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Thema: PWM: FET viel zu heiß

  1. #1
    Neuer Benutzer Öfters hier
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    PWM: FET viel zu heiß

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    Grüße Euch!

    Habe ne kleine PWM-Schaltung aufgebaut, die per µC angesteuert wird. Ich benutze nen IRF650 (FET) der über nen 56r am µC hängt. Parallel zum FET eine 1N4002 und dahinter ein kleiner Modellbaumotor (so ca. doppelte azuro-motorgröße).

    Problem: der FET wird viel zu heiß, obwohl der strom bei weitem nicht so groß ist wie er eigenlich dürfte.
    Was mir noch aufgefallen ist: Ausgangsseitig des FET bricht die Spannung total ein (Versorgungsspannung bleibt stabil). Die Ansteuerung des Gates sieht ganz gut aus. Wenns hilft kann ich mal oszilloskopierte bilder onstellen.

    ich frage mich nämlich woher der spannungsfall kommt und vor allem warum der FET so heiß wird (ist ja nix da was leistung fordert)...

    ich vermute dass der ausgang des µC nicht genug power hat und der FET somit nur "herumregelt" anstatt sauber durchzuschalten. das würde die wärmeentwicklung erklären, aber ich weiß natürlich nicht ob das so ist.

    hatte jemand mal nen ähnlichen fall?

    viele grüße

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    Hallo

    Ein µC liefert bei weitem nicht genug Volt um den FET richtig durchzuschalten. Laut Datenblatt braucht der ca. 30V(!!) am Gate.
    Das erklärt auch den Spannungsabfall und die verlorene Leistung wird in Wärme umgesetzt.
    Da muss also entweder ein Treiber vor oder du kaufst nen Logik Level FET.

    Gruß Justin


    Edit:
    Oh, entschuldigung, da hab ich mich verguckt. Der braucht 10V. 4-5V sind dann aber immernoch zu wenig.

  3. #3
    Moderator Roboter Genie
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    Hi!
    Also bei 30V am Gate ist der FET hinüber. Die max. Werte für Vgs liegen bei ca. 20V (ist aber FET abhängig).

    Ansonsten ist der FET komplett falsch dimensioniert. Der IRF650 ist ein 200V MOS-FET und für 10V Vgs ausgelegt.
    Allerdings ist der Rdson bei 5V Vgs mit ca. 0,1 Ohm schon recht gering (Diagramm im Datenblatt).

    Ich denke es ist eher ein Schaltungs- oder Ansteuerungsproblem. Vielleicht hat sich auch irgendwo im Aufbau ein Fehler versteckt.

    Poste doch einfach mal die Oszi-Bilder und einen Schaltplan.

    Gruß
    Basti

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Robotik Visionär
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    Die 1N4002 ist hier falsch: zum einen gehört die Freilaufdiode parallel zum Motor, nicht parallel zum FET. Im Fet ist bereits eine drin, die auch noch wesentlich besser als die 1N4002 ist. Wenn man PWM nutz, dann ist die Diode auch noch meistens zu langsam.

    Bei den FETs gibt es tolleranzen, wenn man Pech hat ist der gate threschhold höher als bei der typischen Kruve, und der ON widerstand kann deutlich über den 0,1 Ohm liegen (z.B. 1 Ohm).

    Ich vermute aber auch einen Schaltungsfehler.

  5. #5
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    @sensemann
    Stell doch mal einen Schaltplan ein, wie Du den Transistor mit dem Motor + Diode verschaltet hast.
    Dann wäre das Antworten wesentlich einfacher.

  6. #6
    Neuer Benutzer Öfters hier
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    hallo zusammen.

    tut mir leid dass ich mich noch nicht gemeldet habe, hatte noch viele andere sachen zu tun. aber erstmal danke für eure vielen schnellen antworten.

    zur freilaufdiode: ja, richtig. habs auch kurz nach meinem post schon im datenblatt gesehen dass ne integrierte drinn ist.

    zum schaltplan: ich weiß nicht ob man es "Plan" nennen kann, aber wenns hilft: die masse des µC ist natürlich mit der des Lastteils verbunden.

    viele grüße und besten dank.
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken schaltplan_pwm.jpg  

  7. #7
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    Wie groß ist die PWM-Frequenz?

    Ein Mosfet wird ja eigentlich leistungslos angesteuert, aber im Schaltmoment muss doch eine gewisse Ladung bewegt werden, um den Fet von voll sperrend auf voll leitend (oder umgekehrt) zu schalten. Denn das gate ist im Grunde nichts anderes als ein Kondensator, und mit dem Widerstand davor ein RC-Tiefpass, der den Schaltvorgang langsamer ablaufen lässt.
    Und während der Umschaltzeit wirkt der Fet wie ein Widerstand! Daher ist dann die Verlustleistung sehr viel größer als im geschalteten Zustand.
    Das Ziel ist es also, das Gate möglichst schnell umzuladen. Dazu ist ein großer Impulstrom nötig, den dein µC-Pin wahrscheinlich nicht liefern kann, und der durch den Widerstand nochmal begrenzt wird.

    Du solltest erst mal den Widerstand deutlich verkleinern oder ganz weglassen. Er ist für die Funktion des Fets sowieso nicht notwendig, er soll nur dafür sorgen, dass weniger Funkstörungen entstehen, wenn der Fet zu schnell schaltet. Da du aber noch den Innenwiderstand des µC-Pins hast, dürfte das schon gegen solche Störungen reichen.
    Außerdem steigen die Verluste mit der PWM-Frequenz, weil dann häufiger geschaltet wird. Also: Frequenz runter!

    EDIT: Es ist zwar alles prinzipiell richtig, was ich bis jetzt geschrieben habe, aber der Fehler liegt woanders!
    Du kannst mit deinem N-Fet den Motor nicht so anschließen. Die Last muss zwischen +12V und Drain angeschlossen sein, Source direkt an Masse.
    So bekommt dein Motor nie die vollen 12V ab, und der Fet hängt irgendwo im ohmschen Bereich, wo er sich wie ein Widerstand verhält und kräftig heizt.

  8. #8
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    habe hier ein oszibild vom gate. die pwm frequenz ist zwar für ein- und ausschaltmoment unterschiedlich, aber mit maximal 1kHz immer noch klein genug denke ich. - nur die flanken finde ich ein wenig komisch.

    den widerstand habe ich übrigens entfernt. jetzt hängt nur noch der nackte fet am µC.

    was mir auffällt: wenn ich das pwm-signal anhalte (also auf high lasse) kommen am source vom fet nur 3V an und er wird sofort heiß...
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken oszibild.jpg  

  9. #9
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    ergänzung: die 3V am ausgang beziehen sich auf den leerlauf. (Ub = 8V)
    bei belastung (mit dem motor) fällt die spg am ausgang auf 1V ab.

  10. #10
    Neuer Benutzer Öfters hier
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    @uwegw: du bist genial!

    oh mann. da wäre ich ja nie drauf gekommen...

    habe jetzt wie du oben beschrieben die last geändert und der FET - ist wie zu erwarten - KALT!!

    selbst wenn ich nen fetten akkuschrauber-motor nehme und ne größere frequenz wähle wird der FET nicht mal handwarm.

    ich danke dir vielmals - und natürlich auch allen anderen, die sich hierfür zeit genommen haben.

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