Reparatur Staubsaugerroboter 360 S5

[Sebastian B. (sfreak)]

Hallo allerseits,

mein Staubsaugerroboter zeigt nach mehreren Jahren problemlosen Betriebs 
einen Fehler: Die Seitenbürste dreht dauerhaft, nicht mehr nur während 
der Reinigung.

Ich habe das Teil also aufgeschraubt und mir die Platine rund um den 
Motor für die Seitenbürste angeschaut und versucht das Ganze zu 
verstehen. Bin auf den angehängten Schaltplan gekommen.

Bei Q301 messe ich 40 Ohm zwischen Drain und Source. Der ist also 
hinüber.

Nach Abbauen des Motors und Auslöten von Q301 (SOT-23 Marking WFAG9J) 
zeigen D301 und D302 je 180mV beim Diodentest, dürften also intakte 
Schottky-Dioden sein. u_drv habe ich mit dem Oszi angeschaut (Anhang). 
Es ist ein 3.3V Rechteck mit 24 kHz. Batteriespannung beträgt 16V 
(unbelastet). Der Motor selbst dreht und klingt am Labornetzteil bei 16V 
normal und nimmt 55mA auf. Sollte also OK sein.

Das einzige kaputte Bauteil, das ich bisher gefunden habe, ist also der 
Q301. An logic-level Mosfets in SOT-23 habe ich nur den IRLML6244 hier. 
Also so einen eingelötet.

Damit war der Fehler erstmal weg. Motor drehte nur noch während der 
Reinigung, nicht mehr beim Aufladen. Die Freude hielt aber nur eine 
halbe Stunde. Nun dreht der Motor wieder dauerhaft und auch der neue 
Mosfet hat einen Drain-Source Kurzschluss.

Mit max. 20V Drain-Source Spannung ist der IRLML6244 vielleicht auch ein 
bisschen zu empfindlich... Habt ihr Vorschläge, was man stattdessen 
verwenden sollte? Sollte ich noch etwas ganz anders prüfen, bevor ich 
weitere Mosfets opfere? :-)

Bin für Tipps dankbar
Sebastian

[H. H. (Gast)]

Sebastian B. schrieb:
> SOT-23 Marking WFAG9J

Zeig mal.

Und ebenso die beiden Dioden.

[Sebastian B. (sfreak)]

H. H. schrieb:
> Sebastian B. schrieb:
>> SOT-23 Marking WFAG9J
>
> Zeig mal.
>
> Und ebenso die beiden Dioden.

[Jörg R. (solar77)]

Sebastian B. schrieb:
> Bei Q301 messe ich 40 Ohm zwischen Drain und Source. Der ist also
> hinüber.

Ungwöhnlich hoch, eigentlich legieren die durch.

> Nach Abbauen des Motors und Auslöten von Q301 (SOT-23 Marking WFAG9J)
> zeigen D301 und D302 je 180mV beim Diodentest, dürften also intakte
> Schottky-Dioden sein.

Trotzdem wäre die Freilaufdiode ein Kandidat.

> Batteriespannung beträgt 16V
> (unbelastet). Der Motor selbst dreht und klingt am Labornetzteil bei 16V
> normal und nimmt 55mA auf. Sollte also OK sein.

Kommt mir für den Motor eines Saugrobotor etwas wenig vor.

> Mit max. 20V Drain-Source Spannung ist der IRLML6244 vielleicht auch ein
> bisschen zu empfindlich... Habt ihr Vorschläge, was man stattdessen
> verwenden sollte? Sollte ich noch etwas ganz anders prüfen, bevor ich
> weitere Mosfets opfere? :-)

Miss mal die Spannung über dem Motor mit einem Oszi, Motor in die 
Schaltung eingebaut.

[Sebastian B. (sfreak)]

Jörg R. schrieb:
> Sebastian B. schrieb:
>> Der Motor selbst dreht und klingt am Labornetzteil bei 16V
>> normal und nimmt 55mA auf. Sollte also OK sein.
>
> Kommt mir für den Motor eines Saugrobotor etwas wenig vor.

Ist nur für die langsam drehende Seitenbürste.

[H. H. (Gast)]

Leider fällt mir zum Marking des MOSFET nichts ein.

Und eine 3A/40V Schottkydiode als Freilaufdiode passt so gar nicht zu 
dem lächerlich kleinen Motor.

Versuchs mal mit einem AO3400A.

Man könnte auch noch testen ob der Gatetreiber dick genug ist, statt des 
MOSFET einen 1nF Kondensator einbauen und mit dem Oszi das Signal 
anschauen.

[Sebastian B. (sfreak)]

H. H. schrieb:
> Man könnte auch noch testen ob der Gatetreiber dick genug ist, statt des
> MOSFET einen 1nF Kondensator einbauen und mit dem Oszi das Signal
> anschauen.

Das Gate wird aktuell von einem 3.3V Signal durch einen 10kOhm(!) 
Widerstand getrieben. Das scheint eher nicht auf schnelle Schaltzeiten 
optimiert zu sein. Ist bei dem geringen Strom scheinbar egal, lief ja 
jahrelang so.

Bilder von der Spannung am Motor kommen gleich.

Sebastian

[Sebastian B. (sfreak)]

Habe einen neuen IRLML6244 eingelötet und den Staubsauger in Betrieb 
genommen.

Anbei die Spannung am Motor:

motor.png: Oszi-Masse an Motor-, Messspitze an Motor+
mosfet.png: Oszi-Masse an Schaltungsmasse (Batterie-), Messspitze an 
Mosfet Drain.

Schaut für mich sehr gesittet aus, keinerlei Spitzen. Wahrscheinlich 
dank der 10kOhm am Gate.

Aber die 17.4V, die das Oszi maximal über der Drain-Source Strecke 
gemessen hat, sind halt ein bisschen grenzwertig.

[H. H. (Gast)]

Sebastian B. schrieb:
> Das Gate wird aktuell von einem 3.3V Signal durch einen 10kOhm(!)
> Widerstand getrieben.

Irre viel! Kein Wunder, dass der MOSFET kaputt geht, damit kommst du 
beim Anlauf raus aus der SOA.

[Sebastian B. (sfreak)]

Habe nun den Q301 durch einen DMN3404L ersetzt (30V Vds max.) und zu 
D301 noch eine 1N5819 parallel geschaltet. Mal schauen wie lange die 
Reparatur diesmal hält…
4 Tage ist der Roboter bisher gelaufen ohne wieder auszufallen.

SOA dürfte eigentlich kaum ein Problem sein, da der Motorstrom so gering 
ist. Habe das ganze mal im Ltspice simuliert. Die Verlustleistung am 
MOSFET ist zu keiner Zeit über 250mW (Zahl aus dem Gedächtnis).

[Sebastian B. (sfreak)]

Habe spaßeshalber mal versucht, die ganze Schaltung in LTSpice zu 
simulieren und dabei das SOA nachzubilden. R1+L1 sollen den Motor 
darstellen.

In soa.png habe ich Strom- und Spannung aus LtSpice (pink) dem 
SOA-Digramm aus dem DMN3404L Datenblatt überlagert. Schaut soweit gut 
aus. Natürlich habe ich keine Ahnung, wie realistisch die 
LtSpice-Simulation und vor allem mein L+R Motor-Modell ist...

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Sebastian B. schrieb:
> SOA dürfte eigentlich kaum ein Problem sein, da der Motorstrom so gering
> ist.

Wenn die Bürste freiläuft, vermutlich richtig. Aber da wickeln sich 
gerne mal Fäden rum oder es sammelt sich Dreck ums Lager, dann ist der 
Anlauf schon deutlich schwieriger.

[Sebastian B. (sfreak)]

Matthias S. schrieb:
> Sebastian B. schrieb:
>> SOA dürfte eigentlich kaum ein Problem sein, da der Motorstrom so gering
>> ist.
>
> Wenn die Bürste freiläuft, vermutlich richtig. Aber da wickeln sich
> gerne mal Fäden rum oder es sammelt sich Dreck ums Lager, dann ist der
> Anlauf schon deutlich schwieriger.

Stimmt natürlich. Es gibt über den Opamp U301 zwar einen Pfad zur 
Strommessung, aber ob der Mikrocontroller, der dahinter irgendwo kommt, 
schnell genug reagiert, um den MOSFET bei blockiertem Motor zu retten? 
Vmtl. eher nicht.

Wenn es nicht so viele Schrauben wären, um den blöden Roboter zu 
zerlegen, würde ich das ja einfach mal ausprobieren und ggf. den dann 
ermordeten MOSFET nochmal tauschen...

Vielleicht geht der Roboter ja von alleine nochmal kaputt und ich muss 
sowieso wieder dran :-)

Sebastian

[Sebastian B. (sfreak)]

Seit heute dreht die Seitenbürste wieder dauerhaft, also ist der nächste 
MOSFET gestorben. Es würde mich ja schon interessieren, was da 
ursprünglich für ein Transistor verbaut war. Der 10kOhm Vorwiderstand 
macht für mich weder für Bipolartransistor noch für MOSFET Sinn.

Damit der nächste Transistor hoffentlich etwas länger lebt, würde ich 
als Nächstes den Gate-Widerstand verkleinern. Wie wären 470 Ohm || 10nF? 
Ich muss ja keine EMV-Tests bestehen, nur den Transistor möglichst in 
seiner SOA halten.

Da ich den Roboter sowieso wieder zerlegen muss, kann ich auch gleich 
mal probieren, ob die Strommessung um U301 überhaupt funktioniert und 
irgendeinen Effekt hat. Wenn der Schaltungsteil nicht geht, könnte das 
auch das Ableben des Transistors beschleunigen.

Sebastian

[Monk (roehrmond)]

Sebastian B. schrieb:
> Der 10kOhm Vorwiderstand macht für mich weder für Bipolartransistor noch
> für MOSFET Sinn.

Vielleicht ein Darlington-Transistor

Ich würde ihn auf 1k verringern. Sonst nichts ändern.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Monk schrieb:
> Vielleicht ein Darlington-Transistor

Finde zwar vom Marking trotzdem nichts in der Richtung, aber ein BCV47 
verträgt 80V und max. 500mA (Peak 800mA). Gibts für ein paar ct bei 
Reichelt und wäre einen Versuch wert.

[Fritz G. (fritz65)]

Matthias S. schrieb:
> Sebastian B. schrieb:
>> SOA dürfte eigentlich kaum ein Problem sein, da der Motorstrom so gering
>> ist.
>
> Wenn die Bürste freiläuft, vermutlich richtig. Aber da wickeln sich
> gerne mal Fäden rum oder es sammelt sich Dreck ums Lager, dann ist der
> Anlauf schon deutlich schwieriger.

Matthias S. schrieb:
> Sebastian B. schrieb:
>> SOA dürfte eigentlich kaum ein Problem sein, da der Motorstrom so gering
>> ist.
>
> Wenn die Bürste freiläuft, vermutlich richtig. Aber da wickeln sich
> gerne mal Fäden rum oder es sammelt sich Dreck ums Lager, dann ist der
> Anlauf schon deutlich schwieriger.

Hast Du mal gemessen, was der Motor im blockierten Zustand verbraucht? 
Alternativ DC-Widerstand des Motors messen. Die Bürste hängt öfter mal, 
wenn der Robi über einen dicken Teppich fährt. Mein Roomba merkt das und 
zeigt ein Bürstensymbol an. Vielleicht ist bei Dir die Strommessung über 
den Shunt defekt?

[Sebastian B. (sfreak)]

Fritz G. schrieb:
> Hast Du mal gemessen, was der Motor im blockierten Zustand verbraucht?
> Alternativ DC-Widerstand des Motors messen. Die Bürste hängt öfter mal,
> wenn der Robi über einen dicken Teppich fährt. Mein Roomba merkt das und
> zeigt ein Bürstensymbol an. Vielleicht ist bei Dir die Strommessung über
> den Shunt defekt?

Das habe ich gerade gestern probiert. Wenn ich den Motor blockiere, 
fällt am 39mOhm Shunt R303 (im Schaltplan ganz oben in Eingangspost 
falsch mit 390mOhm beschriftet) 18mV ab. Sollte also grob gerundet 
18mV/30mOhm=0.5A sein.

Wenn ich den Motor für ca. 1-2s blockiere, wird er für einige Sekunden 
abgeschaltet (u_drv=0V), danach wieder für 1s an etc...
Der Transistor muss also die 0.5A (bei 50% Tastverhältnis) für 
mindestens einige Sekunden vertragen, bevor die Strombegrenzung greift. 
Das Tastverhältnis scheint sich nicht groß zu ändern.

Sebastian

[Sebastian B. (sfreak)]

Hoffentlich finales Update:

Mit einem SI2356DS-T1-GE3 MOSFET (40V max. Uds) und 820 Ohm 
Gatewiderstand läuft der Roboter jetzt seit mehreren Wochen problemlos. 
Kein weiteren Ausfälle.

Sebastian