Ein kleiner Testlauf, plötzlich springt die Strombegrenzung des Labor-NT an. Opfer ist folgendes Modul: https://www.handsontec.com/dataspecs/module/BTS7960%20Motor%20Driver.pdf Angeschlossen war ein 24V 250W e-Bike Getriebe-Bürstenmotor, der zwei Bollerwagenräder antreibt. (Das Gefährt ist aber im Moment aufgebockt, Schwungmasse ist also gering). Die Aktion die den Tod gebracht hat war zunächst langsam auf volle Geschwindigkeit vorwärts beschleunigen (L_EN, R_EN und LPWM auf high, RPWM auf low), dann in den Leerlauf schalten (LPWM auf low). Der Motor hat sich dann noch einige Sekunden langsam rückwärts (!) gedreht, dann war Ruhe. Bei der BTS7960 Halbbrücke die für "rückwärts" zuständig ist besteht nun Durchgang zwischen den Pins 1-4, sowie 7 (GND, IN, INH, OUT, VCC). (https://www.openimpulse.com/blog/wp-content/uploads/wpsc/downloadables/BTS7960-Datasheet.pdf) Was habe ich falsch gemacht? Nach meinem Verständnis hätte sich der Motor ausdrehen müssen und fertig, stattdessen sind anscheinend beide FETs durchlegiert. Der Kühlkörper wurde bestenfalls lauwarm, der Leerlaufstrom war auch nur knapp 2A.
Angehängte Dateien:
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BTS7960_Modul.JPG
41 KB
Auf dem Foto sind keinerlei Entstör- und Schutzelemente zu sehen. Auch kleine Motoren eignen so sich ummer wieder gut, Halbleiter effizient zu zerstören! Drosselspulen in Serie zum Motor und ev. sogar (bidirektionale!) TVS-Dioden über den Brücken-FETs sind u.U. absolut notwendig! Ausserdem, wenn der Motor ausläuft, gibt er Energie ab und die kann nirgends hin, also steigt die Spannung irgendwo an. Das kann dann auch ohne Weiteres die zulässige Versorgungsspannung überschreiten. Ein 250W-Motor ist schon ein ziemlicher Brocken!
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student schrieb: > dann in den Leerlauf schalten (LPWM auf low) Ich muss mich korrigieren, das ist kein Leerlauf, sondern bremsen. Christoph Z. schrieb: > Auf dem Foto sind keinerlei Entstör- und Schutzelemente zu sehen. Welche denn zum Beipiel?
Hi, student schrieb: > Was habe ich falsch gemacht? Nach meinem Verständnis hätte sich der > Motor ausdrehen müssen und fertig, stattdessen sind anscheinend beide > FETs durchlegiert. Der Kühlkörper wurde bestenfalls lauwarm, der > Leerlaufstrom war auch nur knapp 2A. Man kann ohne Messung nur vermuten... Ich würde jetzt einmal darauf tippen das der Tod eine Folge der beim Abschalten auftretenden Induktion war. Zwar verfügt der Baustein BTS7960 über gewisse Schutzmechanismen, aber es ist dennoch möglich das die Energie größer war als diese Schutzmechanismen in der vorliegenden Konfiguration "ableiten" konnten. Möglicherweise auch größer als die reverse-Diode selbst aushalten konnte. Im Datenblatt findet sich beim Eintrag zu der Reverse Diode dann auch ein Hinweis auf die Fußnote 1, die besagt das die Reverse Diode im Falle eines Falles nur für wenige Sekunden leitent ist um Freilauf zu ermöglichen. Die Zeit für welche diese Diode leitet wird wird (neben der Flankensteilheit der Schaltvorgänge) durch den am Anschluss SR angeschlossenen Widerstand bestimmt. ICh habe das Datenblatt jetzt nur Überflogen, dabei ist mir das ins Auge gesprungen. Wenn es tatsächlich so ist das die Reverse-diode nach einer gewissen Zeit "abgetrennt" wird, aber die hohe Iduktionsspannung länger als diese Zeit anlag, dann könnte das ein Durchlegieren der Transistoren erklären. Eine andere Möglichkeit wäre das der Stromfluss durch die Diode im Abschaltmoment so stark war das die Reverse-Diode selbst durchlegiert ist. Aber wie geschrieben: Reine Vermutung! Gruß Carsten
student schrieb: > student schrieb: >> dann in den Leerlauf schalten (LPWM auf low) > > Ich muss mich korrigieren, das ist kein Leerlauf, sondern bremsen. Bremsen ist natürlich ein ganz anderer Fall! Beim aktiven Bremsen wird der Motor entweder Kurzgeschlossen (Wenn man sanfter Bremsen will und bei großen Motoren über Widerstand, bei kleinen durchaus direkt) oder er wird sogar kuzzeitig mit entgegengesetzter Polarität bestromt. Die dabei fließenden Ströme sind dabei kurzzeitig ein Vielfaches des normalen Betriebsstromes. Daher war der Stromfluss in diesem Moment vielleicht deutlich höher als die erlaubten 43A Peak und das hat zum durchlegieren der Fet geführt. Gruß Carsten
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Carsten S. schrieb: > Beim aktiven Bremsen wird der Motor entweder Kurzgeschlossen Ja, das ist hier der Fall, beide Low-side FETs waren so weit ich das verstehe durchgeschaltet. Dann ist mir aber immernoch schleierhaft, wie auch der High-side FET durchlegieren konnte und viel wichtiger: Wie ich das in Zukunft verhindern kann. Das eine H-Brücke noch weitere Schutzbeschaltung braucht war mir neu, ich dachte die Body-Dioden reichen, solang die kinetische Energie nicht so groß wird, dass diese heiß werden. Ich finde allerdings auch keine Beispiele, wie man das richtig macht, dieses Modul ist mMn ganz offensichtlich explizit dazu gedacht direkt an einen Motor angeschlossen zu werden.
student schrieb: > hat sich dann noch einige Sekunden langsam rückwärts (!) gedreht, dann > war Ruhe. Überlast und Abschaltspannung sind übliche Krankheiten. a)Wenn der Motor noch einige Sekunden gedreht hat und als Generator lief könnte Überlastung die Ursache sein. b)Wenn es nach dem Anschalten nicht mehr ging war es eine böse induktive Spannungsspitze. Schutzdioden vergessen? c)Es gibt auch H-Brücken wo irrtümlich kurz ALLE Transistoren mal gleichzeitig leitend sind... d)Zwischen Vor-und Rücklauf gehört eine kleine Pause, um Stromspitzen zu vermeiden. e)Digitale Schaltstufen zu langsaaam umgeschaltet ist Analogbetrieb und heizt die Transistoren/MOSFETs. Elektronik funktioniert nur mit Rauch. Wenn der Rauch schon entwichen ist, dann ist was kaputt.
Meine Vermutung ist nicht Überstrom, sondern Überspannung. 1. Bei schnell schaltenden FETs wirkt jeder Millimeter Leitung als Induktivität, da kommen flott einige Dutzend Volt zusammen. Die wichtigste Schutzschaltung ist das mechanisch kurz angebundene Abblocken der Brückenspeisespannung. Kompakter Aufbau, kurze Zuleitungen. 2. Beim sanften aktiven Bremsen wird die rotatorische Energie in die Versorgung zurückgespeist. Diese Regler sind eher für den Batterie-/Akkubetrieb ausgelegt, welche die Bremsenergie aufnehmen können. Das Labornetzteil wird ja kein Mehrquadrantengerät sein, das auch als Stromsenke arbeiten kann. Die Wirkung der sanften Bremse ist folgende: kurzes "verpoltes" PWM bewirkt, dass der Motor (trotz relativ geringer Drehzahl) als Generator wirkt. Die Wicklung wird sozusagen vorgespannt, sodass die Spannung in den "PWM-Pausen" höher als die Versorgungsspannung wird und Strom zurück fließt.
Nach Datenblatt liegen parallel zu den Ausgangs-FETs Dioden, die Spannungen ableiten, die den Bereich der Versorgungsspannung über- bzw. unterschreiten. Ich habe mich darauf nie verlassen und immer schnelle Dioden - die aber den ganzen Strom verkraften müssen - parallel dazu geschaltet. Im Datenblatt steht aber auch, dass bei induktiven Lasten (und das ist ein Motor ja) ein Kondensator 0,47 uF direkt über die Versorgungspins der Brückenendstufe liegen sollten. STM bietet ja bipolare und MOS-Brücken in diversen Leistungsklassen an und bei induktiven Lasten ist dort meist eine Reihenschaltung von einem 22 Ohm- Widerstand mit einem Kondensator (0,1 bis 0,47 uF) zur Löschung induktiver Spannungsspitzen und zur Verlangsamung der Flanken parallel zur Last vorgesehen. Generell habe ich bei Bürstenmotoren in Verbindung mit integrierten Brückenschaltungen keine besonders guten Erfahrungen gemacht. Auch bei gutem Aufbau und sorgfältiger Planung liefen die Motoren selten ganz "rund". Ich habe dann meist auf eigene Schaltungen mit "dicken" bipolaren Transistoren ähnlich 2N3055 zurückgegriffen und bessere Ergebnisse erzielt. Bei Motoren ohne Kollektor hatte ich mit integrierten Brücken keine Probleme. Das Bürstenfeuer macht wohl doch einige Probleme - und mit steigendem Alter der Motoren wird das schlimmer.
oszi40 schrieb: > a)Wenn der Motor noch einige Sekunden gedreht hat und als Generator lief > könnte Überlastung die Ursache sein. Dazu reicht die Masse nicht, für menschliche Maßstäbe stand der Motor samt Rädern sofort und hat dann angefangen sich langsam in die andere Richtung zu drehen. oszi40 schrieb: > b)Wenn es nach dem Anschalten nicht mehr ging war es eine böse induktive > Spannungsspitze. Schutzdioden vergessen? Nicht vergessen, ich hatte angenommen die Body-Dioden der FETs in den Halbbrücken ICs sind dafür geeignet. oszi40 schrieb: > c)Es gibt auch H-Brücken wo irrtümlich kurz ALLE Transistoren mal > gleichzeitig leitend sind... > e)Digitale Schaltstufen zu langsaaam umgeschaltet ist Analogbetrieb und > heizt die Transistoren/MOSFETs. Das schonmal nicht, das stellt der BTS7960 sicher. d)Zwischen Vor-und Rücklauf gehört eine kleine Pause, um Stromspitzen zu vermeiden. Gerne, derartige Fehler schleichen sich während der Entwicklung halt leider ein. Aber wenn das schon zu tödlichen Spitzen führt, ohne dass das Ding überhaupt wirklich fährt, wie soll dass dann realen Betrieb überleben? oszi40 schrieb: > Elektronik funktioniert nur mit Rauch. Wenn der Rauch schon entwichen > ist, dann ist was kaputt. Der ist noch drin, optisch kann man keinen Fehler feststellen, dazu reichen die 5A des NT wohl nicht.
Günni schrieb: > Im Datenblatt steht aber auch, dass bei induktiven Lasten > (und das ist ein Motor ja) ein Kondensator 0,47 uF direkt über die > Versorgungspins der Brückenendstufe liegen sollten. Das Modul hat einen 330µF Elko über der Spannungsversorgung.
Günni schrieb: > Ich habe mich darauf nie verlassen und immer schnelle > Dioden - die aber den ganzen Strom verkraften müssen - parallel dazu > geschaltet. Kannst du mir da einen Typ empfehlen? Einfach dicke Schottky Dioden oder was nimmt man da?
eProfi schrieb: > Das Labornetzteil wird ja kein Mehrquadrantengerät sein, das auch als > Stromsenke arbeiten kann. Nein, das ist richtig. Demnach könnte der Betrieb am Labornetzeil in diesem Fall für die Halbbrücken gefährlicher sein als am dicken Akku?
Dieses kleine Vollbrückchen da soll einen 250W-Bollerwagen vertragen? Na damit wünsche ich noch viel Spaß. Abgesehen davon, daß der Motor beim Anfahren möglicherweise noch mehr nimmt als 250W.
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Ben B. schrieb: > Dieses kleine Vollbrückchen da soll einen 250W-Bollerwagen vertragen? Wieso nicht? Darum geht's hier aber auch garnicht. Kannst du mir eine sachgemäße Schutzbeschaltung zeigen?
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