Mosfet-Treiber abgeraucht

[Werner Hoermann (Gast)]

Hallo zusammen,
habe folgendes Problem: Für einen 500W-DC Motor (12V) habe ich die 
angehängte Treiberschaltung gelötet. Zum testen habe ich eine 12V/50W 
Halogenlampe geschaltet, was wunderbar funktioniert hat, es wurden auch 
keinerlei Bauteile warm.
Als ich den Motor angeschlossen habe, ist nach 4-5 Sekunden das 
Treiber-IC (MC34151PG) abgeraucht. Als Mosfet verwende ich den IXYS 
IXTH360N055T2.

Woran kann das liegen? Das das Mosfet zu schwach dimensioniert ist kann 
ich mir nicht vorstellen... Fehlt beim Treiber evtl noch "Hühnerfutter" 
dran?
Entschuldigt bitte falls die Fragen zu blöd sind, ist mein erstes 
Leistungselektronik-Projekt.

Gruß,
Werner

[Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill)]

Hast Du wirklich keine Abblockkondensatoren in Deiner Schaltung 
vorgesehen? Dann können beim Abschalten des Motors durchaus 
beträchtliche Induktionsspannungen auf den Zuleitungen entstehen.

Bei den hohen Strömen würde ich durchaus 1000uF in unmittelbarer Nähe 
des Verbindungspunktes zwischen Freilaufdiode/Versorgung/Motor und 
Source des MOSFETs empfehlen.

Bitte veröffentliche ein paar hinreichend scharfe Fotos Deines Aufbaus.

Nachtrag:
Ist Deine Freilaufdiode auch für den vollen Motorstrom ausgelegt, d.h. 
für > 100A? Oder hast Du nur eine 1N4007 o.ä. aus der Bastelkiste 
verwendet?

[Werner Hoermann (Gast)]

Nein, Kondensatoren hatte ich noch keine drin, danke für den Hinweis! 
Fotos vom Aufbau kann ich heute abend machen.
Als Freilaufdiode verwende ich die 40CTQ045 mit 40A I(f). Die Diode 
funktionierte hinterher auch noch einwandfrei.

[Werner Hoermann (Gast)]

Guten morgen!
Habe nun ans IC (1x 100nF) und zwischen Pluspol und Source (1x100uF) 
Abblockkondensatoren gesetzt, leider hat es mir eben wieder den Treiber 
verraucht. Habe nochmal geschaut und gemessen ob ich den Schaltplan 
richtig gelötet habe, was der Fall ist. Der Ausgang vom Treiber ist (nun 
zum testen noch über einen 5Ω Widerstand) ausschliesslich mit dem Gate 
verbunden, der Eingang mit Transistor und Pullup...
Habt ihr eine Idee woran es noch liegen könnte? Treiber vielleicht 
falsch angeschlossen?

Gruß
Werner

[Teo D. (teoderix)]

Andreas Schweigstill schrieb:
> Bitte veröffentliche ein paar hinreichend scharfe Fotos Deines Aufbaus.

!!!

[Stephan H. (stephan2807)]

Bitte die scharfen Bilder vom Aufbau. Die Leitungsführung ist bei 40A 
eines der zentralen "Bauelemente".
Nachdem es mit einer 50W-Lampe funktioniert ist der Treiber vmtl. schon 
richtig angeschlossen, die Leitungsführung aber wohl falsch gemacht.

Verstehe ich es recht, dass du den Treiber nur einschaltest (kein 
Laufendes Schalten per PWM oder so) und dann nach einigen Sekunden 
raucht der Treiber ab?

[Jens G. (jensig)]

Prüfe doch mal mit den Fingern, ob der Treiber extrem heis wird ...
Welche Frequenz fährts Du da eigentlich? Wenn rel. hoch, in Verbindung 
mit solch einem dicken Mosfet mit seinen recht hohen Gate-Kapazitäten, 
dann kann das den Treiber auch kräftig überheizen (daß der paar Sekunden 
mitmacht, deutet auf ein Hitzeproblem hin).
Messe doch mal den Strom an Pin6 des Treibers (noch vor dem Ablock-C).

[Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill)]

Werner Hoermann schrieb:
> Habe nun ans IC (1x 100nF) und zwischen Pluspol und Source (1x100uF)
> Abblockkondensatoren gesetzt, leider hat es mir eben wieder den Treiber
> verraucht.

Hast Du denn die Induktivität Deiner Zuleitungen abgeschätzt und 
anschließend berechnet, welche Energie darin gespeichert werden wird? 
Hierfür solltest Du auch nicht mit Deinen 40A Nennstrom rechnen, sondern 
mit dem ggf. deutlich höheren Einschaltstrom.

Diese Energie muss der dicke Abblockkondensator aufnehmen können, ohne 
dass dabei die maximal zulässige Betriebsspannung von Treiber und MOSFET 
überschritten wird. Und beachte dabei, dass der Kondensator ja schon auf 
12V vorgespannt ist!

[Udo S. (urschmitt)]

Andreas Schweigstill schrieb:
> Hast Du denn die Induktivität Deiner Zuleitungen abgeschätzt und
> anschließend berechnet, welche Energie darin gespeichert werden wird?
> Hierfür solltest Du auch nicht mit Deinen 40A Nennstrom rechnen, sondern
> mit dem ggf. deutlich höheren Einschaltstrom.
>
> Diese Energie muss der dicke Abblockkondensator aufnehmen können, ohne
> dass dabei die maximal zulässige Betriebsspannung von Treiber und MOSFET
> überschritten wird. Und beachte dabei, dass der Kondensator ja schon auf
> 12V vorgespannt ist!

In dem Zusammenhang auch interessant:
Wo hast du deine Freilaufdiode? Direkt am Motor, oder an der Platine?
@ Werner: Siehe dazu auch die Diskussion hier:
Beitrag "Freilaufdiode MOSFET Treiber an falschem Platz?"

[Werner Hoermann (Gast)]

Hallo! Im Anhang einige Bilder.
Die Leitungslängen sind so kurz gehalten wie möglich, von den beiden 
Kabelschuhen gehen nochmal 10cm Leitung (6mm²) zum Motor. Die 
Freilaufdiode ist zwischen den Kabelschuhen auf der Platine.

[Störspanungs Ängstling (Gast)]

Ich behaupte mal dass der Treiber von den "rauhen"
Umgebungsbedingungen des Motor geschützt werden muss, durch
ein Filterglied, hier als L-C-Kombination und eine Diode.
Die Diode würde negative Spannungen unterdrücken, das LC-Glied
Spanungsspitzen wegfiltern.

Im Originalzustand hängt das Treiber-IC direkt mit am Motor,
das kann eigentlich nicht gut gehen wenn man sich vorstellt
was für Störungen so ein Motor auf DC erzeugt (ich weiss
allerdings nicht wie robust diese Treiber ausgeführt sind).

[Jens G. (jensig)]

Irgendwie vermisse ich jetzt den Treiber-IC. Stattdessen zwei TO220 
(einer ist wohl die Freilauf-Diode).

Ansonsten ist es schonmal eine schlechte Idee, die vielen einzelnen 
Masseanschlüsse auf die gesamte Länge der Leistungsmasse zu verteilen. 
Es ist sicherlich weit besser, wenn eine Alle Teile an einem Punkt auf 
Masse kommen (sternförmig), sonst bekommst Du bei etlichen 10A schöne 
Spannunsdifferenzen zw. Ein- und Ausgang (auch wenn Du dicke Zinnwürste 
da entlanggezogen hast - das ist immer noch schlechter als 1mm² Cu-Draht 
...

[Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill)]

Werner Hoermann schrieb:
> Die Leitungslängen sind so kurz gehalten wie möglich, von den beiden
> Kabelschuhen gehen nochmal 10cm Leitung (6mm²) zum Motor. Die
> Freilaufdiode ist zwischen den Kabelschuhen auf der Platine.

Die Motorzuleitungen sind nicht das Problem; die entsprechenden 
Spannungsspitzen werden schon durch die Freilaufdiode abgefangen.

Wie lang sind denn die Zuleitungen von der Stromversorgung? Kannst Du 
bitte Deine Berechnungen zur in der Induktivität der Zuleitungen 
gespeicherten Energie vorlegen?

Wird die Schaltung überhaupt mit einer Batterie versorgt oder doch mit 
einem Netzteil? Im Falle eines Netzteils sollte man beim Abschalten des 
Motors ggf. mit einer sehr deutlichen Überspannungsspitze rechnen.

[Störspanungs Ängstling (Gast)]

Jens G. schrieb:
> sonst bekommst Du bei etlichen 10A schöne
> Spannunsdifferenzen zw. Ein- und Ausgang (auch wenn Du dicke Zinnwürste
> da entlanggezogen hast - das ist immer noch schlechter als 1mm² Cu-Draht

Seeeehr richtig!

Dazu macht man einfach Masse-Ein und -Ausgang zu einem einzigen
Punkt. Von dort aus "speist" man die Steuerschaltung.

[Werner Hoermann (Gast)]

Moin! Das Treiber-IC ist ausgelötet, da wo es reingehört (vier unbelegte 
Außenpins sind abgeknipst) habe ich die zwei Rechtecke auf die Platine 
gezeichnet. Das zweite TO-220 ist ein etwas schwächerer MOSFET der ohne 
Treiber (nur mit Pullup) kleine Lasten (Halogenlampe) schaltet. Hat aber 
mit der eigentlichen Schaltung nur VCC und GND gemeinsam ;-)

[Werner Hoermann (Gast)]

Zu den Zinnwürsten: Da drin habe ic noch 0,5mm2 Silberdraht versteckt 
;-)

[Störspanungs Ängstling (Gast)]

Werner Hoermann schrieb:
> Moin!

Du musst deine Schaltung neu aufbauen.
50 Ampere sind kein Kindergarten ......

[Störspanungs Ängstling (Gast)]

Werner Hoermann schrieb:
> Zu den Zinnwürsten: Da drin habe ic noch 0,5mm2 Silberdraht versteckt

Das hilft dir auch nicht mehr. Im Übrigen bestehen die meisten
"Silberdrähte" aus 99,9% Kupfer mit einer dünnen Silberschicht
darüber.

Da wir es mit einer niederfrequenten Anwendung zu tun haben hilft
das Silber dir nur als Schutz vor Oxidation des Kupfers, der
Skineffekt kommt hier nicht zum Tragen.

[Werner Hoermann (Gast)]

Störspanungs Ängstling schrieb:
> Du musst deine Schaltung neu aufbauen.
> 50 Ampere sind kein Kindergarten ......

Aber ein Spannungsabfall durch ungenügende Stärke erklärt doch nicht 
warum sich das Treiber-IC verabschiedet?! Falls ich die Schaltung neu 
aufbaue möchte ich den genauen Fehler kennen damit ich ihn nicht nochmal 
mache :-)

[Störspannungs Ängstling (Gast)]

Werner Hoermann schrieb:
> Aber ein Spannungsabfall durch ungenügende Stärke erklärt doch nicht
> warum sich das Treiber-IC verabschiedet?!

Die genaue Erklärung kann man erst liefern wenn man die
Spannungsverhältnisse (Störungen) genau kennt. Da du uns das
nicht vormessen kannst und wir deinen Motor auch nicht kennen
bleibt nur das im voreilenden Gehorsam sorgfältige Schützen
der Steuerelektronik vor den (vermutlichen, induktiven)
Störspitzen des Motors und die peinliche Beachtung der
Vorteile eines sternförmigen Nullpunkts (Masse).

Das Schützen habe ich andeutungsweise im geänderten Schaltplan
gezeigt, die Dimensionierung ist eine Frage der Stromaufnahme
des Treibers. Vielleicht muss man auch noch überlegen ob nicht
durch die Gate-Steuerung eine unerwünschte Rückwirkung auf den
Treiber passiert. Ich habe nichts gelesen ob der FET selbst auch
kaputt gegangen ist .....

Andreas Schweigstill schrieb:
> Bei den hohen Strömen würde ich durchaus 1000uF in
> unmittelbarer Nähe .....

Ein noch so dicker Elko wird da nichts bringen da die
(vermutlichen) Störungen des Motors aus einer so niederohmigen
Quelle stammen dass da ein Elko nur wenig niederzubügeln
vermag. Zudem hätte ich "Angst" einen Elko einer derartig
unbekannten (mit Störungen beaufschlagten) Spannung auszusetzen.

[Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill)]

Störspannungs Ängstling schrieb:
> Ein noch so dicker Elko wird da nichts bringen da die
> (vermutlichen) Störungen des Motors aus einer so niederohmigen
> Quelle stammen dass da ein Elko nur wenig niederzubügeln
> vermag.

Der Elko muss natürlich einen hinreichend niedrigen ESR besitzen, so 
dass es sinnvoll sein kann, mehrere Elkos zu verwenden. Die in der 
Induktivität der Zuleitungen gespeicherte Energie muss aber auf jeden 
Fall von den Elkos übernommen werden können.

> Zudem hätte ich "Angst" einen Elko einer derartig
> unbekannten (mit Störungen beaufschlagten) Spannung auszusetzen.

Und deswegen setzt Du lieber die wesentlich überspannungsempfindlicheren 
Halbleiter solch einer Spannung aus?

[Störspannungs Ängstling (Gast)]

Störspannungs Ängstling schrieb:
> Ich habe nichts gelesen ob der FET selbst auch
> kaputt gegangen ist .....

Es könnte ja sein dass der Treiber erst kaputt geht wenn
(nachdem, als Folgeerscheinung) der FET schon längst
durchgebrannt ist.

[Stephan H. (stephan2807)]

Stephan H. schrieb:
> Verstehe ich es recht, dass du den Treiber nur einschaltest (kein
> Laufendes Schalten per PWM oder so) und dann nach einigen Sekunden
> raucht der Treiber ab?

Kannst Du die Frage noch beantworten?

Hast du ein Oszi greifbar? Dann bei ausgebautem Treiber den Mosfet 
brücken und die Betriebsspannung (am Treiber) prüfen.

Andernfalls wenigstens mit dem Multimeter im Wechselspannungsmodus die 
Betriebsspannung (am Treiber) messen und dann noch mit 1N4148 plus 
Kondensator plus Multimeter (Gleichspannungsmodus) versuchen den 
Spitzenwert der Betriebsspannung am Treiber rauszubekommen.

Ansonsten sieht der Aufbau jetzt nicht so grottig aus, dass man die 
Ursache sofort erkennen kann. Die Kondensatoren werden so aber kaum was 
bringen, da direkt im Leistungspfad und auch noch bedrahtet.

Als reine Probierlösung - falls du noch ein paar Treiber hast ;) - die 
Zuleitung Versorgung-Schalter verdrillen, Plus-Versorgung auf der 
Motor-Seite anklemmen und ne kleine Induktivität in die Versorgung des 
Treibers reinbringen (vor den beiden Kondensatoren).

[Werner Hoermann (Gast)]

Bisher wird der MOSFET nur direkt geschaltet, PWM soll irgendwann noch 
kommen.

Ich habe jetzt den pingleichen ICL7667 besorgt, eben eingelötet und er 
treibt problemlos ;-) Bisher bleibt der MOSFET handwarm und der Motor 
läuft einwandfrei.
Einzige weitere Änderung war eine noch kürzere Motorzuleitung (nur noch 
5 statt 10cm) und ein zusätzlicher 470uF Low-ESR Kondensator parallel 
direkt am Motor.

Danke für eure Antworten!
-Werner

[Störspannungs Ängstling (Gast)]

Werner Hoermann schrieb:
> und er treibt problemlos

Dann sind ja alle Probleme des Projekts gelöst und
der Thread kann zugemacht werden.

[Stephan H. (stephan2807)]

Werner Hoermann schrieb:
> zusätzlicher 470uF Low-ESR Kondensator parallel
> direkt am Motor.

Schlecht.
Bei PWM wirkt der bei jedem Schaltvorgang als Kurzschluss.

[Werner Hoermann (Gast)]

Stephan H. schrieb:
> Schlecht.
> Bei PWM wirkt der bei jedem Schaltvorgang als Kurzschluss.

Wegen Low-ESR? Aber dann habe ich ja keinen Abblockkondensator mehr wenn 
ich ein PWM-Signal draufgebe... Oder nehme ich dann einfach einen 
nicht-low-ESR Elko?

[Jörg E. (jackfritt)]

Der Kondensator kommt parallel zur Versorgungsspannung und nicht 
parallel zum Motor.

[Stephan H. (Gast)]

Jörg Esser schrieb:
> Der Kondensator kommt parallel zur Versorgungsspannung und nicht
> parallel zum Motor.

Genau.

Werner Hoermann schrieb:
> Wegen Low-ESR? Aber dann habe ich ja keinen Abblockkondensator mehr wenn
> ich ein PWM-Signal draufgebe... Oder nehme ich dann einfach einen
> nicht-low-ESR Elko?

Warum willst Du einen Abblockkondensator am Motor?

Bei PWM-Aus wird der Kondensator auf sagen wir 10V entladen. Dann kommt 
PWM-An und der Elko hängt über kurze Leitungen ohne nennenswerten 
Widerstand (10mOhm angenommen) und Induktivität (0 angenommen) an der 
hoffentlich sehr stabilen Verorgungsspannung von 12V.
Und schon wollen kurzzeitig (12V-10V)/10mOhm = 200A in den Kondensator. 
Glücklicherweise hat der Elko auch noch einen Innenwiderstand und etwas 
Induktivität, so dass es vielleicht nur 20A sind.
Beim Laden eines Kondensators über einen (Leitungs-)Widerstand wird die 
Hälfte der Energie im Kondensator gespeichert, die andere Hälfte in den 
Widerständen verbraten.

[Werner Hoermann (Gast)]

Danke, gut verständlich erklärt!