Synchronwandler Ausschaltprobleme

> Ich vermute, dass sich dadurch dass der Lowside-MOSFET schließt der 
Ausgangskondensator über seinen ESR, dem DCL der Spule und dem RDSon des MOSFETs 
sehr schnell entlädt, da alle Werte im Bereich einiger mOhm liegen (siehe 
Schaltplan im Anhang).

> Liege ich damit richtig oder weiß jemand zufällig wie damit bei üblichen
Schaltwandlern gehandhabt wird?

Laß mich raten, du bist der nächste der versucht die 
Pulsweitenmodultation mit PWM im µC zu machen weil das in der theorie 
doch funktionieren müßte...

Zum "Abschalten" setzt du dann einfach den Ausgang auf 0% PWM.

Dann ist deine Vermutung völlig richtig und du knallst die gesamte 
Ladung der Ausgangskondensatoren in Spule und MOSFET.

Einzige Lösung ist ein MOSFET-Treiber der ober und unter Seite getrennt 
ansteuern kann und zum Ausschalten dann die Gate-ansteuerung von beiden 
MOSFETs abschaltet.

A-Freak schrieb:
> Laß mich raten, du bist der nächste der versucht die
> Pulsweitenmodultation mit PWM im µC zu machen weil das in der theorie
> doch funktionieren müßte...

Naja ich habe mich halt an eine Anwendung von STMicroelectronics 
orientiert, da funktioniert es auch. (Siehe hier: 
https://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/application_note/ec/9c/b0/81/b5/12/4e/21/DM00108726.pdf/files/DM00108726.pdf/jcr:content/translations/en.DM00108726.pdf 
)

A-Freak schrieb:
> Einzige Lösung ist ein MOSFET-Treiber der ober und unter Seite getrennt
> ansteuern kann und zum Ausschalten dann die Gate-ansteuerung von beiden
> MOSFETs abschaltet.

Der verbaute LM5104 kann das meines Wissens ja nicht... im Programm habe 
ich jetzt beim Ausschalten eine Ausschalt-Kurve einprogrammiert, dadurch 
klappt das immerhin. Ist natürlich trotzdem keine Traumlösung.

RH schrieb:
> Beim Ausschalten bei einer hohen Ausgangsspannung (z. B. max 48V) ist
> ein "Knacken" von der Platine zu hören.

Was genau bedeutet "Ausschalten" bei dir? Brechen die 0V weg? Oder die 
12V? Oder geht dein Steuersignal auf konstant low? Im letzten Fall 
verheizt du  1mF*(48V)^2*0,5 = 1J in einem Puls in den Restwiderständen 
deines Aufbaus. Ich kann mir schon vorstellen, dass das knackt.

Edit: ok, ich sehe an den späteren Beiträgen, dass es tatsächlich der 
letzte Fall war. Da wird dir wohl tatsächlich nur das definierte 
"Runterfahren" der Ausgangsspannung mit einer entpsrechenden Rampe 
bleiben.

RH schrieb:
> Eventuell kommt es durch die Regelung durch den STM32 zu
> einem Schwingen im Regelkreis.

Ja, das klingt nach einem guten Kandidaten. In funktionierenden Lösungen 
wird die Regelung des DCDC deswegen oft einem dedizierten IC überlassen, 
statt das in einem µC programmieren zu wollen.

RH schrieb:
> Dazu kommt, dass sich
> der Gate-Widerstand am Lowside-MOSFET dunkel verfärbt... den hatte ich
> bereits einmal ausgetauscht aber nach einiger Zeit im Betrieb wurde
> dieser wieder etwas bräunlich, weshalb ich vermute das an der Stelle
> auch zwischenzeitlich zu viel Strom fließt.

Das wäre ein sehr seltsamer Strompfad. Immerhin liegt ein MOSFET-Gate in 
Serie. Wenn du darüber wirklich genügend Strom bringst, um einen 
7,5Ohm-Widerstand zu verheizen, dann ist sehr seltsam. Prüfe deine 
Schaltung nochmal, ob du nicht irgendwo einen Fehler oder einen 
versehentlichen Kontakt vom Gate auf ein anderes Potential hast.

Ach ja: es ist eine ganz schlechte Idee, dem LM358 als Spannungsfolger 
direkt 10nF an den Ausgang zu hängen. Laut Datenblatt mag er in der 
Konfiguration nicht mehr als 50pF sehen, wenn seine Stabilität 
gewährleistet bleiben soll. Löte den mal als erste aus oder hänge ihn 
hinter den 1kOhm-Widerstand statt davor.

Achim S. schrieb:
> Was genau bedeutet "Ausschalten" bei dir? Brechen die 0V weg? Oder die
> 12V?

Ups: Tippfehler. Gemeint war natürlich

"Was genau bedeutet "Ausschalten" bei dir? Brechen die 50V weg? Oder 
die
12V?"

Achim S. schrieb:
> Was genau bedeutet "Ausschalten" bei dir? Brechen die 0V weg? Oder die
> 12V? Oder geht dein Steuersignal auf konstant low? Im letzten Fall
> verheizt du  1mF*(48V)^2*0,5 = 1J in einem Puls in den Restwiderständen
> deines Aufbaus. Ich kann mir schon vorstellen, dass das knackt.
>
> Edit: ok, ich sehe an den späteren Beiträgen, dass es tatsächlich der
> letzte Fall war. Da wird dir wohl tatsächlich nur das definierte
> "Runterfahren" der Ausgangsspannung mit einer entpsrechenden Rampe
> bleiben.

Genau, ich schalte das PWM-Signal am Eingang des Treibers auf 0, d.h. 
der Lowside-FET leitet, der Highside-FET nicht. Was könnte man 
Hardwareseitig denn dagegen tun? Wenn ich beide Schalter ausschalte 
bleibt die Ladung ohne Last ja eventuell im Kondensator, bzw. entlädt 
sich nur sehr langsam über den Spannungsteiler.

Achim S. schrieb:
> Das wäre ein sehr seltsamer Strompfad. Immerhin liegt ein MOSFET-Gate in
> Serie. Wenn du darüber wirklich genügend Strom bringst, um einen
> 7,5Ohm-Widerstand zu verheizen, dann ist sehr seltsam. Prüfe deine
> Schaltung nochmal, ob du nicht irgendwo einen Fehler oder einen
> versehentlichen Kontakt vom Gate auf ein anderes Potential hast.

So ganz erklären kann ich es mir auch nicht. Bei den 7,5 Ohm 
Widerständen handelt es sich allerdings auch um kleine 0805 Widerstände. 
Viel Watt können die ja auch nicht ab oder? Vielleicht sollte ich da 
andere verwenden.

Achim S. schrieb:
> Ach ja: es ist eine ganz schlechte Idee, dem LM358 als Spannungsfolger
> direkt 10nF an den Ausgang zu hängen. Laut Datenblatt mag er in der
> Konfiguration nicht mehr als 50pF sehen, wenn seine Stabilität
> gewährleistet bleiben soll. Löte den mal als erste aus oder hänge ihn
> hinter den 1kOhm-Widerstand statt davor.

Oh ja das ist ein Fehler im Schaltplan, auf der Platine ist richtig 
herum!

Dein Gate Treiber ist einfach schlecht gewählt. Da nimmt man welche mit 
2 Eingängen die die Brücke komplett in High-Z schalten können. Und 
erzeugt das komplementäre PWM im Controller.

Die Gate Wiederstände sind ziemlich groß jenachdem wie viel Spannung der 
Gatetreiber ausgibt hast du da jedes Mal ein paar Watt Abwärme und 0805 
kann vielleicht 125mW.

Das schwingen deutet auf einen schlecht eingestellten Regler hin. Könnte 
aber auch daran liegen das dein LM358 schwingt.

PS: wozu die extra Diode am LS FET?

RH schrieb:
> , bzw. entlädt
> sich nur sehr langsam über den Spannungsteiler.

normalerweise entlädt er sich über die Last.

Aber wie schon geschrieben: mit deinem Treiber bleibt dir nichts anderes 
übrig, als den Ausgangskondensator durch eine entsprechend programmierte 
Rampe langsam zu entladen. Dein FET verträgt nur eine single pulse 
energy von 93mJ. Die wird zwar im Avanlanche-Betrieb gemessen, die 
Energiemenge ist aber trotzdem eine passende Hausnummer für die maximal 
verträgliche Pulsenergie.

Wenn du 1J über ihn verbrätst, ist er sofort im Eimer. Bisher retten 
dich wahrscheinlich die parasitären Wirkwiderstände deiner Bauteile, die 
einen wesentlichen Teil der Energie übernehmen. Gut ist es trotzdem 
nicht für deinen FET.

RH schrieb:
> So ganz erklären kann ich es mir auch nicht. Bei den 7,5 Ohm
> Widerständen handelt es sich allerdings auch um kleine 0805 Widerstände.
> Viel Watt können die ja auch nicht ab oder? Vielleicht sollte ich da
> andere verwenden.

0805 verträgt - je nach Widerstandstyp - auch sowas wie 100-200mW (hat 
Guest sinngemäß ja auch schon geantwortet).

Mit welcher Frequenz versuchst du deinen FET denn zu treiben? Daraus und 
aus der Gate Charge deines FETs ergibt sich im wesentlichen, wie stark 
der Widerstand belastet wird.

RH schrieb:
> 2. Bei einem Ausgangsstrom über 2A kommt es schlagartig zum Schwingen am
> Ausgang.

Hi.
Das Filter hinter dem LM358 ist doch verkehrt herum !? Erst R und dann 
den C.
So arbeitet der LM358 direkt auf die 10nF.

Guest schrieb:
> Das schwingen deutet auf einen schlecht eingestellten Regler hin. Könnte
> aber auch daran liegen das dein LM358 schwingt.

Edit: Die Schwingungen konnte ich jetzt nicht nochmal reproduzieren. Ich 
hatte den Gatewiderstand bevor die Schwingungen auftraten gewechselt und 
einen vermeindlichen 10 Ohm widerstand eingesetzt. Jetzt habe ich wieder 
7,5 Ohm eingelötet und es schwingt nicht. Beim Messen des 10 Ohm 
Widerstands der vorhin drin war, habe ich allerdings 80 Ohm gemessen... 
das wäre ja viel zu viel. Hatte den Widerstand direkt aus der Rolle 
genommen, keine Ahnung warum der so viel mehr Ohm hat.

Guest schrieb:
> PS: wozu die extra Diode am LS FET?

Zum Überbrücken der Inversdiode des LS-FET. Die extra Diode hat eine 
geringere Flussspannung und soll während der Totzeit die Verluste etwas 
verringern. Sie ist nur optional um zu schauen, ob sich damit wirklich 
der Wirkungsgrad verbessern lässt.

Xerxes schrieb:
> Hi.
> Das Filter hinter dem LM358 ist doch verkehrt herum !? Erst R und dann
> den C.
> So arbeitet der LM358 direkt auf die 10nF.

Ja genau, oben hab ich schon angemerkt dass es sich um ein Fehler im 
Schaltplan handelt, der aber nicht so verbaut ist. Auf der Platine ist 
es richtig herum :)

Achim S. schrieb:
> Wenn du 1J über ihn verbrätst, ist er sofort im Eimer. Bisher retten
> dich wahrscheinlich die parasitären Wirkwiderstände deiner Bauteile, die
> einen wesentlichen Teil der Energie übernehmen. Gut ist es trotzdem
> nicht für deinen FET.

Naja einen FET hat es leider schon zerschossen mist.

Achim S. schrieb:
> Mit welcher Frequenz versuchst du deinen FET denn zu treiben? Daraus und
> aus der Gate Charge deines FETs ergibt sich im wesentlichen, wie stark
> der Widerstand belastet wird.

Die Schaltfrequenz beträgt f = 62500 Hz, Gesamt Gate-Ladung sind 81 nC
Die beim Schalten auftretende Leistung müsste dann doch
p = Qg  Vdd  f = 0,06 W
sein oder?

Achim S. schrieb:
> 0805 verträgt - je nach Widerstandstyp - auch sowas wie 100-200mW (hat
> Guest sinngemäß ja auch schon geantwortet).
>
> Mit welcher Frequenz versuchst du deinen FET denn zu treiben? Daraus und
> aus der Gate Charge deines FETs ergibt sich im wesentlichen, wie stark
> der Widerstand belastet wird.

Von der Verfärbung ist allerdings auch nur der LS-Gate-Widerstand 
betroffen. Da es sich um identische MOSFETs handelt, müsste das Problem 
ja sonst eigentlcih auch beim anderen Gate-Widerstand auftreten.

RH schrieb:
> Edit: Die Schwingungen konnte ich jetzt nicht nochmal reproduzieren. Ich
> hatte den Gatewiderstand bevor die Schwingungen auftraten gewechselt und
> einen vermeindlichen 10 Ohm widerstand eingesetzt. Jetzt habe ich wieder
> 7,5 Ohm eingelötet und es schwingt nicht. Beim Messen des 10 Ohm
> Widerstands der vorhin drin war, habe ich allerdings 80 Ohm gemessen...
> das wäre ja viel zu viel. Hatte den Widerstand direkt aus der Rolle
> genommen, keine Ahnung warum der so viel mehr Ohm hat.

Edit des Edits:

Ich konnte die Schwingungen wieder reproduzieren! Verwende ich ein 
Labornetzteil (Linear) passiert nichts.
Beim Verwenden eines Schaltnetzteil mit 50V Ausgang, kommt es wieder wie 
schon geschrieben ab ca. 2,5 A zum Schwingen. Es kann sein, dass das 
Schaltnetzteil was abbekommen hat, weil ich das gestern verwendet hatte 
als ich den Kurzschluss produziert habe.

Ich glaube mittlerweile eher an ein Problem meiner elektronischen Last. 
Bzw. dass diese das Schwingen verursacht.

Jetzt gerade lassen sich die Schwingungen wieder nicht reproduzieren, 
egal bei welchem verwendeten Netzteil...

Die Last ist eine DS400NV von Höcherl & Hackel.

RH schrieb:
> Ich glaube mittlerweile eher an ein Problem meiner elektronischen Last.
> Bzw. dass diese das Schwingen verursacht.
>
> Jetzt gerade lassen sich die Schwingungen wieder nicht reproduzieren,
> egal bei welchem verwendeten Netzteil...
>
> Die Last ist eine DS400NV von Höcherl & Hackel.

Tut mir leid für den Spam:

Auch bei einem Lastwiderstand kommt es zum Schwingen. Es muss also an 
der Regelung liegen. Bei der Stromregelung klappt alles gut.

Wie sieht denn dein Regler aus?

Guest schrieb:
> Wie sieht denn dein Regler aus?

Hab einen PI Regler auf dem µC laufen.
Die Regelfrequenz beträgt etwa 8 KHz. Im Anhang befindet sich die 
Sprungantwort des offenen Systems bei Stellgrößenänderung.

Hier der Regelalgorithmus für den Konstant-Spannungs-Modus:

1

static  uint32_t PI_CVM(uint32_t xValue){

2

3

  int32_t pid_out;

4

  int32_t error;

5

  int32_t P_term;

6

  error =  SetValueVOut - xValue;

7

  Int_term = Int_term + ((Ki_CVM * error) / 256);

8

  if (Int_term > SAT_LIMIT)

9

  {

10

    Int_term = SAT_LIMIT;

11

  }

12

  if (Int_term < -(SAT_LIMIT))

13

  {

14

    Int_term = -(SAT_LIMIT);

15

  }

16

  P_term = (Kp_CVM * error)/ 256;

17

  pid_out =  P_term  + Int_term;

18

  if (pid_out >= MAX_DUTY)

19

  {

20

    pid_out = MAX_DUTY;

21

  }

22

23

  if (pid_out <= MIN_DUTY)

24

  {

25

    pid_out = MIN_DUTY;

26

  }

27

  return  pid_out;

28

}