Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Schutzschaltung fehlerhaft?


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von Casimir B. (cazimir)


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Hi,
es handelt sich um folgende Schaltung

Das Datenblatt der verwendeten Transistoren:
https://www.vishay.com/docs/91021/91021.pdf

Ziel der Schaltung:
Die Simulierte Spannungsquelle V2 ist der MasterEnable eines VSC Boards,
der auf Ground geschaltet wird. Sobald das geschiet, soll das Relais 
durchschalten und die Motoren mit Strom versorgen (HIER NICHT GEZEIGT!). 
Beim Abschalten des Relais soll der Strom, der zurück ins Board fließt, 
minimal gehalten werden.

Erkennt jemand ein Problem, oder weiß jemand eine elegantere bzw eine 
Alternative, die platzsparender ist?
Lg

EDIT:
Hier war ein Vorschlag:
http://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?cct=$+1+0.000005+1.700203994009402+50+5+43%0Af+640+240+704+240+0+4+0.2%0Ar+640+128+640+240+0+10000%0A178+704+96+736+96+0+1+0.005+0.20822392858865296+0.05+1000000+0.2+10%0Ar+704+144+704+224+0+47%0Aw+704+352+704+256+0%0Av+-96+352+-96+128+0+0+40+12+0+0+0.5%0Af+0+272+48+272+0+1.5+0.02%0Aw+48+288+48+352+0%0Av+0+336+0+288+0+2+100+5+0+0+0.5%0Aw+0+272+0+288+0%0Aw+0+336+0+352+0%0Aw+-64+352+0+352+0%0Aw+0+352+48+352+0%0Aw+-96+352+-64+352+0%0Af+544+256+608+256+0+4+0.2%0Ar+544+128+544+256+0+10000%0Aw+608+240+640+240+0%0Aw+608+272+608+352+0%0Aw+640+128+704+128+0%0Aw+48+256+544+256+0%0Aw+48+352+608+352+0%0Aw+704+352+608+352+0%0Aw+-96+128+544+128+0%0Aw+640+128+544+128+0%0A

: Bearbeitet durch User
von hinz (Gast)


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Casimir B. schrieb:
> Erkennt jemand ein Problem,

Du steuerst die MOSFETs mit zu wenig Spannung an.

Und weshalb überhaupt 100V MOSFETs für lausige 12V?

von Casimir B. (cazimir)


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Wieso zu wenig Spannung? 2-4V GS-Spannung zum Durchschalten.
Die MOSFETs waren da, mussten verwendet werden.

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


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Casimir B. schrieb:
> Wieso zu wenig Spannung?

Bei IRF640? Da bist du mit 4V am Gate gegen Source im schlimmsten Fall 
gerade mal bei 250µA Stromfähigkeit. Bedenke, das die Threshold Spannung 
genau das ist - die Schwelle, ab die ein MOSFet leitend wird, hier 
angegeben für 250µA.

Wenn man sich dann im IR Datenblatt Fig.3 anschaut sieht man, das erst 
bei 6V Ugs so etwa 10A möglich sind.

von hinz (Gast)


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Casimir B. schrieb:
> Wieso zu wenig Spannung? 2-4V GS-Spannung zum Durchschalten.

Nein, das ist die Spannung wo sie gerade noch nicht nennenswert leiten.

von Casimir B. (cazimir)


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Matthias S. schrieb:
> Da bist du mit 4V am Gate gegen Source im schlimmsten Fall
> gerade mal bei 250µA Stromfähigkeit. Bedenke, das die Threshold Spannung
> genau das ist - die Schwelle, ab die ein MOSFet leitend wird, hier
> angegeben für 250µA.

Wieviel Strom da im Endeffekt fließt, spielt keine Rolle,
es sollte möglichst wenig fließen.
Desto weniger, desto besser.

Das eigentliche Ziel ist es, das Relais durch zu schalten,
sobald der MasterEnable auf Ground liegt, in Spice mit der 
Spannungsquelle V2 simuliert. Die mit Strom zu versorgenden Motoren 
werden andersweitig versorgt, durch das Durchschalten des Relais.

: Bearbeitet durch User
von hinz (Gast)


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Casimir B. schrieb:
> Wieviel Strom da im Endeffekt fließt, spielt keine Rolle,
> es sollte möglichst wenig fließen.

Dann such dir ein Relais, das eine 12V/48kOhm Wicklung hat...

von Casimir B. (cazimir)


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hinz schrieb:
> Casimir B. schrieb:
>> Wieviel Strom da im Endeffekt fließt, spielt keine Rolle,
>> es sollte möglichst wenig fließen.
>
> Dann such dir ein Relais, das eine 12V/48kOhm Wicklung hat...

Muss mit diesem Relais geschehen.

von hinz (Gast)


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Casimir B. schrieb:
> hinz schrieb:
>> Casimir B. schrieb:
>>> Wieviel Strom da im Endeffekt fließt, spielt keine Rolle,
>>> es sollte möglichst wenig fließen.
>>
>> Dann such dir ein Relais, das eine 12V/48kOhm Wicklung hat...
>
> Muss mit diesem Relais geschehen.

Mit welchem? Ausser den absurden 0,5mH wissen wir nichts über das 
Relais.

Und die Spezifikation des Ausgangs der VSC fehlt auch.

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


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Casimir B. schrieb:
> Wieviel Strom da im Endeffekt fließt, spielt keine Rolle,
> es sollte möglichst wenig fließen.
> Desto weniger, desto besser.

Hä? Dein Relais braucht aber nun mal mehr als 250µA, um zu schalten. 
Nochmal:

Bei 4V Gate-Source Spannung hat IR Exemplare gemessen, die da nur 250µA 
durchlassen. Es gibt auch welche, die schon 250µA leiten, wenn Ugs nur 
2V ist, deswegen gibt es Angaben für min. und max. Ugsth.
Aus gutem Grund ist das o.a. Diagramm auch erst ab Ugs = 4V gezeichnet, 
als absolutes Minimum für Ugs.

: Bearbeitet durch User
von hinz (Gast)


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Matthias S. schrieb:
> Bei 4V Gate-Source Spannung hat IR Exemplare gemessen, die da nur 250µA
> durchlassen. Es gibt auch welche, die schon 250µA leiten, wenn Ugs nur
> 2V ist, deswegen gibt es Angaben für min. und max. Ugsth.
> Aus gutem Grund ist das o.a. Diagramm auch erst ab Ugs = 4V gezeichnet,
> als absolutes Minimum für Ugs.

Und das gilt nur für 25°C! Wenns kälter wird steigt die nötige Spannung.

von Casimir B. (cazimir)


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Das verwendete Relais:
https://www.conrad.de/de/fic-frc5ba-dc12v-kfz-relais-12-vdc-30-a-1-schliesser-504357.html

Das Problem ist, dass das Relais schaltet,
obwohl der MasterEnable (Spannungsquelle V2 in simulation) noch
nicht auf Ground gelegt wurde.

von hinz (Gast)


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Casimir B. schrieb:
> Das Problem ist, dass das Relais schaltet,
> obwohl der MasterEnable (Spannungsquelle V2 in simulation) noch
> nicht auf Ground gelegt wurde.

Dann ist da was defekt. Deine Schaltung würde das nicht ändern.

von Michael B. (laberkopp)


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Casimir B. schrieb:
> Die Simulierte Spannungsquelle V2 ist der MasterEnable eines VSC Boards

Es war mal wieder zu schwer
https://www.autonomoustuff.com/wp-content/uploads/2016/08/VSC-Data-Sheet.pdf
Nehmen wir also an, die Beschreibung stimmt:
"The Master Enable outputs are open drain type, designed to drive
the coil of a pair of safety relays."
dann musst du gar nichts bauen.
1
master-Enable--+--Relais--+-- +12V
2
               |          |
3
               +--|>|-----+
Relais zieht an, wenn Maschine einsatzbereit.

von Casimir B. (cazimir)


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hinz schrieb:
> Casimir B. schrieb:
>> Das Problem ist, dass das Relais schaltet,
>> obwohl der MasterEnable (Spannungsquelle V2 in simulation) noch
>> nicht auf Ground gelegt wurde.
>
> Dann ist da was defekt. Deine Schaltung würde das nicht ändern.

Das Relais zieht allerdings so viel Strom, dass beim Abschalten (trotz 
Rücklaufdiode) bereits ein Board kaputt gegangen ist.
Deshalb der ganze Aufwand. Und deshalb die Schaltung,
die in der Theorie doch so funktionieren sollte:

Sobald durch den MasterEnable 0V am ersten MOSFET anliegt,
liegt am zweiten MOSFET durch den Spannungsteiler 4V an,
somit schaltet das MOSFET und das Relais.

von hinz (Gast)


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Casimir B. schrieb:
> Das Relais zieht allerdings so viel Strom, dass beim Abschalten (trotz
> Rücklaufdiode) bereits ein Board kaputt gegangen ist.

Spezifikation hast du immer noch nicht geliefert.

Und dass der Defekt durchs Abschalten kam deutet nicht auf zu geringe 
Strombelastbarkeit der VSC hin.

von Gerd E. (robberknight)


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Casimir B. schrieb:
> Das verwendete Relais:
> 
https://www.conrad.de/de/fic-frc5ba-dc12v-kfz-relais-12-vdc-30-a-1-schliesser-504357.html
>
> Das Problem ist, dass das Relais schaltet,
> obwohl der MasterEnable (Spannungsquelle V2 in simulation) noch
> nicht auf Ground gelegt wurde.

Mich überzeugt die im Eingangspost gezeigte Schaltung nicht. Schau Dir 
mal bei Treiber: Beispiele zu Low-Side Treibern den diskreten Treiber 
2b an. Das erscheint mir geeigneter.

Bei 12V Steuerspannung schalten Deine IRF540 auch sauber durch.

von M.A. S. (mse2)


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Casimir B. schrieb:
> es handelt sich um folgende Schaltung

@alle, die LT-Spice Simulationen machen und Schaltpläne hochladen:

Es wäre hilfreich, wenn Ihr

1) die *.asc-Datei mit hochladen würdet, dann könnten andere Foristen 
die Simu durchführen und evtl. Erkenntnisse dabei gewinnen.

2) Verwendet Labels und gebt den Signalen, die ihr messt und darstellt, 
Namen. Bezeichner wie V(N001) und V(N004) sind nicht so dolle...

;)

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


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Casimir B. schrieb:
> Das Relais zieht allerdings so viel Strom, dass beim Abschalten (trotz
> Rücklaufdiode) bereits ein Board kaputt gegangen ist.

Schalte z.B. mit einem kleinen Relais das grosse.

Casimir B. schrieb:
> durch den Spannungsteiler 4V an,
> somit schaltet das MOSFET und das Relais.

Das sind doch aber nur 4V. Hast du denn nun verstanden, das ein IRF640 
bei 4V noch gar nicht richtig schalten muss? Erhöhe das erstmal auf 6-8V 
und dann sehen wir weiter. Du kannst auch direkt 12V ans Gate legen, das 
macht dem Burschen nichts aus.

von Casimir B. (cazimir)


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Matthias S. schrieb:

> Das sind doch aber nur 4V. Hast du denn nun verstanden, das ein IRF640
> bei 4V noch gar nicht richtig schalten muss?

Aber es handelt sich doch um einen IRF540.. Und da steht,
dass er zwischen 2V minimal und 4V Maximal schaltet.
Beim Anschluss von 12V wurde der schon sehr heiß und hat gerochen..

von Gerd E. (robberknight)


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Casimir B. schrieb:
> Matthias S. schrieb:
>
>> Das sind doch aber nur 4V. Hast du denn nun verstanden, das ein IRF640
>> bei 4V noch gar nicht richtig schalten muss?
>
> Aber es handelt sich doch um einen IRF540.. Und da steht,
> dass er zwischen 2V minimal und 4V Maximal schaltet.

Sorry, aber Du interpretierst die Gate-Source Threshold Voltage weiterin 
nicht korrekt.

Irgendwo zwischen 2V und 4V (je nach Exemplar) liegt bei 25°C die 
Schwelle, bei der 250µA an Strom fließen. Wenn Du Vgs weiter erhöhst 
fließt mehr.

Du brauchst aber klar mehr als 250µA, also musst Du unbedingt eine 
höhere Vgs anlegen.

Erst bei Vgs=10V ist der FET voll durchgesteuert und es wird vom 
Hersteller eine Rds(on) spezifiziert. Es macht daher Sinn mindestens 10V 
zu verwenden.

> Beim Anschluss von 12V wurde der schon sehr heiß und hat gerochen..

Dann hast Du das entweder falsch beschaltet oder der FET war vorher 
schon beschädigt, z.B. durch ESD.

Unter den Absolute Maximum Ratings im Datenblatt steht 
Gate-Source-Voltage +-20V. Mit 12V bist Du da weit genug von weg, davon 
geht da noch nix kaputt.

: Bearbeitet durch User

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