Temperatursteuerung - Mosfet überhitzt

[Andreas I. (andreas92)]

Hallo,

Ich hatte vor, eine Temperatursteuerung für die Heizplatte meines 
3D-Druckers zu bauen. Habe mir jetzt jedoch einfach einen 
Temperaturregler für 15€ gekauft, da mir der zusätzliche Aufwand für die 
paar Euro zu groß wurden und ich wahrscheinlich noch neue Bauteile hätte 
nachbestellen müssen.
Deshalb frage ich jetzt im Nachhinein, da mich doch noch interessiert, 
wo mein Denkfehler lag.

Wollte das ganze an einem 12V Trafo-Netzteil betreiben.
Habe eine kurze PWM-Steuerung für einen ATmega328p geschrieben, den 
Mikrocontroller über einen LM2940 CT5 mit 5V gespeist und die Heizplatte 
über einen IRL2203NPBF Mosfet regeln wollen.
Habe zur verdeutlichung noch einen Schaltplan angehängt, der Aufbau 
sollte aber eigentlich Standard sein.
Die Heizplatte braucht 140W, also sollten ungefähr 12A fließen. Der 
Mosfet verträgt ja eigentlich 100A.
Der Mosfet hat jedoch schon 10s nach dem Einschalten angefangen zu 
rauchen und ich finde keine Erklärung.
Habe schon ein wenig gegoogelt und die einzige Erklärung auf die ich 
gestoßen bin, könnte sein, dass am Trafo Spannungsspitzen entstehen, 
wenn ich dessen Spannung schalte.
Die PWM lief jedoch nur maximale eine halbe Sekunde, ansonsten hatte ich 
den Mosfet zu 100% geöffnet (Hatte am ADC Eingang erst einmal einen Poti 
gelötet, um die Schaltung zu testen und den uC so programmiert, dass die 
PWM erst nahe beim Sollwert einsetzt und sonst auf 100% oder 0% läuft, 
deshalb lief die PWM wenn überhaupt nur sehr kurz).

Ich frage mich nur für zukünftige Projekte, ob ich irgendetwas 
offensichtliches vergessen habe, oder es doch die Spannungsspitzen am 
Trafo waren. Wenn letzteres zutrifft, wie glätte ich die Spannung am 
einfachsten und sinnvollsten?

Vielen Dank im Voraus für die Hilfe.

Gruß andreas

[Jörg E. (jackfritt)]

Is das ein N-Fet? Dann solltest du Masse schalten und nicht +

Ok is einer, dann musst du wirklich Masse schalten.
Und am Regler die Kondensatoren tauschen, grosse am Eingang und kleine 
am Ausgang. Der Regler will ja schliesslich was zu tun haben...

[Mani W. (e-doc)]

Wenn der MosFet raucht, dann ist die Gatespannung zu klein...

[stromtuner (Gast)]

Du hast den FET als Sourcefolger betrieben. U_gs muss man jetzt von der 
zur Verfügung stehenden Betreibsspannung abziehen. Die bleibt im FET 
"hängen". Die Spannung (3-4V?) mal deinen 12 Ampere (nun eher 8A?) 
machen 25Watt IM FET!. Gut kühlen geht oder die Gatespannung deutlich 
anheben...


StromTuner

[Düsendieb (Gast)]

Andreas I. schrieb:
> Aufbau
> sollte aber eigentlich Standard sein

ist er aber nicht. Die Heizplatte kommt am die Spannung und ein N-Fet 
schaltet nach Masse

[Andreas I. (andreas92)]

Vielen Dank für die vielen Antworten.
Ich wusste garnicht, dass die Platzierung des Mosfets doch so 
ausschlaggebend ist. Na wenigstens habe ich mal wieder etwas 
dazugelernt.

[Stefan F. (Gast)]

Vielleicht solltest du erstmal lernen, wie ein MOSFET funktioniert und 
wo der Unterschied zwischen N-Kanal und P-Kanal ist.

Deine Schaltung hat nämlich noch ein einen weiteren gravierenden Fehler, 
falls deine PWM Frequenz höher als ein paar Hz ist.

http://stefanfrings.de/mikrocontroller_buch/index.html

[Andreas I. (andreas92)]

Hallo,
Vielen Dank für den Verweis auf die Seite, die ist wirklich hilfsvoll.

Stefan U. schrieb:
> Deine Schaltung hat nämlich noch ein einen weiteren gravierenden Fehler,
> falls deine PWM Frequenz höher als ein paar Hz ist.


Von welchem Fehler sprichst du denn genau?

[Teo D. (teoderix)]

Ich denk ER, der nette, meinte das:
https://de.wikipedia.org/wiki/Schaltverluste

[Wolfgang (Gast)]

stromtuner schrieb:
> Die Spannung (3-4V?) mal deinen 12 Ampere (nun eher 8A?)
> machen 25Watt IM FET!.

Wie kommst du auf 3-4V?

Drain liegt an +12V, das Gate auf bestenfalls 5V und damit Source IMHO 
eher unter 3V (ohne jetzt Kennlinien gewälzt zu haben). Zusammen macht 
das gut 9V über dem FET. Bei 3V über der Heizung wird die allerdings 
weder auf 12 noch auf 8A kommen ...

Sicher ist es da ganz Lehrreich, die Schaltung mal z.B. in LTSpice 
nachzubauen und darin ein bisschen rumzumessen. Da riecht es auch nicht 
so, wenn der virtuelle FET mal etwas Dampf ablässt ;-)

[Stefan F. (Gast)]

> Von welchem Fehler sprichst du denn genau?
> Ich denk ER, der nette, meinte ... Schaltverluste

jepp. 10k Ohm als Pulldopwn erscheint mir um Faktor 100 zu hoch. Besser 
wäre ein Treiber mit Push-Pull Ausgang.

[Wolfgang (Gast)]

Stefan U. schrieb:
> jepp. 10k Ohm als Pulldopwn erscheint mir um Faktor 100 zu hoch. Besser
> wäre ein Treiber mit Push-Pull Ausgang.

Wie die Ausgangsstufe des µC vom Programm gesteuert wird, wissen wir 
nicht. Aber eine Umschaltung zwischen aktiv High und Tri-State wäre doch 
eher ungewöhnlich. CMOS Standardausgänge würden genau Push-Pull machen.

Vielleicht solltest du dich mal mit µC-Ausgangsstufen beschäftigen. Der 
Pull-Down dient üblicherweise dazu, das Gate auf Low zu halten, solange 
das Programm im µC die Ausgangsstufe noch nicht aktiviert hat. Und dafür 
könnte der Widerstand gerne auch einen Faktor 10 größer sein.

[Stefan F. (Gast)]

Stimmt, ist logisch. Der Widerstand ist wohl nur für die 
Initialisierungs-Phase da. Ich habe das übersehen.

[Andreas I. (andreas92)]

Da mich bei der ganzen hilfreichen Diskussion nun doch noch 
interessiert, ob das ganze funktionieren wird, hab ich mich noch einmal 
rangesetzt.
Ich werde das ganze nun an einem Schaltnetzteil betrieben, um eventuelle 
Spannungsspitzen zu vermeiden.
Den Mosfet werde ich diesmal hinter die Heizplatte löten, um den 
unangenehmen Rauch zu vermeiden. Wegen der Schaltverluste habe ich das 
ganze nun als 2-Punkt-Regler umprogrammiert, also ohne PWM, da die 
Heizplatte als Regelstrecke ja eigentlich träge genug ist. Notfalls kann 
ich da den Mosfet noch durch ein Relais ersetzen. Ich werde das ganze 
Morgen mal zusammenbasteln.