Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Schlechte Treibersignale - Mosfet


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von Alex (Gast)


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Hallo,

habe da folgendes Problem und würde mich über Hilfen freuen.

Ich habe einen H-Brücke, dahinter einen Trafo und dahinter einen 
Gleichrichter.

Die Schaltung lief bisher ganz gut. Ich hatte eine Spannungsregelung mit 
einem uC realisiert und über die Steuerung der H-Brücke am laufen 
gehabt. Das ganze mit Ohmscher Last (hinter dem Gleichrichter).

Letzte Woche hatte ich aber beim anschließen ein merkwürdiges 
schaltendes Geräusch (Klackern). Daraufhin habe ich den Trafo abgemacht, 
um mir die Signale der beiden Treiber der Mosfets an zu sehen und auch 
die Ausgänge der H-Brücke (Messung 1 und Messung 2).

Die Signalverläufe der Treibersignale habe ich, wie ich sie in 
Erinnerung habe, skizziert.
Das Treibersignal des ersten Highside Schalters beginnt etwas höher, 
also nicht vom Nullpunkt. (nennt man glaube ich offset)
Das Treibersignal des ersten Lowside Schalters hat eine höhere 
Amplitude, verglichen mit dem Treibersignal für Highside 2 und Lowside 2 
Schalter. Es ist genauso hoch wie die vom Highside 1 Schalter und ist 
ganz leicht vertikal am schwingen (am Oszi zu sehen).

Wenn ich die Ausgänge des H-Brücke messe sehe ich bei Messung 1 (siehe 
Bild) einen PWM Verlauf, dessen Amplitude der Eingangsspannung 
entspricht (so wie erwartet). Bei Messung 2 sehe ich nur konstante 5V, 
bei einer deutlich höheren Eingangsspannung.

Ich frage mich nun, was die Ursache dafür sein könnte, bevor ich nun 
stur beginne Mosfets und Treiber aus zu wechseln.

Danke

: Verschoben durch Admin
von Alex (Gast)


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Kann mir denn keiner Helfen?

Ich müsste andernfalls mehrere Bauteile ausbauen und wüsste im Grunde 
gesehen nicht, was die Ursache dafür war.

Danke

von lrep (Gast)


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Alex schrieb:
> Kann mir denn keiner Helfen?

Das wird wohl am fehlenden Schaltplan liegen ...

von Steffen W. (derwarze)


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... oder daran das einen Thread zu diesen Thema vom gleichen Autor 
existiert.

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


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Mach dir klar, das für die Highside nicht die absolute Treiberspannung 
gegen Masse entscheidend ist, sondern nur das, was der Schalter 
(MOSFet/Transistor) ziwschen Gate und Drain resp. Basis und Emitter 
sieht.

Die einzige vernünftige Ausage darüber erhältst du also, wenn du als 
Bezugspunkt Drain/Emitter nimmst (NPN bzw. N-Channel vorausgesetzt) und 
gegen die Gate/Basis misst.

Mach aber da bitte mal ein richtige Schaltbild und sag uns, was du für 
Treiberbausteine nimmst.

von Alex (Gast)


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Steffen W. schrieb:
> ... oder daran das einen Thread zu diesen Thema vom gleichen Autor
> existiert.

Und ich frage mich seit 2 Tage, warum mein Thread gelöscht wurde. Also 
wurde es nur verschoben.

Tut mir wirklich leid, ich lade den Schaltplan hoch.

von Alex (Gast)


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Hier die Schaltpläne. Die Messungen werde ich erst Morgen machen können.

Danke

von Falk B. (falk)


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@Alex (Gast)

>Hier die Schaltpläne. Die Messungen werde ich erst Morgen machen können.

Da sind ein paar satte Fehler drin! Es fehlt bei allen High Side 
Treibern die Verbindung VS zum Source der MOSFETs.

Was man auf den bildern nicht sieht ist das layout bzw. die 
Kabelführung. COM vom Treiber muss direkt sternförmig an die Low Side 
MOSFETs gehen.

von Alex (Gast)


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Im Layout bzw. der Kabelführung existiert die Verbindung zwischen VS und 
den Sources der Highside Schalter.

Die COM´s haben auch eine direkte Verbindung an die Sorces der Lowside 
Schalter.

Ich hatte bevor ich die Frage gestellt hatte, das Gate Beinchen des 
ersten Highside Treiber vom Kontakt abgelötet und mir dann die Signale 
des Treibers angesehen, die ja einen Offset haben.

Als das Gate-Beinchen vom Mosfet weg war, sehen die Signale gut aus, 
sprich alle PWM Signale hatten dieselbe Amplitude und kein Offset. Ich 
habe den Mosfet ersetzt und es funktionierte ganz gut.

Später habe ich die Mosfets mit konstanten PWM Signalen laufen lassen 
(Tastgrad 0,5 mit 1us Totzeit, um Kurzschluss zu vermeiden). Das lief 
auch ganz gut.
Doch als ich die Spannungsregelung auf den uC lud, spielte alles wieder 
verrückt.
(Ich glaube da habe ich einen Fehler in meienr Schaltung zur 
Spannungsmessung gehabt, wodurch die Regeldifferenz nicht anständig 
berechnet werden konnte. Das ist jetzt erstmal nicht relevant, da dies 
auf einem anderen Board ist.)

Danach habe ich mir die Treibersignale erneut angesehen, siehe da... die 
selben Fehler wie zuvor.
Der Defekt ist sehr wahrscheinlich durch die Regelung aufgetreten, 
welche die Totzeit der PWM Signale zur Regelung nutzt. Die Frage ist 
nur, was defekt ist, denn der Trick mit dem Beinchen des ersten Highside 
Mosdet´s hat danach nicht mehr funktioniert ;d.

von Falk B. (falk)


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@ Alex (Gast)

>Im Layout bzw. der Kabelführung existiert die Verbindung zwischen VS und
>den Sources der Highside Schalter.

Und warum ist sie nicht im Schaltplan?

>Die COM´s haben auch eine direkte Verbindung an die Sorces der Lowside
>Schalter.

Gut.

>Ich hatte bevor ich die Frage gestellt hatte, das Gate Beinchen des
>ersten Highside Treiber vom Kontakt abgelötet und mir dann die Signale
>des Treibers angesehen, die ja einen Offset haben.

Das geht nur mit einem guten, DIFFERENTIELLEN Tastkopf.

>Doch als ich die Spannungsregelung auf den uC lud, spielte alles wieder
>verrückt.

Kann es sein, dass an den Treibereingängen Pull-Down Widerstädnde 
fehlen? Denn wenn dein Prozessor programmiert wird, sind dessen IOs 
hochohmig und die Treibereingänge hängen in der Luft! Da kann jeder Mist 
passieren, incl. Kurzschluss!

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


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Falk B. schrieb:
> Kann es sein, dass an den Treibereingängen Pull-Down Widerstädnde
> fehlen?

Die sollte der IR2181 lt. Datenblatt intern haben. Ich vermute aber 
auch, das da was mit den Totzeiten nicht stimmt.

: Bearbeitet durch User
von Mark S. (voltwide)


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Die Ansteuerung kannst Du recht gefahrlos messen indem Du den 
Ansteuerbausten bestromst, dabei aber den Leistungsteil entweder 
garnicht oder nur aus der Treiberversorgung (12V) speist.
So lassen sich auch die Hi-Side-gates bequem messen.

von Alex (Gast)


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Mark S. schrieb:
> Die Ansteuerung kannst Du recht gefahrlos messen indem Du den
> Ansteuerbausten bestromst, dabei aber den Leistungsteil entweder
> garnicht oder nur aus der Treiberversorgung (12V) speist.
> So lassen sich auch die Hi-Side-gates bequem messen.

So mache ich es auch. Ich schließe die Eingangsspannung erst garnicht 
an.
Ich lege nur die benötigte Spannung (15V) für die Treiber an den 
entsprechenden Pin.
Lege dann die beiden PWM Signale an die Pins, die an die Treibereingänge 
führen.

---

Ich habe nun die Messungen durchgeführt und gespeichert.
Die Highsideschalter habe ich, wie bereits darauf hingewiesen wurde, 
über Drain (Masse) und Gate (Messspitze) gemessen.

Den Ausgang der H-Brücke habe ich wie auf den Bildern im ersten Post 
angegeben gemessen (Messung 1 und Messung 2).

Die Treibersignale habe ich einmal mit zugeschalteter Eingangsspannung 
und einmal ohne Eingangsspannung (nur die Treiber sind versorgt und 
bekommen PWM Signale am Eingang)

von Alex (Gast)


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Für den Fall, dass das ganze nun zu unübersichtlich wird, habe ich zu 
den abgebildeten Messungen auch die H-Brücke hinzugefügt, wo genau 
durchnummeriert ist, welche Messung wo gemacht wurde.

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


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Alex schrieb:
> wie bereits darauf hingewiesen wurde,
> über Drain (Masse) und Gate (Messspitze) gemessen.

Ich Dummy habe dir auch was falsches geschrieben, nicht Gate-Drain, 
sondern Gate-Source ist das wichtige - und keiner hats gemerkt.

Mache also Messung 1 und Messung 2 nochmal, aber zwischen Gate und 
Source und nicht zwischen Gate und Drain.
Übrigens ist eine 2-Kanal Messung von Highside und Lowside Gatesignalen 
einer Halbbrücke auch recht hilfreich.

von Alex (Gast)


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hier wie gewünscht die Messungen. (Messung 1 und 2 korrigiert und 2 
Kanal Messung zu den Treibersignalen ohne Eingangsspannung)

Bei den Messungen (Messung 1 und 2) habe ich festgestellt, dass bei der 
Messung zwischen Source-Gate bei den Highsideschaltern die 
Spannungsquelle (EA-PS 2084-05 B) total verrückt spielt (aus der 
Spannungsquelle kommen merkwürdige Geräusche und die Spannung ist sehr 
instabil).
Erst bei einer Spannung von ca. 20Volt verhielt sich die Spannungsquelle 
normal, sodass ich schnell die Messungen speichern konnte.

Das Phänomen mit der verrückt spielenden Spannungsquelle tritt bei etwa 
25Volt auf und auch nur, wenn ich mit der Masseklemme des Oszilloskops 
an den Source des 2ten Highsideschalters gehe. (ohne die Messspitze an 
zu setzen)
Sobald ich die Masseklemme entferne, verhält sich die Spannungsquelle 
normal. Wenn ich ab ca. 30Volt an den Source der 2ten Highsideschalters 
gehe, meldet die Spannungsquelle Error und fährt runter.

Dieselben Geräusche hatte ich auch, als ich die gesamte Schaltung samt 
Trafo und Last aufgebaut hatte. Ich hatte gedacht, die Geräusche kommen 
von den Schaltern, weil es sich so anhört, als wenn was sehr schnell 
durcheinander schalten würde.

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


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Alex schrieb:
> Das Phänomen mit der verrückt spielenden Spannungsquelle tritt bei etwa
> 25Volt auf und auch nur, wenn ich mit der Masseklemme des Oszilloskops
> an den Source des 2ten Highsideschalters gehe.

Es versteht sich bei dieser Messung von selbst, das es keine Verbindung 
zwischen Schaltungsmasse und Oszimasse geben darf. Wenn die vorhanden 
ist, kannst du lediglich aus 2 Tastköpfen (einen am Gate und einen an 
der Source der Highside) eine Differenzmessung machen - du schliesst 
sonst ganz simpel den Ausgang gegen Masse kurz.

Die Gatesignale sehen eigentlich richtig aus, allerdings müsste das Gate 
der Highside durch die Ladungspumpe im IR2181 immer mindestens auf dem 
Vs Niveau sein. Im aktiven Bereich (Highside durchgesteuert) stapelt die 
Ladungspumpe ihre Versorgung (die 15V an Vb) auf die Spannung an Vs auf 
und sorgt so für Ugs.
Ohne Vs als Bezugspunkt am IR2181 kann das nicht funktionieren.

Alex schrieb:
> Erst bei einer Spannung von ca. 20Volt verhielt sich die Spannungsquelle
> normal, sodass ich schnell die Messungen speichern konnte.

Du solltest also mal eine Pufferung der Leistungsversorgung mittels Elko 
in der Nähe der Endstufe andenken. Vorsicht - wenn du dann 
kurzschliesst, geht vermutlich die Highside den Weg in die ewigen 
Jagdgründe.

: Bearbeitet durch User
von Alex (Gast)


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Matthias S. schrieb:
> Alex schrieb:
>> Das Phänomen mit der verrückt spielenden Spannungsquelle tritt bei etwa
>> 25Volt auf und auch nur, wenn ich mit der Masseklemme des Oszilloskops
>> an den Source des 2ten Highsideschalters gehe.
>
> Es versteht sich bei dieser Messung von selbst, das es keine Verbindung
> zwischen Schaltungsmasse und Oszimasse geben darf. Wenn die vorhanden
> ist, kannst du lediglich aus 2 Tastköpfen (einen am Gate und einen an
> der Source der Highside) eine Differenzmessung machen - du schliesst
> sonst ganz simpel den Ausgang gegen Masse kurz.

Da hast du recht, ich muss die Messung, wie in dem Thread bereits 
erwähnt, mit einem differentiellen Tastkopf machen.
Das merkwürdige ist jedoch, dass das selbe Phänomen auch auftritt, wenn 
ich nicht messe, sondern nur den Trafo anschließe.
Die Spannungsquelle geht sofort in die Strombegrenzung.
(Aufbau: H-Brücke->Trafo->Gleichrichter)

Ich kann den Gleichrichter (Gegentaktflusswandler  als Fehlerquelle 
ausschließen, weil ich die beiden selbst gewickelten Spulen nicht 
anschließe, während ich den Trafo drauf habe.

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


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Alex schrieb:
> Das merkwürdige ist jedoch, dass das selbe Phänomen auch auftritt, wenn
> ich nicht messe, sondern nur den Trafo anschließe.

Schliess doch mal statt des Trafo eine rein ohmsche Last wie einen 
dicken Widerstand an, notfalls auch etwas unlineares wie eine Glühlampe 
etc.

Ich habe den Verdacht, das du mit deinem selbstgewickelten Trafo 
Probleme hast, du wärst jedenfalls nicht der erste, dem falsches 
Kernmaterial oder unpassende Drahtstärken passiert sind.
Die ohmsche Last hilft dir, die Schaltung im Betrieb mal durchzumessen, 
vor allem die Stabilität deiner Versorgung (Netzteile sind manchmal 
eigenwillig, vor allem bei Induktivitäten im Lastkreis).
Bedenke, das durch die Bodydioden der MOSFet nette Spannungsspitzen 
zurück ins Netzteil fliessen und dort das Gerät richtig durcheinander 
bringen können. Das betrifft vor allem hochmoderne Labornetzteile mit 
MC.

von Alex (Gast)



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Also ich habe jetzt die Primärseite am laufen.

Habe aus Frust einfach alle Bauteile ausgetauscht (2xTreiber, 4xMosfet, 
2xDiode und ein paar Kondensatoren/Widerstände)

Danach ging funktionierte alles ohne Probleme und auch die Signale am 
Ausgang sehen einwandfrei aus.

Da dies der Fall war, habe ich alles angeschlossen (Trafo und die beiden 
gewickelten Spulen für den Gleichrichter).

Doch die Ausgangsspannung ist A) zu klein und B) nicht

Ich habe Spannung hinter dem Trafo gemessen (die Spannung, die an den 
Gleichrichter geht) und es zum Anhang gelegt.
Wie zu sehen ist, ist die Spannung einwandfrei (nicht von den 500mA per 
division irritieren lassen, das sollten 5V sein).

Doch wenn ich die Spulen des Gleichrichters anschließe und das ganze an 
10 Ohm Last, dann ist eine zu geringe Spannung zu sehen, die auch nicht 
konstant bleibt, sondern springt (davon habe ich auch eine Messung, das 
springen wird auf dem Bild leider nicht verdeutlicht ;D) nach ein paar 
Sekunden höre ich dann ein Zittern, welche mir der springenden Spannung 
am Oszi synchron ist.

Ich frage mich was die Ursache dafür sein könnte. Würde mich über 
Hinweise freuen.

Den Aufbau der Sekundärseite habe ich auch hinzugefügt. Dazu muss 
erwähnt werden, dass die Mosfets nicht angesteuert werden, es werden die 
Bodydioden verwendet (Kurzschluss Gate-Source).

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