Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik eigene Motorsteuerung mit FET brennt dauernd durch


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von Constantin F. (elektro-fritzi)


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Guten Abend,
gleich mal vorweg ich bin hier neu, also bitte ich um etwas Nachsicht 
bei den Richtlinien. Ich habe bereits geschaut ob es einen ähnlichen 
Beitrag gibt aber den habe ich erstmal nicht gefunden.

Ich habe mir eine Motorsteuerung selbst gebaut (Schaltplan im Anhang),
die mittels zwei Steuereingängen (PWM und Dir) die Drehzahl bzw. die 
Richtung ändert. Ausserdem gibt es noch die +12V &  -12V & GND Eingänge 
über die später ein hoher Strom fliessen soll ca. 8A.  M1  und  M2 sind 
die Anschlüsse für den Motor. Die Suppressordioden 18V und der Varistor 
20V (Hier fälschlicher Weise als kondensator zw. M1 und M2) sollen die 
Überspannung des Motors abfangen. Nicht durch den Widerstand(0.05 Ohm) 
verwirren lassen dieser dient später als Shunt.
Kurze Erklärung des Schaltplans:

Das NOR Gatter HEF 4001 soll zunächst die Eingänge auswerten.

Die Optokoppler dienen einerseits der Potential Trennung als auch der 
Umsetzung auf andere Spannungspotentiale.

Die beiden FETs (oben p Channel   unten n Channel)  bilden eine Art 
Halbbrücke die dann so die drehrichtung Ändern soll.


Leider sind bereits bei einem Test ohne Motor beide FETS durchgebrannt,
aber auch mit Motor sind nach ein paarmal umschalten (PWM und Dir) 
durchgebrannt. Verwirrt hat mich hier dass nach dem Auslöten die Gates 
mit Drain und Source verbunden waren (evtl. zu hohe Spannung am Gate  / 
vertragen   max.  20V) auch die Optokoppler waren kaputt  (vllt. auch zu 
hohe Spannung)

Ich hoffe Das waren genug Informationen aber bei Fragen fragen!

: Verschoben durch Moderator
von Udo S. (urschmitt)


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Constantin F. schrieb:
> Leider sind bereits bei einem Test ohne Motor beide FETS durchgebrannt

Also stimmt die Ansteuerung nicht und machst wahrscheinlich über beide 
Mosfets (mindestens kurzzeitig einen Kurzschluss zwischen +12V und -12V
Bedenke dass die Mosfets über die schwachen Optokopplertransistoren nur 
langsam schalten.

Schau dir mal die Schaltvorgänge mit einem 2 Kanal Oszi ohne Mosfets an 
den Optokoppler Ausgängen an.

Du brauchst zwingend eine Totzeit zwischen den beiden Mosfets.

Warum nimmt du dafür nicht einen Treiber der zum einen genügend Strom 
liefert für schnelleres Schalten und zum Zweiten eine Totzeit integriert 
hat?

von Udo S. (urschmitt)


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Constantin F. schrieb:
> Verwirrt hat mich hier dass nach dem Auslöten die Gates
> mit Drain und Source verbunden waren (evtl. zu hohe Spannung am Gate  /
> vertragen   max.  20V) auch die Optokoppler waren kaputt

Die sind durchlegiert (quasi innen fast geschmolzen), danach gibts keine 
Dotierung und keine dünne Isolationschicht mehr.

von Wolfgang (Gast)


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Constantin F. schrieb:
> Ich hoffe Das waren genug Informationen aber bei Fragen fragen!

Das reicht voll an Information. Im Internet findest du mehr zum Thema 
unter dem Suchbegriff "shoot-through".

von Udo S. (urschmitt)


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Schau dir mal den Artikel hier im Forum an:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Motoransteuerung_mit_PWM

von Franko P. (sgssn)


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Wenn ich das richtig sehe, wird der Q1 nicht ausgeschaltet, da der 
Optokoppler OK1 mit +12 verbunden ist, statt mit -12.
Gruß

von Forist (Gast)


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Constantin F. schrieb:
> Schaltplan.jpg

Ein paar Tips zu deinem Schaltplan:
Hast du den Hinweis "Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder GIF-Format 
hochladen" nicht gelesen (und verstanden)?
Wenn man sich daran hält, vermeidet man das JPG-Gematsche.
Der JPG-Kompressionsalgorithmus ist für Liniengraphiken und scharfe 
Kanten denkbar schlecht geeignet.

Die ganzen Augenkrebs verursachenden Origin-Kreuze lassen sich 
vermeiden, wenn man für die Ausgabe von Schaltplanbildern die dafür 
vorgesehene Funktion verwendet (Datei/Exportieren/Image).

von Forist (Gast)


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Franko P. schrieb:
> Wenn ich das richtig sehe, wird der Q1 nicht ausgeschaltet, da der
> Optokoppler OK1 mit +12 verbunden ist

Ist er nicht. Das vermeintlicht "+" bei den 12V ist das Kreuz für den 
Bezugspunkt des Labels. Und das "-" von "-12V" ist total JPG-vermatscht 
und geht fast unter.

von Michael B. (laberkopp)


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Constantin F. schrieb:
> Leider sind bereits bei einem Test ohne Motor beide FETS durchgebrannt

Na ja nun, das geht auch nicht so.

Man muss sehr genau mit Gate-Kapazitäten und Umladezeiten rechnen, damit 
nicht beide FETs gleichzeitig leiten.

Bei dir sind aber noch grundlegendere Probleme: Du steuerst wenn ich den 
Schaltplan erkennen kann, den an +12V hängenden P-MOSFET mit 0V oder 
-12V an, den an -12V hängenden mit 0V oder 12V, also bekommen beide eine 
Gate-Spannung von 24V, mehr als sie vertragen und sind beide immer 
gleichzeitg an.

Vermutlich ist der Schaltplan falsch.

Dann verwendest du steinalte MOSFETs, muss das sein, kannst du nicht was 
aus diesem Jahrtausend nehmen ? Immer diese Rentner die ihren Chips aus 
den Bastelkisten ihrer Kindheitstage nehmen müssen. Gerade für PWM 
taugen diese Dinger wenig, zudem haben sie einen so hohen RDSon daß sie 
Kühlkörper brauchen.

Dann ist der eine gesparte Widerstand an den Optokoppler-LEDs auch 
skurril, die Theorie, daß beide gleichzeitig umschalten ist doch bloss 
eine Theorie, in der Praxis liegen da Mikrosekunden dazuwischen. Und 
viele viele Mikrosekunden bis der Optokopplerausgang schaltet. Die 
Schaltung ist also extrem schwer vorherzusagen, wann welcher Ausgang 
schalten wird, damit nicht beide MOSFTEs zusammsn schalten "shoot thru".

Zwischen +12V und Masse und -12V und Masse dürften auch noch Elkos die 
die Schaltimpulse abblocken.

: Bearbeitet durch User
von Harald W. (wilhelms)


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Constantin F. schrieb:

> Ich habe mir eine Motorsteuerung selbst gebaut (Schaltplan im Anhang),

Für eine vernünftige Ansteuerung sollte man schon integrierte FET-
Treiber nehmen. Deine Schaltung ist einfach nur "schnarchlangsam".

von oszi40 (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Deine Schaltung ist einfach nur "schnarchlangsam".

Er könnte ja mal den Oszi benutzen. Wahrscheinlich fängt das Elend schon 
bei langsamen Optokopplern an und setzt sich über langsame 
Umschaltvorgänge der BUZ fort, die wahrscheinlich auch noch durch 
Linearbetrieb schwitzen.

von Name: (Gast)


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Zwei Fehler sehe ich sofort:
Die FET werden laaaaaaaaaaaaaaaaaaaaangsam geschaltet, mit nur 22k 
Pullup/Pulldown.
Für eine Motorsteuerung braucht man eine Push/Pull - Stufe zum Steuern 
der FET. Hintergrund: Während des Umschaltens fällt an den FET eine sehr 
hohe Verlustleistung an, weshalb man so schnell wie möglich schalten 
muss.

Keine Totzeit. Man muss beim Umschalten immer eine Verzögerung einfügen:
Also:
Oben aus
PAUSE
Unten Ein

Und:
Unten aus
PAUSE
Oben ein

Die Pause heißt englich "dead time". Die muss so lange sein, dass 
sichergestellt ist, dass niemals beide FET gleichzeitig eingeschaltet 
sind. Warum, sollte offensichtlich sein ;-)

Mein Rat:
Sei faul, wie ich. Benutze eine A4955:
https://www.allegromicro.com/en/Products/Motor-Drivers/Brush-DC-Motor-Drivers/A4955
Die macht das alles automatisch. Zusatznutzen sind Dinge wie 
Kurzschlussschutz.

von Uwe D. (monkye)


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Sorry, aber die Schaltung ist für‘n Eimer. Klemm‘ die MOSFETs ab und 
nimm ein Messgerät - am besten einen Oszi - und schau Dir an was hinten 
aus Deinem so genannten Treiber rauskommt.
Und ehrlich, hast Du Dir mal die Schaltung der Optokoppler angesehen?

Hier findest Du ein Beispiel im Datenblatt:
https://www.mouser.de/datasheet/2/427/6n135-1767229.pdf

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Constantin F. schrieb:
> Die Optokoppler dienen einerseits der Potential Trennung als auch der
> Umsetzung auf andere Spannungspotentiale.
Weil du aber überall die selbe Masse hast, hast du links und rechts vom 
Optokoppler das selbe Potential und damit in Summe auch nur 1 Potential.
Und somit ist eine "Trennung" 1. nicht vorhanden und 2. unnötig.

von qwasyx (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> unnötig.

Vermutlich. Also die Frage hier: Braucht man sie?
Pegelwandler gehen im Grunde auch ohne galv. Trennung.

Beschreibe mal, wovon Du genau (evtl. mehrere Bsp.)
die Schaltsignale generiert haben willst und wieso.

OKs kann man als Pegelumsetzer "mißbrauchen", richtig
beschaltet, wenn (und das ist der Punkt) galvanische
Trennung sinnvoll_ist (meist nicht der Fall, aber...).

von Constantin F. (elektro-fritzi)


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Ich habe mich über die schnellen und zahlreichen Antworten sehr gefreut 
und für das Format des Schaltplans entschuldige ich mich, aber wie 
gesagt ich bin ein Neuling hier.
Einige hier sind der Meinung, dass die Optokoppler zu langsam sind und 
eine Totzeit zwischen der Umschaltung essentiell ist.
Ehrlich gesagt daran wird´s wohl gelegen haben.

Ich wünsche noch einen schönen Nachmittag

von Uwe D. (monkye)


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Constantin F. schrieb:
> Ich habe mich über die schnellen und zahlreichen Antworten sehr gefreut
> und für das Format des Schaltplans entschuldige ich mich, aber wie
> gesagt ich bin ein Neuling hier.
Unwissend vielleicht, mit „neu“ hat das nix zu tun. Das nächste Mal 
weißt Du das ja.

> Einige hier sind der Meinung, dass die Optokoppler zu langsam sind und
> eine Totzeit zwischen der Umschaltung essentiell ist.
Die Umschaltzeit ist zu lahm, kann sein. Die Optokoppler sind auf jeden 
Fall falsch beschalten.

> Ehrlich gesagt daran wird´s wohl gelegen haben.
Wohl kaum...

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