Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik IRS2001 ungeeignet für BLDC?


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von operator (Gast)


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Nachdem mir nun bereits das dritte Board abgeraucht ist, möchte ich 
gerne einmal eure Meinung zu folgender Schaltung haben.
Ich verwende drei IRS2001S als Treiber für die Mosfets, welche dann 
einen BLDC Motor bestromen. So langsam habe ich aber Zweifel an dieser 
Treiberstufe, unter anderem da mir nun wieder einmal ein satter 
Kurzschluss passiert ist.

Zur Schaltung:
Leider kein Bildupload von hier, darum so. Seite 1, Typical Connection
http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irs2001pbf.pdf
N-Fet: PSMN013-100BS
R Gate: 100 Ohm
C Boost: 100nF + 1µF oder 100nF + 1µF + 10µF und zuletzt 100nF + 1µF + 
10µF + 10µF probiert.

Folgendes Problem habe ich schon beobachtet: Wenn an HI High anliegt, so 
bleibt HO auf Low. Erst durch ein manuelles Anschubsen des Motors 
(Drehen auf nächste Phase), beginnt dieser dann zu drehen und läuft dann 
auch flüssig und mit Kraft. Besonders häufig geschieht dies, wenn der 
Motor vorher schon einmal lief und dann die Drehzahl auf 0 reduziert 
wurde. Wenn danach wieder gestartet werden will, so bleibt der Motor 
stehen. Wenn die Leiterplatte zwischendruch stromlos gemacht wurde, so 
läuft der Motor auch in eben dieser Position an.

Könnte es sein, dass der Treiber schlicht nicht für BLDCs geeignet ist? 
Wenn ja, welchen könnt ihr mir empfehlen, bzw. woran sehe ich ob eben 
dieser Treiber dafür geeignet ist?

von Dennis H. (t1w2i3s4t5e6r)


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Also der Treiber ist durchaus dafür gedacht, nur ist es bei diesem eben 
möglich, hi und low side gleichzeitig anzuschalten, ergo Kurzschluss. 
Das kann jetzt an allem möglichen liegen. Ein Schaltplan aus dem 
Datenblatt brauchst du nicht zu zeigen, der wird stimmen, die Frage ist, 
wie sieht dein Schaltplan aus. Was für eine last hängt dran, was hast du 
für eine Spannungsversorgung? Nimm zum testen mal die gate Widerstände 
raus, die sind viel zu groß. Der Motor sollte auch ohne diese 
Widerstände funktionieren, wenn es Probleme gibt kann man da 10 ohm oder 
so nehmen, eher weniger. 100 ist auf jedenfalls zu viel, da brauchst du 
so einen Treiber nicht verwenden. Die bootstrap Kapazität hängt von 
deiner pwm Frequenz ab.


Dennis

von operator (Gast)


Angehängte Dateien:

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VPWR ist 24V, an LIN oder HIN sind die Signale 0V oder 12V.
LIN erhält das PWM Signal, welches 28kHz hat.

Bezüglich den Gatewiderständen: wenn die draussen sind, verschlechtert 
sich dann nicht die EMV? Oder ist das unerheblich? Erste Tests wurden 
nämlich bereits gemacht.
Als Last habe ich einen 60W oder 200W Motor getestet, bei beiden aber 
dasselbe verhalten.

Kennst du einen Pinkompatiblen Driver mit shoot through prevention?

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Rechne doch bitte mal aus, wie lange es über einen 100R Widerstand 
dauert, die 75nC des Gates voll zu laden. Beachte auch, das NXP die Turn 
On und Turn Off Zeiten nicht ohne Grund mit einem 5R Widerstand angibt.
Weiterhin kann der IRS2001 nur 200mA liefern bzw. 450mA schlucken, ist 
also im Laden des Gate nicht der schnellste.
100 Ohm sind also zu viel, geh mal auf 12/0,2 = 60 Ohm. Das ist immer 
noch recht hoch, aber mehr ist mit dem Popeltreiber nicht drin, ohne ihn 
zu überlasten.

operator schrieb:
> Kennst du einen Pinkompatiblen Driver mit shoot through prevention?

Shootthrough-sicher ist der IR2181 auch nicht, der kann aber wenigstens 
1,8/1,4 Ampere und sollte in dein Design passen. Damit reduziert sich 
bei max. 1A der Gatewiderstand auf etwa 12 Ohm und lädt das Gate 
deutlich schneller und du hast beim Treiber noch Luft nach oben.

von operator (Gast)


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Gerade wieder ausprobiert und wieder das selbe Problem. HIN ist auf 
High, aber HO bleibt low, an Vb messe ich +12V und an VS 0V.

Wie muss ich denn nun die diskrepanz vom N-Fet zum Treiber verstehen? Im 
Datenblatt des Fet wird zwar 5R gewählt für das Diagramm, aber laut 
deiner Rechnung kann der Treiber das Laden mit maximal 60R aushalten.
Dann müsste ich doch mit 100R auf der sicheren Seite sein oder nicht? 
Einziger Nachteil wäre die längere Ladezeit. Oder übersehe ich da etwas?

Danke übrigens für den IR2181. Der ist zwar nicht Pinkompatibel, aber 
ein Redesign steht auf jeden Fall an.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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operator schrieb:
> Dann müsste ich doch mit 100R auf der sicheren Seite sein oder nicht?

Es geht nicht nur um die sichere Seite für den Treiberbaustein, sondern 
eben auch darum, das du die Gateladung für den MOSFet in 
kürzestmöglicher Zeit transportieren willst, um die MOSFet zügig zu 
laden und entladen. Der Gatewiderstand bildet mit der Gatekapazität 
einen Tiefpass, der desto langsamer ist, je höher der Widerstand ist.

Wenn du also die Totzeit zu klein wählst, wird ein MOSFet noch 
abgeschaltet, während der andere schon leitet. Da du die PWM Frequenz 
auch noch recht hoch ansetzt, musst du eben genügend Strom liefern, 
damit sich das Gate entsprechend schnell lädt bzw. entlädt.

operator schrieb:
> HIN ist auf
> High, aber HO bleibt low, an Vb messe ich +12V und an VS 0V.

Prinzipbedingt können die Ladungspumpen in diesen Bausteinen kein 
'Dauerhigh' liefern, sondern müssen zum 'Aufpumpen' immer wieder die 
Lowside aktivieren. So eine Ladungspumpe kann also nie 100% PWM High 
liefern. Das Prinzip ist ja, das die Ladung in C211/212 auf die Spannung 
an Vs 'gestapelt wird', so das das Gate dann Vs+12V sieht. Wenn der 
Kondensator dann leer ist, ist die Gatespannung bei Vs und der MOSFet 
sieht nur 0V zwischen Gate und Source.

: Bearbeitet durch User
von operator (Gast)


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Vielen Dank für deine ausführlichen Antworten. Ich hatte auch schon die 
Vermutung, dass die Zeit bis zum Anfahren zu lange ist und deshalb der 
Kondensator entladen wird.
Jedoch kann ich es mir dann nicht erklären, warum VO low bleibt, wenn an 
Vb 12V und Vs 0V anliegt. Dadurch müssten sich die Kondensatoren doch 
wieder aufladen, oder nicht?

Auf jeden Fall erscheint der Treiber aber als zu schwach zu sein. Danke 
soweit schon einmal!

von operator (Gast)


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Falls jemand auf diesen Thread stossen sollte:
IRS2186 ist pinkompatibel, bietet aber deutlich mehr Leistung.
AN-978 Seiten 17 & 18 zeigen eine Schaltung für dauer ein des HighSide 
Fet, mittels charge pump durch einen 555 Timer.
Ebenso empfehlenswert slva444 mit einer ähnlichen Schaltung für eine 
charge pump.
Danke nochmals an Matthias Sch. für das aufzeigen der Problematik.

von tach tach (Gast)


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Bin mir jetzt nicht sicher ob ich das richtig verstaqnden habe, du hast 
die PWM am LIN?

Diese Treiber brauchen für das bootstrapping der oberen treiberstufe 
immer ienen Takt an HIN!

PWM bis 100% geht nicht bei diesen.

gruss ...

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