Durchlegierte MOSFET's Am Montag auf dem Mikrocontoller Stammtisch München kam das Thema Durchlegierte MOSFET's auf. Mir persönlich war das Thema neu. Für mich waren MOSFETs ganz oder kaputt GRINS Dieses Thema betraf ein von mir vorgestelltes Steuerungsgerät für eine Wasserpumpe. Nach etwas Recherche habe ich u.a. in einer Patentschrift von Siemens ein paar Informationen zu den Ursachen gefunden. Hier wurden insbesondere zu hohe Temperatur durch Last und / oder Umgebung (z.B. KFZ) genannt. Desweiteren unerlaubte Spannungsspitzen insbesondere durch induktive Lasten. Kurzbeschreibung meiner Problematik Eine Pumpe wird von einem STM32L031 über einen PowerMOSFET ca einmal pro Tag OHNE PWM einfach für ein paar Minuten eingeschaltet und dann wieder ausgeschaltet. Der PowerMOSFET ist für die kleine Version des Steuergerätes , mit 300mA Pumpe, eigentlich überdimensioniert. Aber es soll auch noch den etwas größeren Bruder der Steuerung geben. Hier sind es dann nicht nur 300mA sondern eben eine entsprechend größere Pumpe. Ich rechne hier mal mit ca 3 bis 5 A bei 12V. Für MOSFET's sicher erst mal kein großes Problem. Aber gesetzt den Fall dieser MOSFET würde durchlegieren und leitend, so würde die Pumpe sich nicht mehr abschalten lassen. Dies kann in dem Fall einen Wasserschaden verursachen. Dies ist soweit möglich aber zu vermeiden. Also hab ich mir mal Gedanken gemacht wie sich solch ein Hardwaredefekt zumindest massiv einschränken läßt. Dass 2 MOSFETs gleichzeitig kaputt gehen ist eher unwahrscheinlich, so meine Grundüberlegung. Klar kann auch passieren, aber die Gefahr sehe ich mal eher als gering an. Nun ich hab einfach mal 2 P-MOSFETs in Reihe geschaltet und das ganze Simuliert. Per Software und ADC .. wird als erstes bei gesperrten MOSFETS die Spannung an MP2 gemessen welche durch den Spannungsteiler R20 und R7,R8 sich auf ca 1,98 V einpendelt. Schalter S3 simuliert mit dem dazugehöriigen R16 mit 100 Ohm einen teilweise durchlegierten MOSFET Wird dieser S3 geschlossen verändert sich mein Messwert . Gleiches bei S4. Somit kann ich schon im Ansatz bestimmen ob einer der Beiden MOSFETs defekt ist. Arbeiten geht dann mit S2 an und anschließend S1 AN .. zeit .. AUS ... S2 aus wie oben schon beschrieben werkelt hier in echt ein STM32 anstatt Schalter. Ein zusätzlicher Stromsensor erfaßt dann auch noch den Strom, an welchem dann ein eventueller Pumpendefekt dedektiert werden kann. Sobald ein Defekt erkannt wird, schaltet das Gerät ab und es wird im Eeprom des STM32 ein WERT geschrieben, welcher dafür sorgt, dass bei jedem Neustart sofort nur noch eine rote LED blinkt. Mit einem Schaltungsaufbau in der Art ließe sich in 99% der Fälle erst mal die Überschwemmung vermeiden. Bilder anbei. Schaltplan Simulation (farbig markierte Bereiche dienen ausschließlich der Simulation z.B. Kabellängen...) Schaltplan Motortreiber real Messkurve Simulation Wie würdet Ihr solche Hardwaredefekte wie "Durchlegierte MOSFET's" ausschließen? Hat da jemand Zahlen , Erfahrungen ... zur Wahrscheinlichkeit dieser HWdefekte? LG Achim
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Achim M. schrieb: > switch_sch.png Und da blickst du durch? Der Schaltplan ist so unmöglich gezeichnet, das sich vermutlich nur wenige hier da durchbeissen werden. Mal das mal so, das der Verlauf von Versorgung und Signal einigermassen klar werden. Achim M. schrieb: > Wie würdet Ihr solche Hardwaredefekte wie "Durchlegierte MOSFET's" > ausschließen? Man kann Defekte nie ausschliessen, sondern nur ihre Auswirkungen begrenzen. In deinem Fall heisst das, das eine völlig unabhängige Hardware den Lauf der Pumpe überwacht und z.B. nach 1 Stunde Dauerbetrieb abschaltet - weil dann mit Sicherheit was faul ist.
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Matthias S. schrieb: > Und da blickst du durch? JA GRINS, aber klar da hast du schon recht. Die Simulation hab ich gestern einfach mal kurz zusammengeschustert und um alle erdenklichen Einflüße wie Leitungsinduktivitäten etc zu erfassen wurde das eben etwas unübersichtlich Deshalb ja auch "Schaltplan real", da ist es sicher klarer um was es geht. Matthias S. schrieb: > das eine völlig unabhängige > Hardware den Lauf der Pumpe überwacht Wäre ja im Prinzip fast das selbe wie ich gemacht habe, ein zweiter MOSFET vorne weg. Das mit der Zeit ist bereits in der Software. Sicheres Trennen der Pumpe wäre meines Erachtens dann nur mit einem Relais möglich.
Achim M. schrieb: > Das mit der Zeit ist bereits in der Software. Kein MC ist aber gegen Abstürze aka Endlosschleifen gefeit. Deswegen meinte ich ja 'unabhängige Hardware', vor allem, wenn es sicherheitsrelevant ist. Ein Hardware Timer mit Relais als Notnagel ist da sicher nicht die dümmste Idee. Der Timer startet zusammen mit der Pumpe und schaltet nach einer vorgegebenen Zeit auf jeden Fall die Pumpe ab. Schaltet die Pumpe vorher aus, setzt der Timer zurück. Dann kannst du dir den Kram mit zweitem MOSFet etc. auch sparen.
Aha - ich gehöre denn mal zu denen, die sich da durchgewurschelt haben. Die 27K/10K machen wohl 3.3V aus den 12V in der Simu. Insgesamt sehr respektlos, uns das soo vor die Füße zu klatschen. Nimm halt einen P-Kanal MOSFET, welcher für Avalnche-Betrieb ausgelegt ist und beschalte ihn mit einem sinnvoll bemessenen RC-Glied, wenn Du Angst um die Energie hast, die der MOSFET vermag, aufzunehmen. 20V Mosfets sind bei nem 12V Motor zu wenig. es sei denn, Du hast die Betriebsspannung so richtig gut abgeblockt. Was ist mit nem AO D4185 von Reichelt? der macht 40V und hat ein etwas größeres Gehäuse. Oder muss es SO8 sein? https://www.reichelt.de/mosfet-p-ch-40v-50a-62-5w-dpak-ao-d4185-p166488.html? Baue noch einen 10nF zwischen Gate und Source. Das macht die Sache etwas langsamer und du hast fast keine Spannungsspitzen im Abschaltmoment. Lass den Quatsch, zwei FETS in Reihe zu schalten. Bau dort ein ordentliches TrennRelais in die Betriebsspannung, welches nach 2 Minuten selbstständig die Stromzufuhr unterbricht und mit deiner Schaltung nichts zu tun hat. BTW: R43(536K?!?), R44(200K) ist viieel zu hochohmig. 8K2||150K und 1.1K passt da besser (Sp-Teiler ca 1/8).
Wenn ein Mosfet durchlegieren kann (und du es nicht schaffst den richtig zu dimensionieren), können das auch zwei... Ich habe dauerleitende Halbleiterrelays schon im Heizkreislauf für Wasser-Pumpen für Medizinprodukte gesehen. Ausserdem gibt es eine Reihe von anderen Ursachen für dauerlaufende Pumpen, mir fallen nach 30 Sekunden Nachdenken mehrere ein. Relativ einfach ist ein Hardware Timer (Watchdog), der mit der Pumpenversorgung läuft, und der einen Triac oder Mosfet durchschaltet, der wiederum die Sicherung für die Pumpe fliegen lässt.
Die BAS40 fliegt Dir geplegt um die Ohren. UF1007 oä. oder ne dicke Schottky muss dort hinein.
C4 raus dort! C4 gehört über die Mosfets vom Source(plus) nach GND. dicht an ihnen plaziert. dort, wo er jetzt ist, macht er genau das Gegenteil von dem, was Du erwartest.
Tipp: Bildformate. Wenn du den Screenshot erstmal als JPEG erstellt hast, ist er schon kaputt, aus dem Rührei kannst du kein Küken mehr ausbrüten. d.H. das anschliessende Konvertieren JPEG->PNG kannst du dir dann auch sparen.
Achim M. schrieb: > ber gesetzt den Fall dieser MOSFET würde durchlegieren und leitend, so > würde die Pumpe sich nicht mehr abschalten lassen. Dies kann in dem Fall > einen Wasserschaden verursachen. Dies ist soweit möglich aber zu > vermeiden. Vorschlag: völlig autarker mechanischer Schwimmerschalter. Einfach, dumm, aber am Ende redundant wirksam. HTH
Äxl (geloescht) schrieb: > Die BAS40 fliegt Dir geplegt um die Ohren. UF1007 oä. oder ne dicke > Schottky muss dort hinein. Danke, die Diode hat in der Simulation den Peak der Induktivität nicht geschafft, das war mein Problem. In echt habe ich hier einige B340B rumliegen und hatte die auch eingeplant. nur hatte die Simulationssoftware diese gerade nicht im Angebot und unüberlegterweise hab ich halt einfach die erste Schottkey reingesetzt. Hab jetzt mal eine vergleichbare mit 3A 40V im Simulator eingesetzt und den C4 rausgenommen siehe da es funktioniert. Danke Nach längerem Überlegen hab ich mir jetzt ein fernschaltbares Netzteil (gibt es als 12 oder 24 Volt für Hutschine) als Alternative herausgesucht. Dies hat zwar das Problem dass ich eine 2te Stromversorgung für den Prozessor brauch, aber da der STM32L031 eh sehr sparsam ist reicht da vieleicht sogar eine Batterie oder ein Mini 5v USB Netzteil. Mal schauen... Die Pumpe läuft ja nur ca einmal am Tag, und wenn die Pumpenversorgungsspannung 99% OFF ist spart das ne Menge Strom
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Wenn das Durchlegieren durch einen Schlag auf der Versorgung oder Last ausgelöst wird, geht der zweite MOS oft auch über den Jordan. Zuverlässig wäre nur eine zweite Schaltung, die den Zustand über der Last mit dem Steuersignal vergleicht. Ist auf dem Motor Saft, aber das Steuersignal sagt nein, dann wird über ein Bistabiles Relais abgeschaltet. Bistabil deshalb, da im Einzustand so kein Stromverbrauch anfällt. Diese Schaltung kann auch die Maximalzeitüberwachung aufnehmen.
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