistens zwei IGBT Paare (Q1/Q2 bzw Q3/Q4)
> durchgebrannt. Der HIP ist dann eigentlich auch immer tot. Was zuerst
> abraucht, kann ich nicht sagen.
>
> Ich hab jetzt schon einige Punkte gefunden, die mir nicht gefallen sind:
>
> - Die IKW25T120 haben eine Turn-Off Delay von 560ns. Der HIP hat laut
> Datasheet eine DeadTime von max. 120ns. Das passt wohl nicht wirklich
> zusammen. Die IGBTs werde ich durch MOSFETs ersetzen.
>
> - Die R2/R10 für die DeadTime wurden auf 1M gesetzt, obwohl laut DS
> eigentlich nur 250K verwendet werden sollten. Wahrscheinlich wollte da
> der Entwickler die DeadTime noch höher setzen ;-)
>
> - BHI / AHI sind offen. Sollen wohl eher auf 12V.
>
> - Warum C1 und C2 durch die D3 getrennt wurden, verstehe ich nicht.
> Außerdem frage ich mich für was D3 überhaupt gut ist. Als Schutzdiode
> vor Rückspeisung
> durch die Bremsenergie wohl eher nicht, da ja nur der "Spannungsbereich"
> für den HIP nach der Diode kommt.
>
> - Wir verwenden den Treiber auch noch mit einem kleineren Motor
> (24V/250W). Da müssen die Gate-Rs auf 39R erhöht werden. Sonst brennt
> der Treiber auch durch. Warum dies so ist, kann ich mir ehrlich gesagt
> nicht erklären.

Dann überlege einmal was der Freilaufstrom macht wenn er fließen will 
und die Diode im FET nicht schnell genug schaltet....

im Datenblatt vom HIP4086 findet sich was dazu.

>
> Ich bin um jeden Hinweis dankbar. Danke, Pepe.

Dann lies das Datenblatt und begleitende Literatur zu dem HIP4081, da 
steht alles drinnen was nötig ist. Hier sind etliche 10k von dem HIP mit 
FETs verbaut und das funktioniert...

btw - wo sind die Freilaufdioden zu den IGBTS, sind die eingebaut und 
wenn ja, warum sind die nicht eingezeichnet?

Wie sieht das Layout zu dem Teil aus? 20A in den Motor sind nix was so 
trallala auf einer Lochrasterplatte oder einem vergleichbaren Layout 
folgenfrei durchgeht...

Grüße

MiWi

von Pepe (Gast)


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Die AN zum 4086 werde ich mir anschauen. Und die Freilaufdioden sind im 
20 Jahre alten Plan auch schon nicht. Und ich hab vergessen Sie 
einzuzeichnen. Aber sie sind vorhanden...

von kein Gast (Gast)


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Die HIP4081 setze ich in meinen Schaltungen aufgrund dieser Probleme 
nicht mehr ein. Sie verhalten sich oft unberechenbar und erfüllen nicht 
die Erwartungen des Datenblatts. Sie machen genau das, was sie laut 
Datenblatt verhindern sollen (Halbbrückenkurzschlüsse und 
Störanfälligkeit). Meiner Meinung nach handelt es sich um unausgereifte 
Ware, die mit werbewirksamen Blendwerten verkauft wird. Billig sind die 
Dinger ja auch nicht gerade. Ich bin wieder zum IR2113 zurückgegangen, 
auch wenn dieser eine externe Ladungspumpe benötigt und ich zwei Stück 
für eine Vollbrücke einsetzen muss. Was nutzt mir die schönste interne 
Ladungspumpe, wenn der IC nicht zuverlässig funktioniert. Spätestens 
nachdem es beim HIP zum ersten mal den IC und ein paar teure FETs 
zerrissen hat, rechnet sich das.

von Volker B. (Firma: L-E-A) (vobs)


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kein Gast schrieb:
> Die HIP4081 setze ich in meinen Schaltungen aufgrund dieser Probleme
> nicht mehr ein. Sie verhalten sich oft unberechenbar und erfüllen nicht
> die Erwartungen des Datenblatts. Sie machen genau das, was sie laut
> Datenblatt verhindern sollen (Halbbrückenkurzschlüsse und
> Störanfälligkeit).

Ähnliche Problem hatte ich vor langer Zeit mit dem HIP4086: Der Treiber 
schloss reproduzierbar einzelne Halbbrücken kurz. Da man damals (vor 
mehr als 10 Jahren) als Entwickler in der Vorausentwicklung eines 
Konzerns, Probleme mit einem Funktionsmuster noch selber analysieren 
durfte, untersuchte ich die Schaltung genauer. Ursache des 
Fehlverhaltens waren Spannungen auf den Low-Side-Gateleitungen, 
hervorgerufen offensichtlich durch die Ladung in der 
Gate-Drain-Kapazität in Verbindung mit dem Einschaltvorgang des 
betreffenden Transistors. Man konnte diese Überspannungsspitze mit dem 
Oszi sehen. Mit zunehmender Zwischenkreisspannung wuchsen diese 
erwartungsgemäß an, aber nur bis zu einem gewissen Grenzwert. Ab diesem 
sahen sie aus wie abgeschnitten und genau zu diesem Zeitpunkt lief der 
HIP4086 amok... Ich würde jetzt vermuten, dass der Hersteller aus diesem 
Grund die Gate-Kapazität der MOSFETs im Datenblatt begrenzt -- ein 
Schelm, wer Böses denkt.

Abhilfe brachte eine ganz einfache Maßnahme: Bei allen Low-Side-Treibern 
wurden zwischen Ausgang und Gate-Vorwiderstand Klemmdioden auf die 
Versorgungsspannung geschaltet.

Ein anderer Effekt tritt durch negative Transienten beim Schalten der 
Halbbrücken auf. Hierbei können die Source-Potentiale der High-Side-FETs 
negativer als die Masse des Halbbrücken-Treiber-ICs werden (ibs. bei 
schlechten Layouts mit großen Streuinduktivitäten). Dieses führt zu dem 
lustigen Nebeneffekt, dass sich die Bootstrap-Kondensatoren auf mehr als 
die Versorgungsspannung aufladen und dann den High-Side-Treiber des 
Halbbrückentreibers zerstören. Diesen Effekt hat sogar der Hersteller 
selber erkannt und empfiehlt in einer seiner Applikationsschriften 
entsprechende Klemmdioden von den Source-Eingängen nach Masse des HIPs. 
Auch hier sollten dann Serienwiderstände ziwschen Transistor-Source und 
HIP liegen, d.h., die Gate-Vorwiderstände wandern dann sinnvollerweise 
an die Source-Anschlüsse des Treibers.

Grüßle,
Volker.

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