Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Lowside Fet von BLDC Motor Halbbrücke wird sehr heiß


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von Daniel D. (ddiener22)


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Hallo zusammen,
bin neu hier im Forum ;)
Ich arbeite gerade an einer Ansteuerung für einen BLDC Motor.

Microcontroller Atmel ATmega32M1
Motortreiber ATA6844
MosFet OnSemi FDMS86380-F085

Ich habe das Evalboard von Atmel und eine selbstentworfenen PCB 
(Schaltplan im Bild 2 im Anhang). Motor wird mit Blockkommutierung 
betrieben.

Während des Betriebs werden alle Lowside Fets extrem heiß. Auf dem 
EvalBoard und auf meiner PCB. Mit der Wärmebildkamera konnte man eine 
Temperatur der Lowside Fets von 130°C bei 2A Gesamtstrom am Netzteil im 
Mittel erkennen. Die Highsider werden um weiten nicht so heiß.

Kurzschluss zwischen High und Lowsider einer Halbbrücke ist 
ausgeschlossen. Motortreiber überwacht dies und im Sourcecode ist eine 
Totzeit implementiert.

Ich habe mit einer Strommesspitze (die über das Magnetfeld den Strom 
bestimmt) an einem Lowsider den Strom qualitativ gemessen. (siehe Bild 1 
im Anhang). Das grüne Signal ist die Spannung an der Drain dh. an der 
Phase zum Motor. Rot ist der Strom durch den Lowside Fet.
Immer wenn der Highside Fet sperrt ist ein großer negativer Stromfluss 
zu erkennen (negativer Stromfluss = von Source zur Drain). Da am Gate 
des Lowsiders keine Spannung anliegt, vermute ich, dass der Strom durch 
die Body Diode fließt.

Meine Theorie: Nach dem Abschalten der Spannung (Highside Fet Sperrt) 
möchte die Spule den Stromfluss aufrecht erhalten und zieht somit den 
Strom durch die Body Diode und erwärmt den Fet.

Ich habe zu Versuchszwecken den Motor mal durch drei in Stern 
geschaltete Widerstände ersetzt. Somit rein Ohmsche Last. Dann ist keine 
Erwärmung mehr festzustellen.

Ich hoffe, ich konnte mein Problem verständlich erklären.
Könnt ihm mir weiterhelfen, die Erwärmung der Lowsider zu begrenzen?


Grüße und schon mal Danke für eure Antworten
Daniel

von Test (Gast)


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Daniel D. schrieb:
> Könnt ihm mir weiterhelfen, die Erwärmung der Lowsider zu begrenzen?

Ich würde in jedem Fall externe Body-Dioden vorsehen. Eher ungewöhnlich 
sich zu trauen die weg zu lassen.

Der Snubber am MOSFET - sind das richtige Werte oder waren die einfach 
mal so eingebaut? Ein falsch Dimensionierter Snubber ist nicht unbedingt 
förderlich.

Und könntest du uns eine Foto von deinem Layout machen? MOSFET-Treiber 
sind nicht unbedingt das einfachste im Leben zu routen ...

von 3162534373 .. (3162534373)


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Daniel D. schrieb:
> Könnt ihm mir weiterhelfen, die Erwärmung der Lowsider zu begrenzen?

20 Ohm Gatewiderstand bei 20kHz find ich ein wenig viel.

Dazu kommt:
Beitrag "Aktiver Freilauf für BLDC Regler im Modellbau."

von Daniel D. (ddiener22)


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Test schrieb:
> Daniel D. schrieb:
>> Könnt ihm mir weiterhelfen, die Erwärmung der Lowsider zu begrenzen?
>
> Ich würde in jedem Fall externe Body-Dioden vorsehen. Eher ungewöhnlich
> sich zu trauen die weg zu lassen.
>
> Der Snubber am MOSFET - sind das richtige Werte oder waren die einfach
> mal so eingebaut? Ein falsch Dimensionierter Snubber ist nicht unbedingt
> förderlich.
>
> Und könntest du uns eine Foto von deinem Layout machen? MOSFET-Treiber
> sind nicht unbedingt das einfachste im Leben zu routen ...

Hi,

habe externe Bodydioden noch auf keinem Schaltplan gesehen, klingt aber 
sinnvoll.

Habe die Werte des Snubbers vom Eval Board übernommen. Aktuell ist der 
Snubber auf meiner PCB aber nicht bestückt. Ich konnte keinen 
Unterschied feststellen, ob mit oder ohne Snubber.

Layout ist angehängt. Der linke Chip ist der Motortreiber, rechts der 
ATmega.
Habe  darauf geachtet, die Gate Leitungen möglichst kurz und geradlinig 
zu routen.

Danke schon mal, das mit den Dioden werd ich mal probieren.
LG Daniel

von Dieter (Gast)


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Im unteren Zweig erscheinen mir die Dioden zum Gate falsch herum 
eingebaut.
So werden die Gates langsamer ausgeraeumt als oben.

von Dieter (Gast)


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Oder falsche MOSFETs gezeichnet?

von Test (Gast)


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Ich vermute eher das Layout als Schuldigen. Wie gesagt das ist ein 
bisschen kritisch (bei schneller PWM). Du hast dir die Massepfade 
komplett zugebaut.

Ich habe dir mal einen Strompfad für die erste Gate-Ansteuerung in 
ORANGE eingemalt. Der Strom muss aber nicht nur zum Bauelement hin, 
sondern auch wieder zurück. Und diese Rückstrompfade (Massepfade) sind 
bei dir total zerfelddert und (auch wenn du ein Massepolygon hast) sehr 
lang und dünn. Das ist das was man genau nicht haben will. 
Unterbrechungen habe ich dir ebenfalls in Farbe (rot und blau) 
eingezeichnet.

von Test (Gast)


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sorry

von Klaus (Gast)


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Daniel D. schrieb:
> Kurzschluss zwischen High und Lowsider einer Halbbrücke ist
> ausgeschlossen. Motortreiber überwacht dies und im Sourcecode ist eine
> Totzeit implementiert.

Die Totzeit ist zu lang, eher überflüssig, wenn der Treiber das schon 
selbst macht. So läds du alles auf der Diode ab, statt den niederohmigen 
FET zu benutzen.

3162534373 .. schrieb:
> 20 Ohm Gatewiderstand bei 20kHz find ich ein wenig viel.

Ich auch. Du tust alles, deine Ansteuerung langsam zu machen, 
Gatewiderstände, Totzeit und wohl auch schlechtes Layout. Als Strafe 
dafür wirst du zu einen großen Kühlkörper verurteilt.

MfG Klaus

von Dieter (Gast)


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Und hier ist das Bild zum Vergleich, dass unten die Diodenrichtung nicht 
paßt:

https://www.mikrocontroller.net/attachment/88227/IR2010.png

von MM (Gast)


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Gab es dazu eine Lösung vom Verfasser? Habe das selbe Problem.

von foobar (Gast)


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Ich denke, Klaus hat den Nagel auf den Kopf getroffen ...

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