Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Body Diode MOSFET als Freilaufdiode


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Bert S. (kautschuck)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi,

Ich bin an der Entwicklung eines Inverters für einen PMSM, wobei ich mir 
nicht sicher bin, ob die Body Dioden der MOSFETs als Freilaufdioden 
geeignet sein werden.

Zu den Spezifikationen: Der Treiber ist für Motoren zwischen 1-200W, 
maximaler Strom ist 7A und die PWM Frequenz ist 25kHz.

Geplante 
MOSFETs:(https://www.mouser.ch/datasheet/2/196/irfh8334pbf-1227718.pdf)

MOSFET Gate Treiber: (http://www.ti.com/lit/ds/symlink/drv8304.pdf)

Nun gibt es ja verschiedene Faktoren zu berücksichtigen. Zuerst einmal 
muss sicher die "reverse recovery time" der Dioden kleiner sein als die 
Totzeit des Gate Treibers, die beim DRV8304 120ns beträgt und bei den 
Body Dioden 20ns. Soweit so gut.

Wie sieht es aber nun mit der Totzeit und der Pulsenergie für induktive 
Lasten aus? Die Zeitkonstante ist ja

und die Energie in etwa

Wie ist da die Totzeit des Gate Treibers mit der Zeitkonstante 
verknüpft? Wie sieht das mit der Puls Energie aus, die die Diode 
aufnehmen müssen kann? Steht das irgendwie im Datenblatt?

Ich möchte Schlussendlich berechnen, was die maximale Zeitkonstante L/R 
für meinen Motorkontroller ist, damit der Treiber noch ordentlich 
funktioniert.

: Bearbeitet durch User
von M. K. (sylaina)


Bewertung
-2 lesenswert
nicht lesenswert
Bert S. schrieb:
> wobei ich mir
> nicht sicher bin, ob die Body Dioden der MOSFETs als Freilaufdioden
> geeignet sein werden.

Schau dir einfach mal einen Mosfet bzw. die gesamte Schaltung an und 
überlege, was genau eine Freilaufdiode machen soll. Dann wird dir 
schnell klar, warum deine Überlegung überhaupt keine gute Idee ist ;)

von Bert S. (kautschuck)


Bewertung
2 lesenswert
nicht lesenswert
M. K. schrieb:
> Schau dir einfach mal einen Mosfet bzw. die gesamte Schaltung an und
> überlege, was genau eine Freilaufdiode machen soll. Dann wird dir
> schnell klar, warum deine Überlegung überhaupt keine gute Idee ist ;)

Wie meinst du das? Bei einem 3-Phase Inverter bilden die Body Dioden ja 
einen Freilaufpfad für die Ströme, warum sollte da meine Überlegung 
keine gute Idee sein?

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


Bewertung
2 lesenswert
nicht lesenswert
M. K. schrieb:
> Schau dir einfach mal einen Mosfet bzw. die gesamte Schaltung an und
> überlege, was genau eine Freilaufdiode machen soll.

Doch, das ist schon so üblich. In der klassischen Schaltung mit 3 
Halbbrücken als 3-Phasenendstufe leiten die Bodydioden die EMK in die 
Versorgungsschiene ab, die deswegen gut geblockt mit Elkos sein sollte, 
damit die Spitzen geschluckt werden.
Dafür geeignet sind MOSFets (oder IGBT) bei denen die Bodydiode 
spezifiziert ist (und nicht nur parasitär da ist)und eben Pulsestrom und 
-zeit angegeben ist. Sie muss den Strom des Motors vertragen und gute 
Reverse Recovery Zeiten bieten, das ist aber normalerweise immer der 
Fall, wenn man den MOSFet nicht schneller ansteuert, als er erlaubt 
(Anstiegs- and Abfallzeiten). Da achten die Hersteller schon drauf.

: Bearbeitet durch User
von jemand (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Matthias S. schrieb:
> spezifiziert ist (und nicht nur parasitär da ist)und eben Pulsestrom und
> -zeit angegeben ist. Sie muss den Strom des Motors vertragen und gute
> Reverse Recovery Zeiten bieten, das ist aber normalerweise immer der
> Fall, wenn man den MOSFet nicht schneller ansteuert, als er erlaubt
> (Anstiegs- and Abfallzeiten). Da achten die Hersteller schon drauf.

So ist es.

Dazu kommt noch: eine gute Steuerung schaltet den FET ein, wenn die 
Diode leitend ist. Das verringert die Verluste nicht unerheblich.

Man muss nur drüber nachdenken, was bei der Verringerung der 
Geschwindigkeit passiert. Da läuft der Motor nämlich generatorisch, und 
irgendwie muss der Strom ja im Zwischenkreis landen ;-)

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
Den Motor rekuperativ bremsen ist nicht möglich, wenn der Zwischenkreis 
keine große Kapazität wie einen Akku besitzt und auch nicht 
rückspeisefähig ist. Letzteres zu bauen ist nicht ganz trivial.

von oszi40 (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Matthias S. schrieb:
> Dafür geeignet sind MOSFets (oder IGBT) bei denen die Bodydiode
> spezifiziert ist

Überlegen, wieviel Wärme dabei zusätzlich im MOSFET entsteht?

von M. K. (sylaina)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Bert S. schrieb:
> Wie meinst du das? Bei einem 3-Phase Inverter bilden die Body Dioden ja
> einen Freilaufpfad für die Ströme, warum sollte da meine Überlegung
> keine gute Idee sein?

Mir war nicht bewusst, dass du 3-Phasen-Motoren einsetzen wolltest. 
200W/7A klang für mich nach simplen DC Motor sein.

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


Bewertung
2 lesenswert
nicht lesenswert
Ben B. schrieb:
> Letzteres zu bauen ist nicht ganz trivial.

Auch das ist richtig - der steuernde MC muss die Phasenlage beim 
Schubbetrieb wissen und kann dann dosiert die MOSFet starten, um den nun 
als Generator funktionierenden Motor auf die Zwischenspannung bzw. die 
Ladeschaltung zu schalten.
Aber soweit isses hier ja noch nicht. Wenn man auf die Rekuperation 
verzichtet aber trotzdem bremsen möchte, kann man einfach die Lowsides 
choppern - Hochstrom MOSFets vorausgesetzt. Alte FU haben Anschlüsse für 
Bremswiderstände.

von Ingo L. (corrtexx)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Ben B. schrieb:
> Den Motor rekuperativ bremsen ist nicht möglich, wenn der Zwischenkreis
> keine große Kapazität wie einen Akku besitzt und auch nicht
> rückspeisefähig ist.
Doch, dafür gibt es sog. Bremschopper, die die Energie schlicht 
verbraten. Sieht man auf jeder Straßenbahn

von Ralf D. (doeblitz)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ingo L. schrieb:
> Ben B. schrieb:
>> Den Motor rekuperativ bremsen ist nicht möglich, wenn der Zwischenkreis
>> keine große Kapazität wie einen Akku besitzt und auch nicht
>> rückspeisefähig ist.
> Doch, dafür gibt es sog. Bremschopper, die die Energie schlicht
> verbraten. Sieht man auf jeder Straßenbahn

Und ich dachte immer, "rekuperativ" würde etwas mit Energierückgewinnung 
zu tun, also eben gerade nicht mit sinnlosem Verheizen ...

von M. K. (sylaina)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ralf D. schrieb:
> Und ich dachte immer, "rekuperativ" würde etwas mit Energierückgewinnung
> zu tun, also eben gerade nicht mit sinnlosem Verheizen ...

Wird ja nicht sinnlos verheizt sondern sinnvoll. Mit der Wärme kann man 
den Fahrgastraum beheizen... duckundweg

von Peter S. (Gast)


Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
Lass dir keinen Blödsinn erzählen. Wenn die Randbedingen stimmen, ist es 
absolut üblich die Body-Dioden für den Freilauf des Motorstroms zu 
verwenden.

von npn (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Peter S. schrieb:
> Lass dir keinen Blödsinn erzählen. Wenn die Randbedingen stimmen,
> ist es
> absolut üblich die Body-Dioden für den Freilauf des Motorstroms zu
> verwenden.

Die Randbedingungen sind doch genau das, was die meisten Antworten hier 
beinhalten. Keiner hat hier gesagt "es ist verboten", sondern es wurden 
Einschränkungen genannt (Recovery-Zeit, Ansteuerung der MOSFETs usw...).
Und genau das sind die "Randbedingungen".
Wie kommst du auf "Blödsinn"?

von Bert S. (kautschuck)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke für die vielen Antworten. Nun bin ich aber immer noch nicht sicher 
wie ich vorgehen soll. Da der Controller an diversen Versorgungen 
betrieben wird, ist Rekuperation eher nicht so sinnvoll, da mit großer 
Sicherheit auch Netzteile angeschlossen werden. Die Idee mit dem 
choppern der Low Sides ist natürlich schon eine Möglichkeit, aber ich 
würde das auch nur wenn nötig implementieren. Doch genau hier stellt 
sich mir immer noch die Frage, wann ist das wirklich notwendig, bzw. 
wann könnten deswegen die MOSFets drauf gehen? 7A stellt ja für die 
MOSFets mit 25A continous kein Problem dar und die Recovery Time ist um 
einiges schneller als die Todzeit des Treiber ICs. Wenn nun aber ein 
großer Motor mit großer Induktivität angeschlossen wird, man den aber 
nur mit 200W betrieben möchte, dann kann sich da ja einiges an Energie 
ansammeln, die durch die Body Dioden in Wärme umgewandelt wird. Kann ich 
da nicht irgendwie die maximale Induktivität spezifizieren, damit es den 
Treiber nicht gleich räumt?

von Wolfgang (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Peter S. schrieb:
> Lass dir keinen Blödsinn erzählen. Wenn die Randbedingen stimmen, ist es
> absolut üblich die Body-Dioden für den Freilauf des Motorstroms zu
> verwenden.

Oft versucht man, die Wärme vom FET wegzukriegen und ihn nicht noch 
zusätzlich durch Dioden zu beheizen.

Es kommt also auf die Auslegung an.

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.