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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Schutz von MOSFET in 24 V Umgebung mit Lichtmaschine


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Autor: Paul W. (pawi)
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Guten Abend in die Runde.

Möchte 2St.  24 V 250 Watt DC Motoren per RC Fernsteuerung betreiben; 
die im Bild sichtbare Schaltung ist ein Teil des Motorreglers;
mein Problem ist, dass manchmal die FET defekt werden, sie schalten 
durch.


Es wird eine kleine 24V BAtterie, bzw die Motoren von einer Drehstrom 
Lichtmaschine gespeist.


Hab im Forum schon einiges gelesen, komm aber nicht ganz klar.

Frage: welche Schutzschaltung wäre da vorzusehen?
Schotky Dioden oder Varistoren? Dimension?

vlcht kann mir bitte jemand helfen

lg
paul

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Autor: hinz (Gast)
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In verseuchter Umgebung nimmt man MOSFETs mit höherer 
Spannungsfestigkeit.

Autor: hinz (Gast)
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Und die Ansteuerung der MOSFETs sollte eingermaßen flott sein, sonst ist 
man ausserhalb der SOA.

Autor: Gerd E. (robberknight)
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hinz schrieb:
> Und die Ansteuerung der MOSFETs sollte eingermaßen flott sein, sonst ist
> man ausserhalb der SOA.

Jepp.

Was wird da für ein Treiber verwendet? Dürfte links vom gezeigten 
Schaltplanausschnitt sein. R1 und R2 sind mit 100 Ohm jedenfalls recht 
hoch.

Gibt es im System irgendwo eine dicke Z-Diode in der 24V-Versorgung, die 
die  Spannung von der Lichtmaschine nach oben hin begrenzt?

In KFZ mit 12V Bordnetz wird so normalerweise auf etwa 40V begrenzt. Auf 
diese 40V sind dann die ganzen Bauteile ausgelegt. Bei 24V 
Betriebsspannung liegt die Klemmspannung solcher Dioden natürlich 
deutlich höher.

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Beachte bitte, das z.B. der IRL1404 eine beachtliche Gatekapazität von 
etwa 6,5nF hat. Das gibt zusammen mit dem 100 Ohm Widerstand schon einen 
RC Tiefpass mit etwa 240kHz fg.
Da ist die Chance schon recht gut, das der MOSFet bei Anstieg und Abfall 
zu lange ausserhalb der SOA verweilt.

Autor: Paul W. (pawi)
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Hab nun weitere Schaltungen hochgeladen.

Gerd E. schrieb:
>
> Was wird da für ein Treiber verwendet? Dürfte links vom gezeigten
> Schaltplanausschnitt sein. R1 und R2 sind mit 100 Ohm jedenfalls recht
> hoch.

Schaltung hat eigene Versorgung, von der 24V Versorgung unabhängig.
Der Motorregler ist ein Bausatz, als IC ist ein ATTiny 45 angegeben.

>
> Gibt es im System irgendwo eine dicke Z-Diode in der 24V-Versorgung, die
> die  Spannung von der Lichtmaschine nach oben hin begrenzt?
>
24V Z Diode ist keine vorhanden.


Matthias S. schrieb:
> Beachte bitte, das z.B. der IRL1404 eine beachtliche Gatekapazität von
> etwa 6,5nF hat.

Es ist der IRF1404, besteht da ein Unterschied?

Welche Schutzmaßnahmen könnte ich vorsehen, Varistor, Schottky o.ä. ?

LG
Paul

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Autor: Mani W. (e-doc)
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T3 ist einmal mit Sicherheit kein PNP-Transistor, der dann noch
ganz falsch in der Schaltung liegt, aber es wird wohl ein
Zeichenfehler sein...

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Autor: hinz (Gast)
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Paul W. schrieb:
> Es ist der IRF1404, besteht da ein Unterschied?

Der ist völlig ungeeignet, kein Logikpegel-MOSFET.


Was ist das denn für ein Motor? Wie hoch ist sein Blockierstrom? Soll da 
PWM gemscht werden, oder nur gelegentlich geschaltet werden?

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Paul W. schrieb:
> Es ist der IRF1404, besteht da ein Unterschied?

Aha, jetzt kommen wir der Sache schon näher. Wie hinz bereits sagte, 
wird dieser MOSFet vom Direktantrieb per Tiny gar nicht ganz 
durchgesteuert. Du benötigst also einen MOSFet Treiber, der den Pegel 
des 5V Ausgangs deutlich anhebt (und auch mehr Strom liefern kann).
Da hilft auch keine Schutzschaltung, denn ein nur halb leitender MOSFet 
muss die Verlustleistung verbraten und mit dem geringen Strom des Attiny 
wird die Anschalt- und Abfallzeit länger, der kleine Kerl ist dann mit 
der Ladung und Entladung der Gates überfordert.

Autor: Jens G. (jensg)
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Ich empfehle als Treiber den Timer IC NE555. Wenn ich den mit 10V 
betreibe, dann sollte der Spannungshub am Eimgang ausreichend sein um 
von 5V auf 10V mit entsprechender Treiberleistung zu kommen.

Autor: Dieter R. (drei)
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hinz schrieb:
> Paul W. schrieb:
>> Es ist der IRF1404, besteht da ein Unterschied?
>
> Der ist völlig ungeeignet, kein Logikpegel-MOSFET.
>

1. Gibt es für > 10A überhaupt Logic Level FETs?

2. Es gibt in der Schaltung zwei Stück namens D2. Die Schaltung der 
unteren begreife ich nicht so ganz, aber sie soll ja wohl 
Spannungsspitzen abfangen?

3. Was heißt "Der Motorregler ist ein Bausatz"? Wo kommt der her, 
wirklich mit den gezeigten Schaltungsunterlagen?

Autor: hinz (Gast)
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Dieter R. schrieb:
> 1. Gibt es für > 10A überhaupt Logic Level FETs?

Aber sicher doch.

Autor: Dieter R. (drei)
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hinz schrieb:
> Dieter R. schrieb:
>> 1. Gibt es für > 10A überhaupt Logic Level FETs?
>
> Aber sicher doch.

Gut, dann sollte er einen solchen verwenden, bevor er Klimmzüge mit 
einer notwendigen weiteren Betriebsspannung macht. Bleiben die 
restlichen Fragen.

Besonders die Sache mit dem Bausatz verstehe ich nicht. Wenn es ein 
Satz ist, müssen doch eigentlich die richtigen Bauteile drin sein und 
wir müssten nicht raten, was denn passt.

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Dieter R. schrieb:
> 1. Gibt es für > 10A überhaupt Logic Level FETs?

Die Ampere sind nicht das Problem, sondern die grenzwertigen Uds max. 
bei den 24V. So ein Motor kann da schon Spannungen induzieren, die die 
Uds der meisten LL-MOSFet überschreiten.
Der IRLZ44N z.B. kann 47A schalten, aber seine Uds liegt bei nur 55V. 
Das kann klappen - muss aber nicht.

Jens G. schrieb:
> Ich empfehle als Treiber den Timer IC NE555

Warum auch nicht - Wäre mal was anderes. Ein 75V Typ als MOSFet sollte 
jedenfalls in den meisten Fällen heil davon kommen und ein Treiber kann 
sowieso nicht schaden. Im Fehlerfall hat der Tiny dann sogar eine 
Überlebenschance...

Dieter R. schrieb:
> Wenn es ein
> Satz ist, müssen doch eigentlich die richtigen Bauteile drin sein und
> wir müssten nicht raten, was denn passt.

Vergiss es. Es sind auch 'Arduino-kompatible' MOSFet Schalter im 
Verkauf, auf denen ein simpler IRF540 sitzt - völlig ungeeignet zur 
direkten Ansteuerung durch 5V.

: Bearbeitet durch User
Autor: Paul W. (pawi)
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Hallo und danke für die Beiträge.

Ich muss mal ein bisschen ausführlicher erklären worum es eigentlich 
geht:
Es geht um einen ganz normalen Rasenmäher mit Benzinmotor, der 
elektrisch angetrieben und ferngesteuert werden soll; also mähen macht 
der Benzinmotor, fahren elektrisch.
Die Stromversorgung für den Antrieb liefert hauptsächlich die 24V 27A 
Lichtmaschine an der 2 kleine (ca. 10Ah) 12V Bleibatterien hängen. 
Eigentlich hab ich die Batterien nur damit die Lichtmaschine 
funktioniert und für den Starter (12V).



Mani W. schrieb:
> T3 ist einmal mit Sicherheit kein PNP-Transistor

klar, hab ich übersehen


hinz schrieb:
> Paul W. schrieb:
>> Es ist der IRF1404, besteht da ein Unterschied?
>
> Der ist völlig ungeeignet, kein Logikpegel-MOSFET.
>

Der IRF1404Z war in einer Steuerung eines elektr. Rollstuhles, 24 Volt, 
warum soll er da nicht geeignet sein? 8 Stück pro Motor, ich denk eine 
H-Brücke, oder? jeweils 2 Stück parallel.



> Was ist das denn für ein Motor? Wie hoch ist sein Blockierstrom? Soll da
> PWM gemscht werden, oder nur gelegentlich geschaltet werden?

siehe Bild.

ja, soll gemischt werden, wie bei einem Kettenfahrzeug.

Es sind 2 Antriebsmotore vom Rollstuhl. Das Gefährt soll per 
Funkfernsteuerung gesteuert werden, d.h lenken mit den Antriebsrädern, 
wie bei einem Kettenfahrzeug, Panzer oder Bagger.

Beim einem Rollstuhl hab ich natürlich nur die 24V Versorgung aber keine 
Lichtmaschine und auch keine Zündung, die ev. auch Störungen verursachen 
kann.

Dieter R. schrieb:
> hinz schrieb:
>>
>
> 2. Es gibt in der Schaltung zwei Stück namens D2. Die Schaltung der
> unteren begreife ich nicht so ganz, aber sie soll ja wohl
> Spannungsspitzen abfangen?


Ja, ich denk die Spitzen vom Motor.


>
> 3. Was heißt "Der Motorregler ist ein Bausatz"? Wo kommt der her,
> wirklich mit den gezeigten Schaltungsunterlagen?

Der Bausatz ist von Motorregler.de, funktioniert auch sonst tadellos; 
hab im Modellbau nichts anderes gefunden, außerdem ist motorregler.de 
eine ausgezeichnete Quelle für Modellbau was Lieferzeit, Service usw. 
betrifft.

Die Schaltung des Motorreglers hab ich von der Platine abgenommen.



Dieter R. schrieb:
> hinz schrieb:
>> Dieter R. schrieb:
>>> 1. Gibt es für > 10A überhaupt Logic Level FETs?
>>
>> Aber sicher doch.
>
> Gut, dann sollte er einen solchen verwenden, bevor er Klimmzüge mit
> einer notwendigen weiteren Betriebsspannung macht. Bleiben die
> restlichen Fragen.


hat da jemand auch Typenbezeichnungen parat?

>
> Besonders die Sache mit dem Bausatz verstehe ich nicht. Wenn es ein
> Satz ist, müssen doch eigentlich die richtigen Bauteile drin sein und
> wir müssten nicht raten, was denn passt.

Das ist ein Bausatz für die Verwendung im Modellbaubereich und dafür 
sind auch die Bauteile vorhanden, nicht ein Satz für meine Anwendung.

Matthias S. schrieb:
> Dieter R. schrieb:
>> 1. Gibt es für > 10A überhaupt Logic Level FETs?
>
> Die Ampere sind nicht das Problem, sondern die grenzwertigen Uds max.
> bei den 24V.

Ich denke auch dass nicht der Strom das Problem ist sondern die 
Spannung.
Ich bin ja beim Testlauf nicht mit voller Leistung gefahren. Es müsste 
beim Umschalten passieren, wobei der Regler nicht direkt umschaltet 
sonder Zeitverzögert.



Matthias S. schrieb:
> Jens G. schrieb:
>> Ich empfehle als Treiber den Timer IC NE555


ein NE555 als Treiber ??

- da bin ich im Moment ein bisschen überfordert, gibt's da ev. 
Schaltbeispiele?
>


Im Fehlerfall hat der Tiny dann sogar eine
> Überlebenschance...

da muss ich noch was ergänze, der Tiny wird vorläufig direkt über einen 
5 V Akku, wie im Modellbau üblich versorgt, der hat auch bisher nichts 
abbekommen. Also nur Minus verbunden.

Das ich jetzt eine ganze Menge, ich hoffe dass ich mit Eurer Hilfe 
weiterkomme

Danke und LG

Paul

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Paul W. schrieb:
> Der IRF1404Z war in einer Steuerung eines elektr. Rollstuhles, 24 Volt,
> warum soll er da nicht geeignet sein?

Weil er mehr als 5V am Gate gegen Source braucht, um voll 
durchzusteuern. Das war im Rollstuhl sicher mit einer Treiberstufe 
gelöst, die ihm 10V+ aufs Gate gegeben hat. Dann ist er ein nahezu 
idealer Schalter.

Paul W. schrieb:
> der hat auch bisher nichts
> abbekommen. Also nur Minus verbunden.

Und die Gates der MOSFet. Wenn so ein Dings durchknallt, gibt er mit ein 
wenig Pech die Motorspannung aufs Gate und dann ist der Tiny im Eimer.
Ein Treiber entkoppelt MC und MOSFet.

Paul W. schrieb:
> ein NE555 als Treiber ??

Der 555 hat einen kräftigen Gegentaktausgang, weiten 
Betriebsspannungsbereich und ist schweinebillig. Hier mal eine Anwendung 
als Relaistreiber, die du wahrscheinlich direkt übernehmen kannst:
https://www.electroschematics.com/7103/555-tlc555-relay-driver-circuit/

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Autor: Dieter R. (drei)
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Gut, dass wir mal erfahren, worum es geht.

Ein ferngesteuerter Rasenmäher mit Verbrennungsmotor ist eine 
lebensgefährliche Arbeitsmaschine und erfordert umfangreiche 
Sicherheitsvorkehrung, Notschalter und und und...

Das ist kein Spielzeug!

Youtube ist voll mit Videos über solche Bastellösungen, es gibt dort 
auch Videos von ernsthaften kommerziellen Anbietern solcher Geräte. Die 
meisten kosten weit über 10.000 €, und das aus gutem Grund.

Wenn du schon an so einfachen Dingen wie der Ansteuerung eines FET 
scheiterst, dann hast du offenbar eine ganz ganz große Menge von 
Wissenslücken, die du erst einmal schließen müsstest, bevor du ein 
solches Projekt angehst.

Dringender Vorschlag: lies dich erst einmal in die 
sicherheitstechnischen Anforderungen ein, setze dich mit Haftungsfragen 
auseinander, und dann widme dich der Motoransteuerung. Das ist dann ein 
Klacks gegenüber den ganzen sicherheitsrelevanten Fragen.

Autor: Relais (Gast)
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Ist denn eine Freilaufdiode für den Motor verbaut?
Ich verwende Profets für meine 600Watt Motoren. Dort versorgt auch eine 
Lima die Motoren mit dem notwendigen Strom.

Autor: Paul W. (pawi)
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Dieter R. schrieb:
> Ein ferngesteuerter Rasenmäher mit Verbrennungsmotor ist eine
> lebensgefährliche Arbeitsmaschine und erfordert umfangreiche
> Sicherheitsvorkehrung, Notschalter und und und...
>
> Das ist kein Spielzeug!

Ich hab ja nicht vor ein Spielzeug zu machen !

Hat auch nichts mit meiner Frage zu tun.



Matthias S. schrieb:
> Paul W. schrieb:
>> ein NE555 als Treiber ??
>

> https://www.electroschematics.com/7103/555-tlc555-relay-driver-circuit/

danke für den brauchbaren Vorschlag.

noch einige Fragen:

Im original Bausatz waren 2Stück IRL3803V vorhanden, ist das ein 
Logikpegel-MOSFET? Was ist die genaue Definition von Logikpegel- MOSFET, 
Vgs bis 5V, oder?


Ich hab zwar den Tiny schon gekauft, aber ich kann ja auch andere 
Motorregler verwenden; kennt jemand einen der für meine Zwecke geeignet 
ist? Oder eine brauchbare Schaltung?

Ist eine H-Brücke für diesen Zweck vorteilhafter als die Schaltung mit 
Rel.?  Oder gibt's damit noch mehr Probleme?


lg
Paul

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Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Paul W. schrieb:
> Was ist die genaue Definition von Logikpegel- MOSFET,
> Vgs bis 5V, oder?

Bei MOSFets wird i.A. eine sogen. Gate-Schwellspannung (Threshold) 
angegeben, bei der der MOSFet 250µA durchlässt. Im Normalbetrieb muss 
die Spannung höher sein, denn wer will schon nur 250µA durchlassen.
Logiklevel MOSFet haben daher meist Schwellspannungen von 1-2V. 
Kennlinien im Datenblatt sagen einem dann, wie das typische Verhältnis 
von Ugs zu Id ist.

Paul W. schrieb:
> Ich hab zwar den Tiny schon gekauft, aber ich kann ja auch andere
> Motorregler verwenden; kennt jemand einen der für meine Zwecke geeignet
> ist? Oder eine brauchbare Schaltung?

Du kannst einen Treiber ja hinzufügen, ohne die Schaltung zu zerlegen. 
Dafür trennst du sie am Gatewiderstand auf und machst ein kleines 555 
Platinchen rein.

Paul W. schrieb:
> Oder eine brauchbare Schaltung?

Ich habe mal hier 2 Typen RC-Servos für stärkere Motoren veröffentlicht:
Beitrag "RC-Servoelektronik für DC-Motor"

Einmal H-Brücke und einmal Relais.

: Bearbeitet durch User
Autor: Dieter R. (drei)
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Paul W. schrieb:
> Dieter R. schrieb:
>> Ein ferngesteuerter Rasenmäher mit Verbrennungsmotor ist eine
>> lebensgefährliche Arbeitsmaschine und erfordert umfangreiche
>> Sicherheitsvorkehrung, Notschalter und und und...
>>
>> Das ist kein Spielzeug!
>
> Ich hab ja nicht vor ein Spielzeug zu machen !

Nein, kein Spielzeug. Eine gefährliche Waffe, die fürchterliche 
Verletzungen hervorrufen kann, bei dir selbst und unbeteiligten Dritten, 
wenn z. B. deine Fernsteuerung versagt. Deshalb verwenden kommerzielle 
Anbieter dafür spezielle Fernsteuerungen mit abgesichertem Rückkanal und 
Not-Aus. Hast du so etwas vorgesehen, weißt du überhaupt, was das ist? 
Deine Herangehensweise legt nahe, dass dir sämtliche Voraussetzungen und 
jegliches Problembewusstsein für ein solches sicherheitsrelevantes 
Projekt fehlen.

Und du fragst hier andere, die ebenso ahnungslos sind, dir bei der 
Entwicklung deiner Waffe zu helfen ...

: Bearbeitet durch User
Autor: Paul W. (pawi)
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Matthias S. schrieb:
> Paul W. schrieb:
>> Was ist die genaue Definition von Logikpegel- MOSFET,
>> Vgs bis 5V, oder?
>
> Bei MOSFets wird i.A. eine sogen. Gate-Schwellspannung (Threshold)
> angegeben, bei der der MOSFet 250µA durchlässt. Im Normalbetrieb muss
> die Spannung höher sein, denn wer will schon nur 250µA durchlassen.
> Logiklevel MOSFet haben daher meist Schwellspannungen von 1-2V.
> Kennlinien im Datenblatt sagen einem dann, wie das typische Verhältnis
> von Ugs zu Id ist.

Danke für die ausführliche Erklärung, aber für mich doch nicht ganz klar 
wenn in der Tabelle Vgs 1- 2 V angegeben ist das Diagramm sagt aber dann 
doch was anderes;
aber das wäre ein Thema für einen anderen Thread


Matthias S. schrieb:
> Du kannst einen Treiber ja hinzufügen, ohne die Schaltung zu zerlegen.

Den Bausatz hab ich nur gekauft für Testzwecke, ich will dafür sowieso 
ein eigenes Layout machen.



Matthias S. schrieb:
> Ich habe mal hier 2 Typen RC-Servos für stärkere Motoren veröffentlicht:
> Beitrag "RC-Servoelektronik für DC-Motor"

das ist ja die gleiche Schaltung, gute Info!!
Wie sollten in meinem Fall die Drosseln dimensioniert sein?



Dieter R. schrieb:
> Und du fragst hier andere, die ebenso ahnungslos sind,

Na gut dass es immer wieder jemanden gibt der glaubt Ahnung zu haben.

lg
Paul

sorry hab 2 gleiche Bilder hochgeladen, kann man eins löschen?

: Bearbeitet durch User
Autor: Dieter R. (drei)
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Paul W. schrieb:

> Na gut dass es immer wieder jemanden gibt der glaubt Ahnung zu haben.

Ja, habe ich!

Bevor du hier weiter Sprüche klopfst, lies jedenfalls mal die 
Bedienungsanleitung deines Rasenmähers. Der hat einen Schutzschalter mit 
Bremsvorrichtung, bei nichtgewerblichen Rasenmähern in der Regel als 
Sicherungsbügel ausgeführt, der einen Betrieb nur ermöglicht, wenn der 
Bediener diesen Bügel betätigt. Und da steht sicherlich auch, dass es 
unzulässig ist, vorhandene Sicherheitseinrichtungen außer Betrieb zu 
setzen.

Auch wenn du es nicht glaubst - es gibt jedes Jahr TAUSENDE von Unfällen 
mit Rasenmähern! Schon bei "bestimmungsgemäßem" Gebrauch. Du solltest 
dich erst einmal informieren, bevor du dich hier aufspielst und 
unverantwortliche Risiken für dich und andere heraufbeschwörst.

Autor: Gerd E. (robberknight)
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Paul W. schrieb:
> Matthias S. schrieb:
>> Paul W. schrieb:
>>> Was ist die genaue Definition von Logikpegel- MOSFET,
>>> Vgs bis 5V, oder?
>>
>> Bei MOSFets wird i.A. eine sogen. Gate-Schwellspannung (Threshold)
>> angegeben, bei der der MOSFet 250µA durchlässt. Im Normalbetrieb muss
>> die Spannung höher sein, denn wer will schon nur 250µA durchlassen.
>> Logiklevel MOSFet haben daher meist Schwellspannungen von 1-2V.
>> Kennlinien im Datenblatt sagen einem dann, wie das typische Verhältnis
>> von Ugs zu Id ist.
>
> Danke für die ausführliche Erklärung, aber für mich doch nicht ganz klar
> wenn in der Tabelle Vgs 1- 2 V angegeben ist das Diagramm sagt aber dann
> doch was anderes;

bei dem Threshold geht es immer um die Stelle, an der er ganz bischen 
anfängt zu leiten. Das ist für den stabilen Betrieb irrelevant, denn da 
soll er möglichst nur voll durchgesteuert sein.

Wohin Du bei Mosfet-Datenblättern schauen musst ist die ganz rechte 
Spalte mit den Bedingungen, und zwar in der Zeile Rds(on). Dort ist der 
Widerstand für eine oder mehrere Vgs angegeben. Das sind die Vgs, für 
die der Mosfet konzipiert und getestet ist.

Vgs=10V dort ist ein klassischer Mosfet
Vgs=5V ist Logic Level

Wenn Du PWM machst, würde ich vorschlagen keinen Logic Level Mosfet zu 
nehmen, sondern einen klassischen Mosfet für Vgs=10V und dann einen 
richtigen Treiber. Z.B. TC4427A. Der wird mit 5V vom Attiny angesteuert 
und schaltet die 10 bis 12V für die Mosfet-Gates.

Vorteil von 10V-Mosfets gegenüber Logic Level ist, daß bei gleichem 
DS-Widerstand die Gate-Kapazität niedriger ist. Damit hast Du bei PWM 
weniger Schaltverluste und kannst schneller (und damit schonender) 
schalten.

Nachteil ist natürlich daß Du eine extra Hilfsspannung mit 10 bis 12V 
für Mosfet und Treiber brauchst.

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