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Thema: Mosfet Abschaltvorgang beschleunigen

  1. #1
    Neuer Benutzer Öfters hier
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    Mosfet Abschaltvorgang beschleunigen

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    Hallo Leute,

    ich habe mir eine Halb-Brücke aufgebaut, um mit zwei von diesen Schaltkreisen einen Motor anzusteuern. Leider hat der P-Kanal Mosfet eine sehr lange abschaltdauer, so dass PWM kaum möglich ist. bzw. ein Kurzschluss zwischen P- und N-Kanal Fet entsteht, wenn ich quasi umpole.

    Wie kann ich meine Schaltung verbessern, damit das nicht mehr passiert, d.h. so umbaue, dass der P-Kanal-Fet sehr schnell abschaltet.

    Das ist meine Schaltung:
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken half-bridge.gif  

  2. #2
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    Hallo,

    Bei der schaltung hast du eine sehr Hochohmige anbindung der Gates. Diese solltest du etwas niederohmiger gestalten. (den oberen 1k Widerstand niderohmiger machen . Denk dann aber daran, das der BC548 (oben) mehr Strom schalten muss und dann auch der 5k6 Widerstand kleiner werden muss. Bei deiner Schaltung ist jedoch zu beachten, dass der Mikrocontroller niemals einen Fehler machen darf oder sogar abstürzt, daher es dann durch das unvorhersagbare Verhalten an den Pins des MC zum Kurzschluss in deiner Berücke kommen kann. Um diese Kurzschlüsse zu vermeiden werden hier typischerweise ICs wie z.B. der IR2183 für die Ansteuerung der Mosfets eingesetzt.

    MfG Volker

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Schalte hinter Deine Transistortreiberstufen noch Gegentaktendstufen aus NPN (oben) und PNP (unten), anders bekommst Du das Gate nie schnell genug "leer". Die Schaltung ist, wie mein Vorschreiber schon anmerkte, hochgradig gefährlich. Nimm' einen ordentlichen Treiber, dann hast Du auch das Geschwindigkeitsproblem nicht mehr. IR hat so einige im Angebot, die es auch bei Reichelt gibt. Wenn du den zuvor genannten oder ähnlichen Typen nimmst, müsstest Du allerdings zwei N-Kanal-FETs einsetzen und immer PWM machen, weil diese Typen mit Bootstrap-Kondensatoren arbeiten, die die Gate-Spannung des oberen FET durch die ausgangsseitige PWM-Spannung erzeugen. Vielleicht kannst Du auch irgendwo TC427/428 auftreiben, die sind dann zum direkten Treiben Deiner MOSFETs zu gebrauchen (N- und P-Kanal), solange die Versorgungsspannung nicht zu hoch ist.

  4. #4
    Neuer Benutzer Öfters hier
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    Kannst du die Idee mit der Gegentaktendstufe mal einzeichnen - im Moment kann ich mir das noch nicht vorstellen. Mit welchen Widerstandswerten würdet ihr experimentieren?

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Zeichnen ist im Moment schlecht. Die Gateleitungen trennst Du da auf, wo bei Dir die einsamen grünen Punkte sind und setzt vor jeden MOSFET eine Schaltung aus NPN- und PNP Transistor. Die Basen der beiden kommen zusammen nach links zum Widerstand nach +Ub und Kollektor des Pegelwandler-Transistors, die Emitter zusammen ans Gate, der Kollektor vom NPN kommt an +Ub, der vom PNP an -Ub. BC548 und BC558 reichen hier wohl. Setze am besten hinter die Endstufe, also zwischen die zusammengeschalteten Emitter und das Gate noch jeweils einen Widerstand von 22 Ohm oder so. Die 1k-Widerstände kannst Du dann auch lassen.

  6. #6
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    bist du sicher, das der p-fet so langsam ist. vieleicht ist sein treiber nur zu langsam...

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Nagut, ich musste sowieso schnell was simulieren, da habe ich Deine Schaltung mal in PSpice gegeben und mit 100kHz, Tastverhältnis 50% angesteuert. Beachte die Kurvenform im 3. Bild. Das blaue ist der Strom, der bei idealer Quelle fliessen würde. Achso, alle Bilder bitte in Originalgrösse anschauen, sind bloss Screenshots.
    Danach dann die Schaltung (Bild 2) mit den 22R-Widerständen, Endstufen und vor allem: Totzeit!!!! Bei meiner Frequenz habe ich bei 50% Tastverhältnis 5us low, 5us high. Davon ist immer die 1. Microsekunde Pause, d.h. beide MOSFETs sperren und dann wird der jeweils aktive für 4us angesteuert. Bei noch kürzerer Totzeit sind dann bald die FETs tot, im Umschaltmoment gehen die Stromspitzen (bei 0 Totzeit) für 300-500ns auf 40-80A. Die Farben der Spannungs- und Strommarker findest Du im ersten Plot wieder.
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken 22tot.jpg   schaltung_202.jpg   1k.jpg  

  8. #8
    Neuer Benutzer Öfters hier
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    Ich habe die Gegentaktendstufe mal eingebaut - konnte aber keine Verbesserung der Flankensteilheit messen. Der Tipp mit der Totzeit war natürlich notwendig, da ich das in meinem Programmcode übersehen hatte - jetzt läuft es schon besser. Wenn ich die Betriebsspannung des Motors auf ca. 5V lege, dann funktioniert das schon einigermaßen - bei Spannungen darüber spinnt meine Schaltung herum - evtl. beeinflusst die Strahlung der Fets meinen µC, da dieser sich im Programmcode "verzählt".

    Im Anhang befindet sich der Plan der ganzen Schaltung. Es handelt sich um die Ansteuerung eines 5-Phasigen (5 Spulen sternförmig zusammengeschaltet) Schrittmotors.

    Es gibt im Vollschrittbetrieb 10 Schrittpositionen, die er hintereinander abfährt und dann wieder von Vorne beginnt. Wenn ich über 5V gehe, dann hört er z.B. schon bei Schrittposition 5 auf und fängt von Vorne an oder er bleibt einfach im Quellcode stehen. Ohne Last (Motor nicht angeschlossen) macht die Schaltung auch bei 12V was sie soll.

    Wie kann ich verhindern, dass der µC von der Hardware beeinflusst wird?
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken schaltung_213.png  

  9. #9
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    Falls der TC427 nicht verfügbar ist, der ICL7667 ist bei Reichelt nicht so teuer und erspart sicher ein paar Transistoren.

    Um bezüglich des Kurzschlusses sicherzugehen sollte man die beiden Transistoren der Halbbrücke getrennt und leicht versetzt ansteuern wie schon beschrieben.
    Manfred

  10. #10
    Neuer Benutzer Öfters hier
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    Ich glaube, dass das im Moment nicht so das Problem ist - die Strahlung (Stichwort EMV) ist glaube ich im Moment der Problemverursacher! Wer kann mir dabei helfen?

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