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Thema: MOSFET und Induktivitäten Problem

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    MOSFET und Induktivitäten Problem

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    Hallo!

    Ich hab mir ein Schaltnetzteil mit nem Atmega32 gebaut. Der steuert mittels PWM Signal einen Mosfet (IRFZ44N) an.

    So jetzt zu meinem Problem:

    Gestern hab ich leider einen Kurzschluss verursacht. Ich hab versehentlich die Metallerne Rückseite des Mosfet an nen Masse Anschluss gebracht. Des gab einen schönen Funken und der Mosfet hat nun eine kleine Sichtbare Delle an der Rückseite. Für mein Netzteil verwende ich eigentlich zwei Mosfets, damit ich zwei verschiedene Spannungen gleichzeitig abgreifen kann. Nur den einen hats beim Kurzschluss sichtbar erwischt.
    Ich wollte die Mosfets jetzt auf funktionalität testen und hab 12,5V an Gate angelegt. An drain liegen 31,5 Volt an. Es können maximal 2,5A fließen. Wenn ich jetzt bei Source die Spannung messe, kommen nur 9,5 Volt raus. Also sind irgendwo 20V verloren gegangen. Und das bei beiden Mosfets! Ich weis leider nicht ob der Kurzschluss beide gegrillt hat, so dass sie nicht mehr richtig leiten. Freilaufdioden liegen schon bereit, sind aber noch nicht eingelötet (ich hab bis jetzt auch noch keine Lasten angehängt)

    Mein anderes Problem ist die Glättung. Ich hab nen 4700µF Elko dahinter gehängt. Eigentlich wollte ich noch eine Induktivität mit dranhängen, aber ich weis nicht wie ich die Dimensionieren soll. Die PWM Frequenz ebträgt derzeit 16MHz.

    Vielen Dank an dieser Stelle fürs durchlesen und viel mehr Dank für die ein oder andere antwort!

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Robotik Visionär
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    Die ca. 9,5 V an Source könnten schon hinkommen für eine heilen MOSFET. Das wären dann die 12,5 V am gate weniger ca. 3 V als Schwellspannung. Zum Testen sollte man eher Source auf Masse legen, und Strom durch Drain Messen. Bei Gatespannun 0V sollte kein Strom fleißen, bei 5-10 V sollte schon recht viel (>1 A) fließen.

    Ein Schaltnetzteil ohne Freilaufdioden geht nicht, es sei denn man hat da aktiv gesteuerte Fets. Die Dimensionierung der Induktivität ist einer der Schwierigsten Punkte beim Schaltnetzteil. Man könnte z.B. in datenblätter zu fertigen Schaltreglern mit vergleichbarer Anordnung nachlesen. Da Gleiche gilt für die Kondensatoren. da kommt es auf merh an als nur die Kappatziät. Ein 4700 Elko ist da selten das richtige. Ein Tip zum Lesen wären die Datenblätter und Application Notes zum MC33063.

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    Also erstmal vielen Dank! Ich hab mir mal die Datenblätter angeschaut. Das klingt schon mal nicht schlecht. Könntest du mir aber bitte noch sagen wie groß die Elkos im Datenblatt sind. Die haben leider keine Einheiten angegeben. Es steht nur 470 bzw 100 da.

    Quelle:
    http://www.reichelt.de/?;ACTION=7;LA...f864c2b2b1a589

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Zum Thema Schaltnetzteil steht auch was in der Aktuellen Elektor

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Wenn Du Drain auf Masse gelegt hast, wobei am Drain Deine Speisespannung lag, sollte ausser deren Kurzschluss eigentlich nichts weiter passiert sein. Was mich daran aber stört: Du betreibst die MOSFETs als Sourcefolger, das ist die Betriebsart für einen Linearregler und für Schaltnetzteile völlig ungeeignet.
    Die Spannungswerte, die Du gemessen hast, stimmen wie Besserwessi schon schrieb - Du misst so ungefähr Ug minus Ugs_th.
    Erstmal musst Du die MOSFETs nun entweder mit einer höheren Gatespannung fahren (10-15V über Sourcespannung, aber da die sich ständig ändert, brauchst Du einen geeigneten Treiber) oder P-Kanal-Typen verwenden.
    Dann noch eine geeignete Treiberstufe basteln und schon kann es an Drossel und Freilaufdiode gehen - das A und O eines Schaltnetzteils, so hast Du nur eine Ripplestromquelle gebaut

  6. #6
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    Hallo Martin,
    Mein anderes Problem ist die Glättung. Ich hab nen 4700µF Elko dahinter gehängt. Eigentlich wollte ich noch eine Induktivität mit dranhängen, aber ich weis nicht wie ich die Dimensionieren soll. Die PWM Frequenz ebträgt derzeit 16MHz.
    Poste doch mal einen richtigen Schaltplan. Das was du beschrieben hast ist kein Schaltnetzteil.

  7. #7
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    Also hier ist mein Schaltplan. Ich hoffe es passt alles soweit. Über die Potis messe ich die Spannung und über die Differenezverstärker den Strom. Das mit dem Sourcefolger wird noch ausgebessert. Wenn ichs richtig verstanden habe, ist es besser den Verbraucher zwischen der Versorgungsspannung und dem Drainanschluss zu legen. Die Induktivitäten dimensionier ich jetzt einfach nach dem Datenblatt von besserwissi!

    Vielen Dank für eure Hilfe!

    Wenn euch noch was auffällt könnt ihrs mir ja bitte noch sagen!

    Martin
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken schaltplan3.png  

  8. #8
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    1. lowside meßen
    2. kleinerer widerstans, es sollten ungefähr 100mV max abfallen
    3. opamps kannst du evtl. sparen, wenn du den differential adc des atmega nutzt
    4. entscheide dich für eine topologie! ich schlage step-down vor.
    5. mosfets brauchen leider einen treiber bei höheren frequenzen. Ich habe mal einen diskreten treiber mit emitterfolger gepostet. Ich weiß nicht, was der L293 macht
    6. vorwiderstände für mosfets: ungefähr 10Ω
    7. potis brauchst du garnicht, fehler in software auslgeichen. Potis sind umständlich
    8. benutz doch noch einen Spannungsteiler um die Ausgangsspannung zu meßen
    9. Mosfets blocken mit kleinen Elkos, besser noch keramik kondensatoren.
    10. pfad von mosfet-source <--> shunt <--> gnd so kurz und induktionsarm wie möglich
    11. Ganz allgemein zum Thema:
    http://www.sprut.de/electronic/switch/schalt.html
    http://www.sprut.de/electronic/switch/parts.html#spule
    Berechnen mit: http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps_e/smps_e.html (f_max ~32kHz vom atmega32)


    Nicht sauer sein. Vielleicht hilft dir das. Und das ist die Art wie ich es machen würde, meine Art ist nicht unbedingt die richtige.

  9. #9
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    ich möchte nur anmerken, daß die PWM-Frequenz nicht 16MHz sein kann. Denn, die PWM wird durch eine art Teilung erzeugt. Und auch Prescaller spielen hier noch ne Rolle. Die Schaltung arbeitet eher im KHz-Bereich, welcher unter 100KHz liegt (mein Vorreder hats kurz angesprochen).

    Große Elkos sind bei solch Frequenzen mit hoher Kapazität eher ungeeignet, zwecks des ESR. Lieber mehrere kleinere parallel, ist immer besser bei hohen Frequenzen.
    Die Denkweise der meisten Menschen ist vergleichbar mit einer Sicht durch ein Strohhalm.

  10. #10
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    Wegen der PWM Frequenz:

    Prescaler ist auf 1. Ich dachte, dass dann die ganzen 16Mhz vom externen Takt für die Hardware PWM verwendet werden, aber 32kHz klingen doch realistischer.

    Der Schaltplan war noch ein bisschen alt. Anstatt den L293D hab ich einen ICL 7667 hergenommen.

    Um die restlichen Punkte muss ich mich mal heute kümmern.

    Vielen Dank, auch für die Links, die haben schonmal sehr weiter geholfen!

    Aber jetzt nochmal zum Sourcefolger. Avion meinte ja dass der nicht so gut ist. Aber wenn ich mir alle Schaltungen anschau (die Step down converter) dann haben die ja alle die Last nach dem Schalter angeschlossen. Wenn ich euch richtig verstanden hab, müsste die vor dem schalte kommen oder?

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