BLDC Endstufe Schaltvorgänge

[Daniel S. (daniel_s)]

Hallo,
ich habe einen BLDC Motortreiber mit DRV8323 (GateDriver IC) gebaut. Im 
Anhang ein Schaltvorgang von Low Side on nach High Side on.
Blau: Low Side Gate spannung
Gelb: Phasenspannung Motor
Grün: High Side Gate Spannung
Orange: Strom Low side (An 1mOhm Shunt widerstand)

Man sieht dass ganz ganze beim Einschalten der High Side und hochziehen 
der Strangspannung sehr stark schwingt. Ich kann mir aber nicht 
vorstellen, dass am 1mOhm (milliohm) shunt 20V Peak anliegen. Das wären 
20000A. Ist das ein Messfehler?

Die Schwingung sind so ungefähr 100Mhz. Das ist wohl die 
Windungsinduktivität mit der Kapazität der Schaltung.

Ich habe schon viel probiert mit Ändern der Schaltgeschwindigkeit und 
Dead time. Es ändert aber nicht viel an der Sache. Wenn ich einen 
Kondensator von der Phasen nach Masse lege ändert sich die Frequenz der 
Schwingung. Aber es schwingt um einiges länger nach.

Wahrscheinlich kann ich die Schwingung nur mit einem Snubber dämpfen 
oder? Die Auslegung des Snubbers verstehe ich aber nicht so ganz. Wie 
groß sollte der Widerstand und wie groß der Kondensator sein? Gibt es 
andere Möglichkeiten diese Schwingungen zu verringern bzw. zu 
elliminieren?

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Daniel S. schrieb:
> Die Schwingung sind so ungefähr 100Mhz. Das ist wohl die
> Windungsinduktivität mit der Kapazität der Schaltung.

Ich vermute mal, das deine Verkabelung bzw. das Layout eines der 
Probleme ist. Das sieht so aus, als hättest du da viel zu lange und 
dünne Drähtchen und auch der Massebezug deines Oszis ist 
verbesserungsfähig.
Wenns kein Geheimnis ist, poste mal Bilder deines Aufbaus.

[Ingo L. (corrtexx)]

Daniel S. schrieb:
> Ist das ein Messfehler?
So ist es

Daniel S. schrieb:
> Gibt es
> andere Möglichkeiten diese Schwingungen zu verringern bzw. zu
> elliminieren?
Wie misst du denn derzeit?

[Michael B. (laberkopp)]

Daniel S. schrieb:
> Ist das ein Messfehler?

Teils teils vermutlich.

Es ist nicht 1mOhm, sondern 1uH (oder gar Nanohenry) also das Layout der 
Platine und die Leitung zu Scope, womöglich mit langer Massekrokoklemme 
angeklemmt statt direkt Koax-SMA Messpunkt auf der Platine.

Daniel S. schrieb:
> Wahrscheinlich kann ich die Schwingung nur mit einem Snubber dämpfen

Nein, durch guten Aufbau. Hohe Ströme, schnell gechsaltet, wollen 
niederinduktivsten Aufbau.

[Daniel S. (daniel_s)]

Hi,
danke für die Antworten.

Ich habe alle Masseleitungen entfernt und am Tastkopf für den Shunt eine 
Massefeder benutzt. Es sieht jetzt etwas besser aus aber immer noch 
nicht ideal :-) Siehe Anhang

Kann man das überhaupt richtig messen? Wie würde der Aufbau dann 
aussehen?

[Daniel S. (daniel_s)]

Ich habe jetzt ein koaxkabel zum Oszi geführt. Die Massen vom Koax auf 
die Shunt masse und vom Shunt zum innenleiter einen 50Ohm widerstand. 
Das oszi dann auf 50Ohm abschluss gestellt. Wieder eine Nummer besser 
aber ob das die richtige Messung ist?

[Daniel S. (daniel_s)]

Hi,
naja es wird immer besser mit dem Messen.

Mein Layout würde ich ungern hier posten. Es ist aber alles recht klein. 
Es wurde schon versucht die Versorgung auf durchgehenden Masseflächen zu 
gewährleisten. Kondensatoren nahe an die Mosfets. Alles möglichst kurze 
verbindungen.

Hier nochmal ein Bild einer Messung. Vom Shunt zum Oszi mit Koax. Rest 
tastköpfe

Gelb: Shunt (1mOhm)
Grün: HS gate spannung
Orange: Phasenspannung
Blau: LS Gate spannung

Das Bild wurde unter Last gemacht (ca 60A Phasenstrom wen LS on). Was 
ich komisch finde ist der Anstieg der Shuntspannung wenn der LS 
Transitor leitend wird. Ist das wieder ein Messfehler? Wenn ich weniger 
Last am Motor habe, dann ist dieser Anstieg bedeutend kleiner.

[Michael B. (laberkopp)]

Daniel S. schrieb:
> Gelb: Shunt (1mOhm)
> Grün: HS gate spannung
> Orange: Phasenspannung
> Blau: LS Gate spannung

Ja, du hast einen shoot thru, also dein low Side leitet schon bevor der 
high Side abgeschaltet hat.
Diese kurze Stromspitze führt natürlich zu massivem Klingeln.

[Daniel S. (daniel_s)]

Hi,

dachte ich auch erst. Aber die High side ist doch schon lange auf low 
(differenz grün und orange) wenn die Low side gate spannung ansteigt.

Edit: hab grad nochmal ne Messung mit massiv langer dead time (>500ns) 
gemacht und es ändert sich nichts am Bild

[Daniel S. (daniel_s)]

Hallo nochmal,

der Strom den man sieht wann man die high side einschaltet und die 
Phasenspannung nach oben zieht ist der Strom der benötigt wird die 
Drain-Source Kapazität umzuladen (plus alle anderen Kapazitäten die da 
noch so dran hängen). Je langsamer man das tut, je kleiner ist der 
Peakstrom (dafür aber länger) und um so kleiner ist das Klingeln

[Peter S. (Gast)]

Um zu beurteilen wann welcher FET leitend ist, würde ich einfach direkt 
die die Drain-Source-Spannungen messen.

Aber mir sieht das auch nicht nach Shoot-Through aus. Die ~200ns Totzeit 
in der Gate-Ansteuerung sollten schon reichen.

[Schrödingers Katze (Gast)]

Was für Schalter hast du und wie hoch ist deine Zwischenkreisspannung? 
Wie hoch sind die Gatewiderstände (high und low side, Ein- und 
Ausschalten)?
Die riesige Stromspitze kann vor allem durch das Reverse Recovery der 
Bodydiode zustande kommen. Die gezeigten Kurvenverläufe zeigen die harte 
Schaltflanke - wie sieht denn die weiche Flanke aus?

[Daniel S. (daniel_s)]

Hi,
also die Mosfets sind BSC039N06NS. Die Versorgung ist 24V aus einem LiPo 
akku (6s).

Wie gesagt ist ein DRV8323 von TI als Treiber. Das ist ein integrierter 
Treiber welcher über SPI parametrisiert werden kann. So kann man für HS 
und LS jeweils den Gatestrom für steigende und fallende Flanke 
einstellen.

Der Bereich geht bis 2A fürs Ausschalten und bis 1A fürs Einschalten der 
Mosfets.

Ich bin mir nun auch sicher, dass die Stromspitzen die man am Shunt 
sieht vom Recovery Strom rühren. Verstärkt durch den Aufbau der Messung. 
Ich habe jetzt einen 50Ohm widerstand am Shunt und danach eine 
Koaxleitung ans Oszi gemacht. Dort auf 50Ohm Abschluss gestellt. Das 
Klingeln danach wird eine Mischung aus Messaufbau und Induktivität des 
PCBs sein.

Mich würde halt interessieren wie man soetwas möglichst genau vermisst 
und dann diese Effekte verringert.

Auch würde mich noch interessieren warum die Reverse Recovery bei hohem 
Laststrom höher ist als bei geringem Laststrom. Liegt das daran, dass 
bei hohem Strom mehr Ladungen im innern der Diode verschoben werden 
müssen?

[Schrödingers Katze (Gast)]

Daniel S. schrieb:
> Auch würde mich noch interessieren warum die Reverse Recovery bei hohem
> Laststrom höher ist als bei geringem Laststrom. Liegt das daran, dass
> bei hohem Strom mehr Ladungen im innern der Diode verschoben werden
> müssen?

Richtig. Die Reverse Recovery Ladung ist eigentlich proportional zum 
Strom. Praktisch spielen dabei jedoch eine ganze Reihe weiterer 
Einflüsse eine Rolle, ganz besonders die Temperatur und die 
Abschaltgeschwindigkeit.

Mach doch noch eine Aufnahme von der weichen Flanke. Reverse Recovery 
hast du nur beim harten Schalten, bei der weichen Flanke müsste der 
Strompeak verschwinden.

Daniel S. schrieb:
> Mich würde halt interessieren wie man soetwas möglichst genau vermisst
> und dann diese Effekte verringert.

Was möchtest du denn genau messen? Je nach dem was du messen willst kann 
das sehr schwierig bis total unmöglich sein, man kann da auch einiges 
falsch machen und sich über komische Ergebnisse wundern.