Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : RN-Mini H-Bridge SMD CHip löten
uwe.arzt
10.08.2005, 17:35
Hallo,
ich habe gerade meine 2 RN-Mini H-Bridge Platinen ausgepackt :). Nun noch eine Frage zum Löten:
Wie werden denn die Pads auf der Unterseite der Motortreiber verlötet? Für GND (das ist die grosse Lötfläche) mit den darunterliegenden Löchern, kann ich mir das ja noch vorstellen... Aber die anderen 2 Pads? Oder werden die einfach nicht verlötet?
Es sollte doch für die Kühlung recht nützlich sein, auch diese Pads zu verlöten.
Thanks
Uwe
Du meinst die 3 Flächen auf der Unterseite des Chips. Die brauchst du garnicht zu verlöten, die dienen zur Abgabe der Hitze an die Kühlflächen die sich auf der Platine befinden. Etwas Wärmeleitpaste zwischen Chip und Platine ist daher zu empfehlen.
Hallo Frank
was kann das sein, wenn ich die Mini-H-Bridge an 12 V anschließe, dann kommt ein sauberes Rechtecksignal raus, und der angeschlossene DC Motor dreht sauber von 0-100% über das PWM-PIC-Signal.
Wenn ich nun auf 24 V oder höher gehe, dann höre ich nur noch ein Summen,
und mann kann den Motor nur noch zum Laufen zwingen, indem man
ihn anschubst. Aber ein Drehmoment ist dann nicht mehr vorhanden.
Erst wenn ich 100% vorgebe, dann fängt er an hochzulaufen.
- Was kann die Ursache sein ?
- Hast Du das auch schon mal festgestellt ?
- Hast Du z.B. 12, 24, 36 V DC ausgetestet ?
Danke
Gruß Jon
Hi Jon,
mangels geeigneten Motor habe ichs nur bis ca. 18V im Einsatz gehabt. Allerdings sollte es generell bis 36V keinerlei Probleme geben wie du das im Datenblatt des Chips sicher gelesen hast. Ich werde es bei Gelegenheit nochmal nachprüfen und hier nachtragen.
Du wolltest ja deutlich mehr Strom entnehmen wenn ich mich richtig erinnere, eventuell hast du den Chip durch die geänderte Schaltung dadurch versehendlich überhitzt und er ist einfach im Eimer? Allerdings sollte das eigentlich auch nicht passieren können, da der Chip ja eine Hitzeschutzschaltung besitzt.
Gruß Frank
Hallo Frank,
ja, ich habe den Chip unter den Bedingunegn des herstelelrdastenblatts getestet. Also ich vertraue den Angaben mehr, als wenn ich etwas anderes dazu sehe, ist auch normal, denn Experimentieren kann man ja immer noch.
Die interne Temperaturbegrenzung habe ich auch getestet, und während dessen am Chip einen TempSensor angebracht. Bei ca. 170°C schaltet der Chip wie vermutet sofort ab.
Ich bin mit der Spannung bis 36 V DC hochgefahren, wobei das Problem von 15 V DC bis 36 V DC blieb. Ich arbeite weiter an dem Problem, und
übrigens bin ich bei 12 V DC schon auf eine Dauerlast von 15 - 20 A ge-
fahren, ohne dass der Chip sich stark erwärmt hat.
Veränderungen am Schaltplan RN-Mini H-Bridge zum Hersteller ST:
*Widerstände bei RN-Mini H-Bridge:
- ENA + ENB -> R1+R2 an GND -> Minus statt Plus !?
- ENA + ENB -> R1, R2 = 22K -> 18,7 K größer !?
- INA + INB + PWM ->5 x RN1 = 3,9 K -> 2,9 K größer !?
* ENA + ENB Widerstände bei Hersteller:
- ENA + ENB -> R1+R2 an + 5V DC
- ENA + ENB -> R1, R2 = 3,3 K
- INA + INB + PWM ->5 x 1 K
>>> welchen Grund gibt es für Eure Änderungen ?
Danke Jon
Hi Jon,
so, ich habe zwischenzeitlich mal die Mini-H-Bridge (https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=9800) mit höherer Spannung bis 30V getestet. Ich konnte keinerlei Probleme feststellen, war genauso per PWM regelbar wie mit niedrigerer Spannung. Allerdings konnte ich es bei 30V mangels geeigneten Motor nur bis ca. 3A belasten, aber bin recht sicher das dann auch 5A kein Problem sind.
Zu deiner Frage wegen den Widerständen. Nach meiner Einschätzung sind die genauen Widerstandswerte, insbesondere vor den Ports nicht sonderlich bedeutend. Sie haben nur eine gewisse Schutzwirkung und daher verwende ich ein Standard-Bauteil 3,9 K das sowieso in großer Stückzahl vorrätig ist. Du kannst hier genausogut 5x 1K verwenden. Bei den Tests ergab das bei mir kein Unterschied.
Eine kleine Änderung hab ich gegenüber der Datenblatt Beispielschaltung bei R1 und R2 vorgenommen. Statt auf +5V hab ich einen höheren Wert auf GND gelegt. Damit wollte ich nur absolut sicherstellen das der Motor beim Einschalten eines Controllerboards unter keinen Umständen undefiniert anläuft. Sowas kann Schäden verursachen. Da gewöhnlich die Ports nach einem Reset auf Input stehen, könnte sowas nämlich unter ungünstigen Umständen passieren. Auf die DLG-Abfragemöglichkeit des Motorchips habe ich hierbei also bewußt verzichtet, sie würde bei einer so übersichtlichen Schaltung auch wenig Sinn ergeben.
Man muss diese doppelte Sicherheit aber nicht einbauen, man könnte die Widerstände R1 + R2 auch ganz weglassen oder gehen +5V schalten. Man sollte dann nur darauf achten das der Motor nicht ungewollt anläuft. Also durch Low an PWM oder gleiches Logiksignal an InA und InB.
Gruß Frank
Hallo Frank,
dann muß mein Chip etwas abbekommen haben, denn wenn es bei Dir
funktioniert, dann muß es bei mir auch gehen. Die Stromstärke spielt
dabei keine Rolle, denn ich habe zunächst nur einen kleinen DC Motor
mit höchstens 5 A angeschlossen gehabt.
Was ich heute noch festgestellt habe, daß es Unterschiede bei höheren
Widerstandswerten der Ankerwicklungen gibt.
Ein Motor mit: 1,6 Ohm läuft gut, und
ein Motor mit 10 Ohm summt nur, fährt dann aber auf Nenndrehzahl
wenn das PWM 100% hat.
Dabei hat der kleine mit 1,6 Ohm ca. 120 W an der Welle, und
der große mit 10 Ohm ca. 1000 W an der Welle. Ich arbeite auch
in Zukunft mit DC Motoren oder Verbrauchern die 1 KW oder mehr
haben.
Ich gehe mal davon aus, daß es ein irreparabler Defekt am Chip
ist, denn für mich gibt es auch keinen Grund, warum es bei den
gleichen empirischen Test´s solche Unterschiede vorhanden sind.
Wo bekomme ich schnell einen Ersatz her ?
die Firma Robotikhardware hat bis zum 06.09.05 Urlaub.
Gruß Jon
Ja vermute auch das CHip bei dir was abbekommen hat. Du hast ja auch ware Monster-Motoren udn gehst ziemlich nahe an die Chipgrenzen ran. So eit traue ich den Angaben nie so recht ;-)
Achte auch unbedingt auf starke Zuleitungen, ich hab das Gefühl gehabt das der Chip Spannungaabfälle nicht so sehr mag.
Leider sind Einzelchips etwas schwierig zu bekommen, spätestens also nach Ferien wieder bei robotikhardware.de
Ok, dann muss ich das Projekt eben etwas hängen lassen.
>Zuleitungen<:
Klar, daß man mit den Zuleitungen immer so nah als möglich am
Chip setzen sollte. Also am Besten sogar direkt. Bei Platinen
herkömmlicher Art muß man Aufzinnen oder einfach Verstärken,
daß umgehe ich mit einem elektromechenischem Trick, der sich bei
solchen Monsterchips immer bewährt hat.
Ich habe ca. 2-5mm (also viel weniger als die Mini-H-Bridge)
nach den Chipfüßchen schon meine 4mm2 Zuleitungen angeschlossen.
Somit verhindere ich die von Dir angegeben Spannungsverluste
oder auch andere negative Erscheinungen, wie z. B. kapazitive
Brücken die sich negativ auf solche Empfindliche Teile ergeben würden.
Das als kleinen Hinweis, wenn Du mal wieder neue Platinen anfertigst.
Was die Stromstärke betrifft, sind das wenn ich an meine beruflichen
Jahre denke, kleine Fische, denn ich hatte bspw. mit DC Motoren
und Ansteuerungen bis 500A zu tun. Da sind Funkenflug usw. an
der Tagesordnung gewesen, wenn man mal nicht aufpasste.
Akkus mit 1000 Ah usw., da kann es einem grad schwindlig werden
und gefährlich wird es auch noch.
Na ja, und nun ist es mehr das Hobby, aber die Erfahrungswerte helfen
da ungemein, und man kann sie nirgends nachlesen, da man sie
selbst machen muß.
Frank, kannst Du mir vielleicht zu folgendem Problem einen Tipp geben:
-Ansteuerung eines MOSFET´s (1
Wenn ich einen soilchen Monstermotor (1 KW) über einen speziellen PWM
Chip und einen nachgeschlatenen MOSFET belastungslos ansteuere, habe ich keine MOSFET Ausfälle.
Nun habe ich seit einiger Zeit PIC´s über die ich den gleichen MOSFET
ansteuere, nur, wenn ich 100% fahre, dann macht es klick und der
MOSFET fährt zur Hölle. Egal um welchen MOSFET es sich handelt.
Und da bei Leerlauf keine Ampers auftreten, ist das völlig undefinierbar.
Auftauchen tun diese Probleme nur bei dem großen Motor, die kleineren
zerstören die MOSFET´s nicht.
Aber das muß ein spezielles Problem sein, da wie gesagt mit dem PWM
Chip diese Schwierigkeiten nicht auftreten ! Es muß eine reines
Ansteuerngsproblem sein, denn auch die Schutzdioden am Motor sowie zwischen Gate und Drain helfen da nicht vor dem MOSFET - Tod.
Was kann da die Ursache sein ?
Der Spezialchip bringt Gatespannungen von 0 V bsi 6,8 V DC, und der
PWM PIC am Ausgang 0 V bsi 5 V DC.
Ansonsten kann ich auch keine oszilloskopischen Unterschiede
erkennen, ich stehe gelinde gesagt auf dem Schlauch. Hab ich doch
gedacht man könnte das so toll und auch viel flexibler mit einem
PIC gestalten.
Oder sollte ich da einen Treiberchip wie z. B. den L293 davorschalten,
damit diese MOSFET Ansteuerungen nicht direlkt dem PWM überlassen
sind ? Ist das die bessere Varinate ? Aber warum klappt es dann
mit dem PWM CHip ohne Probleme ?
Vielleicht weis da eine Schwachstromelektroniker mehr als
ein Starkstromelektroniker !? hi
Gruß Jon
1) Verwendete N-Kanal MOSFET Bauteile:
- BUZ 11, 50 V, 30 A, RDSon 0,04 Mohm (d. mö. ich nicht mehr verw.)
- IRF 1010N, 55 V, 68 A, RDSon0,012
- IRF 1104, 40 V, 100 A, RDSon 0,009
- Schottky als Schutzdiode am Motor 45 V, 30 A
- 18 V Zenerdioden zw. Gate und Drain
Im Datenblatt des IRF1010N (IRF 3/16/01 http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/I/R/F/1/IRF1010N.shtml ) pg3 fig3 sind deutliche Unterschiede zwischen der Ansteuerung mit 5V und 6,8V zu erkennen.
Manfred
...das hat nichts mit dem geannten Problem zu tun, denn die Gatespannungen sind ja nicht das Übel. Mehr Gatespannung
bedeutet nur, mehr ID Strom, aber nicht, daß der FET seinen Dienst quitiert, weil weniger Gatespannung vorhanden ist.
* IRF1010N ->ID nach dem Gate-to Source Diagramm Fig.3:
- Gate= 6,8 V DC ---> IDrain= 30 A
- Gate= 5 V DC ---> IDrain= 5,5 A
bei Tj= 25 °C
Wenn Du mal das Diagramm des IRF 1104 ansiehst, dann sind da ganz
andere Ströme möglich:
* IRF1104 ->ID nach dem Gate-to Source Diagramm Fig.3:
- Gate= 6,8 V DC ---> IDrain>= 100 A
- Gate= 5 V DC ---> IDrain= 11,5 A
bei Tj= 25 °C
...das ist ja alles klar, und braucht auch nicht länger diskutiert zu werden.
Wieso soll ein FET mit geringerer Gatespannung defekt werden ?
Dies war nicht meine Frage !
Gruß Jon
Wieso soll ein FET mit geringerer Gatespannung defekt werden ?
..., weil er als unvollständig geschlossener Schalter überhöhte Leistung aufnimmt.
Wenn das nicht die Lösung des Problems ist, dann muß man eben weitere Unterschiede finden. Ich kann dabei nur von genannten Fakten ausgehen.
Beispielsweise wird ein Port weniger Strom zum Umladen des Gates aufbringen und den Schaltvorgang zeitlich ausdehnen. Du hast sicher schon mal überschlagen wie hoch die Schaltverluste im Laststromkreis beim Umladen der Gateladung durch einen Port sind.
Manfred
Hallo Manfred,
lies doch mal richtig, was ich schrieb:
Zitat:
Nun habe ich seit einiger Zeit PIC´s über die ich den gleichen MOSFET
ansteuere, nur, wenn ich 100% fahre, dann macht es klick und der
MOSFET fährt zur Hölle.
> Also bei der Höchstspannung vom PIC.
...Nach Deiner Ausage müsste der FET dann schon mit 4 V DC einen
vollen Defekt erleiden, denn das Diagramm geht von 4 - 10 V.
Der Hersteller IR und auch andere, würden die Entwickler böse über-
raschen, wenn ihr in Fig. 3 angegebenes Diagramm nicht stimmen
würde.
Ich fahre rein belastungslos, und mein Ampermeter zeigt
nicht mal einen 1/2 A an. Trotzdem dann der Ausfall über den PIC!
Mit dem Spezial PWM IC der 6,8 V bringt, und mit dem ich auch
die Gatespannung von 0 - 6,8 V hochfahre passiert überhaupot nichts.
Wenn Du mal das Bild unter Fig. 13b anschaust, dann siehst Du gut,
daß man mit diesem Testaufbau den gesamten Spannunsgbereich von
4-10 V Gatespannung durchfahren kann. Eine Prüfschaltung bei der
man absolut keine Angst haben braucht.
Gruß Jon
Hi Jon,
was die Zuleitungen betrifft, da hast du mich falsch verstanden. Ich meinte weniger die Leiterbahnen sondern die Kabel zum Board. Auf die schnelle nimmt man da manchmal etwas zu dünne beim ersten experimentieren. Die Leiterbahnen sind bei Mini-H-Bridge schon sehr kurz, zudem sind es große Flächen.Wegen des vorgesehenen und mitgelieferten kleinen Kühlkörpers gings kaum kürzer.
Zu deinem oberen Problem kann ich dir auch nicht mehr sagen als es Manfred schon getan hat. Da ich wenig mit FET´s mache, hab ich wenig Erfahrungswerte. User STUPSI ist eigentlich unser FET RN-Experte. Vielleicht hat er noch Tip für Dich.
Gruß Frank
Nach Deiner Ausage müsste der FET dann schon mit 4 V DC einen
vollen Defekt erleiden, denn das Diagramm geht von 4 - 10 V.
Die Arbeitspunkte in Fig 3 kennst Du ja, bei VDS=25V mit ID=6A bei 5V und ID = 30A bei 6,8V.
Die Einschaltdauer von 20µs ist im Diagramm auch mit angegeben.
(Mit der Schaltung im Bild 13b misst man nur die Gateladung.)
Bei Deinem Test mit 0,5A (“Ansonsten kann ich auch keine oszilloskopischen Unterschiede
erkennen,“) werden die Transistoren also zerstört?
Was begrenzt denn den Strom auf 0,5A? ist das der oben beschriebene Motor? Bei welcher Versorgungsspannung?
Manfred
Ich bin zur Zeit im Urlaub in der sächsischen Schweiz, möchte mich daher nur kurz fassen.
Ihr habt ja ein wirklich schwieriges Thema. Um ein Bauteil zu zerstören, werden ja Grenzwerte überschritten.
Wenn der FET "klickt", ist die Ursache selten ein Verlustleistungsproblem. das merkt man auch an der Überhitzung.
Ich vermute eher eine Überspannung durch Resonanzen im Gatekreis. Dafür gibt es mehrere Ursachen. Ein Beispiel:
Die Ansteuerung mit einem PIC wird bei 100% PWM den Gatekreis möglicherweise nicht niederohmig abschließen, weil ja die Taktung nach Masse fehlt. So kann die Rückwirkungskapazität des Mosfet einen Impuls aufs Gate bringen, der die max. Gatespannung überschreitet. Erste Abhilfe: eine 12V-Z-Diode direkt am Gate anschließen.
Bei Erfolg die Ursache erforschen (Gate- und Drainspannung auf Überschwinger kontrollieren) und ein Dämpfungsglied einbauen.
Bei Miserfolg ist eine genaue Untersuchung des Lastkreises auf Überspannungen notwendig, und ein Snubber einzubauen.
@jon:
Für deine Leistungsklasse sollte immer ein Treiber verwendet werden. Wenn ein richtiger Treiber den den MOSFET ansteuert, ist das Gate sehr niederohmig beschaltet und dämpft so die möglicherweise auftretenden Schwingungen im Gatekreis. Hier keinen L293 verwenden (viel zu langsam), sondern z. B. den MC34151 (Conrad) oder ICL7667 (Reichelt)
... jetzt ab in die Berge, Gruß Stupsi
@ stupsi
Also vielen Dank für Deine fachlichen Hinweise, die ich heute nachmittag an meiner Schaltung gleich gestetstet habe. Ich wünsche Dir einen angenehmen Urlaub, und vergiß Seil und Haken nicht.
Änderungen der Schaltung:
- ZPD 12 V von Gate des IRF1104 nach Masse.
IRF1104 -> DS=40 V / GS= +-20 V/ ID= 100 A/ RDSon= 9 mOhm/
PWM Regelung nur über PWM IC (ohne PIC)
----------------------------------------------------
Hochfahren eines 150 W DC 24 V Motors
- keine Probleme, keinen Ausfall
Hochfahren eines 1000 W DC 24 V Motors
- keine Probleme, keinen Ausfall
Alles ist hier wie schon ohne die Z-Diode !!!!!!!!!!
---
PWM Regelung nur über PIC
----------------------------------
Hochfahren eines 1000 W DC 24 V Motors
- zuerst schien alles gut
- dann abbremsen der Welle unter Beobachtung der Stromzunahme
- Strom langsam ansteigend bis 20 A
- MOSFETAUSFALL bei ca. 18 A
- Drain geht sofort nach Source zu 100% durch
Jetzt habe ich schon mehr als 10 neue Mosfet über die PIC-Ansteuerung
verloren, und mir geht so langsam der Hut hoch um an diesem Sche...
System weiter zu machen. Niemand weis so richtig Rat !
Was kann das nur für Ursachen haben, der FET verträgt doch 100 A
und trotzdem fällt er bei unter 20% mit der PIC-Ansteuerung einfach
aus. Mit der PWM IC habe ich keinen Ausfall gehabt, und kann belasten bis zum geht nicht mehr. Ich kann die ursache nicht einkreisen, weder mit dem Multimeter noch mit dem Oszilloskop. Wo ist da der Haken ????
Muß ich nun deshalb auf die hohe Flexibilität eines PIC verzichten ????
**** Nochmals ****:
- die PWM Frequenzen sind bei beiden Schaltungen gleich, 5 - 6 KHz
- die Gatespannungen nur um 1,8 V beim PWM IC höher
- PWM IC ->GS= 6,8 V max./ PWM PIC -> GS= 5 V max
- Ausfall beim PWM PIC bei ca. 4-5 V
- MOSFET-Schutz: GS-Strecke mit 12 V Zehnerdiode max. GS= +-20 V
- Drainschutzdiode parallel zum DC Motor ->30 A, 45 V
- Testspannung= 24 V DC der Schaltung
Wer diesen Fall löst bekommt ein Pils von mir, denn 10 Fet´s sind
schon 7 Pils !
Gruß Jon
@uwe ... sorry, das wir deinen Thread für diese Diskussion misbrauchen.
@jon
Da gibt es Unstimmigkeiten bei deinen Ausführungen.
Der 120W-Motor hat 1,6 Ohm Wicklungswiderstand. ?? --> max. 15A bei 24V
Der 1000W-Motor hat 10 Ohm Wicklungswiderstand.?? --> max. 2,4A bei 24V
Wie hast du es geschafft, mit dem 10 Ohm - Motor die 20A zu entlocken ?????
Inzwischen vermute ich doch eine thermische Überlastung. Ist der FET auf einem Kühlkörper aufgebaut? mit welchem Rth?
Ich habe vorausgesetzt, das du ALLE Hinweise von Manf nachvollzogen hast !!!!!
Berechne dazu die auftretenden Verluste im Mosfet und vergleiche sie mit den Kühlkörperdaten.
Kannst du eine thermische Überlast -auch dynamisch- wirklich ausschließen?
Wenn die Last höhere Ströme zuläßt als in FIG.3 angegeben, funktioniert der FET als Stromquelle und wird an Überlast sterben.
Ein DC-Amperemeter zur Strombestimmung zeigt keine dynamischen Änderungen, sondern nur einen Mittelwert im Sekundenbereich. Hier wäre ein Oszillogramm am Strommessshunt interessant.
Erst, wenn all diese "Starktromeigenschaften" geklärt sind, gelten meine naseweisen Anmerkungen von oben. Die beschriebenen Gate-Probleme hat man selten. sie treten z.B. bei schlechtem Vesuchsaufbau auf.
auf dem Weg zum Pils, Stupsi
@uwe, ebenso sorry wegen des hier besprochenen Problems
@ stupsi
Hey ich muß die Daten berichtigen
Wicklungs-Widerstände:
- 120 W 24 V DC Motor -> 7,5 Ohm
- 1000 W 24 V DC Motor -> 0,2 Ohm
Schaltungsaufbau:
- FET und Leistungs Schottkydiode sitzen auf einem Kühlkörper
(2,2 °C/ W), also alles 100% baugleich.
- PWM Signal Aufbereitung (ohne PIC)
- sitzt auf einer getrennten Platine
- PWM Signal Aufbereitung (mit PIC)
- sitzt auf einer getrennten Platine
Nehme ich jetzt die identischen Aufbauten her, und starte den Versuch,
dann wird bei der Schaltung ohne PIC nichts warm und nichts geht kaputt.
Alles läuft so super wie ich es mir wünsche.
Thermische Überlast in Folge von dynamischen Prozessen ?
Der FET wird auf dem Kühlkörper nicht die Bohne warm oder heiß,
egal welche Spannung am Gate anliegt respektive welche PWM %-Zahl gerade eingestellt ist.
Also von den Dimensionierungen ist alles bestens gelöst, nur der FET
stribt beim PIC ab. Schade, wenn ich nur mit ihm reden könnte. hi
Was da ab geht, kann ich momentan wegen meiner geringen FET
Erfahrung nichtmal ahnen, obwohl ich schon viel darüber gelesen habe.
Auch kann ich mir das einfach aufgrund der schnellen Abschalktung bzw
des Defekts nicht vorstellen, warum bei ca. 20% des DS Stroms der
FET sich von dannen macht.
Wenn ich den Versuch starte, schicke ich über den PIC langsam eine
PWM (5 Khz) raus, wohlbemerkt alles ohne Belastung (leerlaufstrom
ca. 0,5 A). Wenn ich dann auf 100% fahre, also da wo die PWM nur
noch eine Spannung (5 V)ist, dann verabschiedet sich der FET. Auch
wenn ich bei ca. 70% bin, und ich bremse per Hand der Motor ab, so
daß ich um die 15 oder 20A erreiche, stribt der FET auch sofort.
Die Versuchszeit ist vielleicht 2-5 sec. lang. Das ist doch nicht normal
für einen FET (oder war das die Werbung mit der Bank ?).!
Gruß Jon
Also noch mal zur Erklärung von Bild 3:
Das Schaltbild für diese Berechnung hier ist vereinfacht und besteht aus Fet mit 0,3 Ohm Arbeitswiderstand am Drain, gespeist von 24V.
Betrachtet wird nach Bild 3 nur den Strom im Abschnürbereich, in dem der Fet als Stromquelle arbeitet. Der Spannungsabfall im Widerstandsbereich, der ja beim Durchschalten kleiner wird, ist vernachlässigt. (Rechter Bereich, höhere Gatespannungen.)
Beim Durchfahren der Gatespannung entsprechend Bild 3 von 4V bis 8V steigt der Strom durch den Fet und den Widerstand an. Dabei fällt auch die Spannung am Fet.
Das Produkt aus beiden, die Verlustleistung im Fet steigt also von links nach rechts und fällt wieder ab.
Sie erreicht bei 5 bis 5,5V ein Maximum von 400W (475W bei 175°C) bei dem der Fet sich schnell erwärmt. Ab 6V ist der Spannungsabfall deutlich geringer. Die Leistung ist gemäß der linken Skala in W aufgetragen.
Die farbigen Kurven von blau nach orange gelten für den Parameter Temperatur von 25°C bis 175°C, wie auch an den Kurven für den Strom zu sehen ist laufen sie bei 6V zusammen.
Manfred
Hallo Manfred
danke für Deine bildhafte Ausführung, mehr Licht ins Dunkle zu bringen.
Wenn ich aber ohne PIC arbeite, also mit dem PWM System welches
bis 6,8 V Gate erzeugen kann, dann kann ich trotzdem alle Spannungsbereiche
1,2,3,4,5,6, bis 6,8 V und natürlich auch die Zwischenwerte
durchfahren, und es passiert trotzdem nichts.
Also präzise gesagt:
- PWM System ohne PIC bei 0...6,8 V alles Ok auch bei konstant 5 V
egal mit welcher Spannung ich am Gate arbeite !!!
- PWM System mit PIC bei 4-5 V eine Katastrophe !
- bei gleichen Spannungen und gleichen PWM Frequenzen trotzdem
bei einem System Ausfälle or mass.
Es kann also nichts mit der Gatespannung zu tun haben, da ein System
den FET killt, und das andere läßt ihn Leben.
Deshalb ist das nicht so einfach !
Gruß Jon
Ich will nicht darauf bestehen, aber es gibt auch das Bild 10 im Datenblatt nach dem der Fet bei dem Arbeitspunkt von 5V am Gate wie im Bild oben, also mit 400W, in 10ms auf 240K Übertemperatur gegenüber Fet-Gehäuse ist. Dass dabei soetwas wie ein "Klick" auftritt wäre nicht auszuschließen.
In 100ms hätte er dann 360K Übertemperatur gegenüber Fet-Gehäuse und seinen theoretischen Endwert, den er wohl nicht erreicht oder von dem er nicht heil zurückkehrt.
Unabhängig von weiteren Ergebnissen sollte man aufpassen, den Bereich zu meiden. Dann bin ich aber auch mal gespannt was noch herauskommt.
Manfred
Der Vergleich zwischen den 2 Systemen verwirrt. Das ein PWM-System und MOSFET mit 1,2 oder 3V Betriebsspannung funktioniert, ist selten.
konzentrieren wir uns lieber nur auf die pic-Schaltung. versuch mal, den Schaltplan komplett aufzuzeichnen. Das hilft hoffentlich, weitere "Klicks" zu vermeiden.
Gruß Stupsi
Hallo Manfred !
Du legst Dich ja ganz schön ins Zeug für die Sache, wofür ich mich
schon mal bedanken möchte. Auch "stupsi" ist zu danken, denn auch
seine Angaben sind pravurrös.
Also ich muss mich mal mehr mit diesen Angaben beschäftigen, aber
Du kannst Dir denken, daß ich mal am Ende bin mit den Versuchen,
insbesondere, wenn ich laufend ins Leere investiere. Die BUZ11 FET´s
sind ja nur 80 Cent Artikel, aber wenn ich bessere nehme, dann
läuft das echt ins Geld und macht dann auch keinen Spaß mehr.
Ohne Erfolg kann ich aber selten einschlafen !
Gruß Jon
Die einfachste Lösung (und die Beste) für dein Problem ist ein Treiberbaustein zwischen PIC und FET, der mit 9...12V betrieben wird. (Beispiele im Thread).
Gerade für deine hohen Leistungen ist es notwendig, den Mosfet möglichst ideal zu betreiben, so erhält man auch den höchsten Wirkungsgrad.
Interssanter ist allerdings, weshalb der FET kaputtgeht. Und nur dafür gibt es Pils.
Gruß Stupsi
Hallo ihr zwei !
von stupsi
Die einfachste Lösung (und die Beste) für dein Problem ist ein Treiberbaustein zwischen PIC und FET, der mit 9...12V betrieben wird. (Beispiele im Thread). Gerade für deine hohen Leistungen ist es notwendig, den Mosfet möglichst ideal zu betreiben, so erhält man auch den höchsten Wirkungsgrad. Interssanter ist allerdings, weshalb der FET kaputtgeht.
Das wird wohl auch die Beste Lösung sein, denn sonst drehe ich mich noch lange im Kreis, und da ich nur ein normalen 2- Kanal Oszi habe, werde ich das nie herausfinden. Man müsste das mit einem superschnellen Spek-
trumanalyser testen.
[qoute]von manf
Ich will nicht darauf bestehen, aber es gibt auch das Bild 10 im Datenblatt nach dem der Fet bei dem Arbeitspunkt von 5V am Gate wie im Bild oben, also mit 400W, in 10ms auf 240K Übertemperatur gegenüber Fet-Gehäuse ist. Dass dabei soetwas wie ein "Klick" auftritt wäre nicht auszuschließen.[/quote]
Ja, und wie erklärt man sich dann, dass es bei der einen Schaltung mit z.B. einer Gatespannung von 5V keine Erwärmungen gibt ? ](*,)
Na ja, ich werde mir nun den Chip MC34151 zulegen und dann wird das auch endlich etwas werden denke ich, denn dann haben wir diesen empfindlichsten Punkt ausdiskutiert. Die Daten von diesem Teil sind ja wirklich interessant.
Wenn es dann widererwartend nach dem Einbau des Treiberchips erneut Probleme geben sollte, werde ich wieder davon berichten.
Ich bin wirklich gespannt wie mein alter Regenschirm ! O:)
Gruß Jon
Ja, und wie erklärt man sich dann, dass es bei der einen Schaltung mit z.B. einer Gatespannung von 5V keine Erwärmungen gibt ?
Ich nehme mal an, er hat es nach 30ms überstanden, dann ist auch die Erwärmung vorbei.
Bis dahin hat er 400W * 30 ms = 12Ws aufgenommen. Für 2g Kupfer wären das 15K.
Das ist sicher schwer zu schätzen, aber der Kanal ist schnell weg (oder zu-?) diffundiert und dann hat sich der Arbeitspunkt von der Erwärmung weg verschoben.
Manfred
noch eine Theorie zum FET-Sterben:
Im Dateblatt des PIC16F84 ist die Ausgangsspannung der I/O-Ports mit
VOH=VDD-0,7V angegeben. Der PIC scheint Transistoren im Ausgang zu haben.
Somit sind bei 5V Betriebsspannung des PIC nur max. 4,3V am Gate.
Bei dieser Gate-Spannung ist der Mosfet wirklich nicht mehr belastbar.
Ein 2-Kanal-Oszi ist für die Analyse ausreichend, wenn er speichern kann.
Wenn er die 2 Kanäle auch noch multiplizieren kann, ist es sogar möglich,
die "Sterbeurkunde" zu drucken. Ohne Speicherfunktion muß man gaaanz schnell gucken, denn 30ms sind schnell vorbei. :)
Viel erfolg Jon,
Stupsi
Bevor jemand eine Schnellspannvorrichtung für die Fets vorschlägt möchte ich empfehlen die Betriebsspannung für den Motor beim nächsten Test so zu senken, dass es der Fet auch im worst case überlebt.
Ganz abwegig ist es ja nicht, dass der berechnete Fall eintritt.
Manfred
Hallo Ihr zwei,
...versteh nicht ganz, denn wenn der PWM Ausgang am PIC (PICAXE-08M)
die PWM Frequenz von 0-5 KHz ausgibt, dann ändert sich doch damit auch
die Gatespannung analog dazu. D.h. wenn man langsam die PWM Frequenz
hochfährt geht dazu auch analog die Gatespannung von 0-5 V hoch.
So macht es der PWM Baustein auch, nur dass dieser nicht bei 5 V DC
sein Maximum hat, sondern bei 6,8 V. Darunter stirbt mir aber kein FET
ab, egal ob ich gerade 2 V oder 3,5 V oder 5 V oder 6,8 V habe, auch nicht
unter Belastung. Auch wird nichts warm usw. nur bei diesem Sch... PIC.
Aber heute bekomme ich den MC34151, und dann geht´s ran an die
Buletten. hi Ich berichte sofort darüber wenn ich heute den Test erfolg-
reich abschliessen konnte.
Wie erklärt Ihr das, wo Ihr doch x-mal wegen der Gatespannung das
Problem sieht. Also da kann doch irgend eine Theorie nicht passen ?
----> ist doch ein nicht einfach zu knackende Nuß !
Danke
Gruß Jon
P.S. Was macht die Kletterei in der sächsischen Schweiz ? hast Du
wenigstens ein paar trockene Stunden ??? Ist ja ein sch... Wetter !
Nachdem schon einige Betrachtungen zum Datenblatt angestellt wurden kann es nicht schaden, sich das Ganze auch noch mal anhand von Bild 1 klarzumachen.
Es ist das Ausgangslinienfeld des Transistors in dem der Drainstrom in Abhängigkeit von der Drainspannung mit der Gatespannung als Parameter dargestellt ist. Die Linien für Ugs = 5V und Ugs = 7V sind in grün und gelb hervorgehoben
In das Diagramm sind zusätzlich folgende Linien eingetragen:
Vier Linien für die Verlustleistung von 50, 100, 200 und 400W. Die Werte entsprechen gerade der anliegenden Spannung mal dem durchfließenden Strom. Da sie sich um den gleichen Faktor unterscheiden sind sie im doppelt-logarithmischen Diagramm im gleichen Abstand voneinander.
Es sind zwei Arbeitskennlinien von Spannungsquellen mit 0,3 Ohm Innenwiderstand eingetragen für 24V in rot und für 12V in orange.
(Im linearen Maßstab sind das die Verlustleistungshyperbeln, die hier Geraden sind und die Arbeitsgeraden von linearen Quellen die hier eine gebogene Form haben.)
Wie bei der Betrachtung von Bild 3 hat man für 24V Betriebsspannung und 5V Gatespannung die Leistung von knapp 400W im Transistor. Anders als bei der Betrachtung von Bild 3 sieht man jetzt auch den Spannungsabfall im Widerstandsbereich und kann die Leistung auch beim Durchschalten des Transistors mit Ugs=7V ablesen: Es sind etwa 70W bei 0,9V und 80A.
Ein Wert der hoch aber erträglich ist da er nur kurz beim Anfahren oder länger bei Blockierung auftritt.
Hier sieht man auch recht gut, welche Leistung beim Betrieb mit 12V auftreten wird:
Bei Ugs=5V etwa 120W und bei Ugs=7V etwa16W.
Zur Bestimmung der Verlustleistung in den Arbeitspunkten des PWM Betriebs bei laufendem Motor ist anstelle der Arbeitskennlinien der Spannungsquelle mit 0,3Ohm Widerstand der aktuelle Motorstrom einzutragen. Bei 7V Ansteuerung sind es bis 16W im eingeschalteten Zustand und ohne Strom im ausgeschalteten Zustand. Das der Transistor beim Umschalten durch den Bereich höherer Verluste durch muss, ist die Umschaltzeit kurz zu halten.
Ich wollte das nur erst einmal geschlossen darstellen. Es wird bei der weiteren Diskussion nützlich sein.
Manfred
Hallo Ihr Beiden !
Nach längerer Zeit möchte ich wieder mal berichten, welche Ergebnisse es mit dem MC34151 und dem Ansteuern des MOSFET gab.
Wie ich angab, hatte ich den Baustein schon am nächsten Tag auf dem Tisch und verschaltete nach dem Herstellerdatenblatt den Chip mit dem MOSFET.
Zunächst testeste ich die Ein-und Ausgänge des MC34151 mit dem Oszi und war aufs Erste mit der Ansteuerung des FET begeistert. Nun wagte ich zuerst den Test mit dem kleinsten DC Motor den ich für die Versuche hatte, nämlich dem 100 W 24 V Motor. Prima dachte ich wie das schnurrt und ich glaubte jetzt alles prima im Griff zu haben.
Klar wollte ich als nächsten Schritt nun den 1 KW DC Motor testen, wegen des Erfolgs mit dem 100 W Motor tat. Jetzt werdet Ihr die Hände über euren Köpfen zusammenschlagen, wenn ich euch sage wie das ablief.
Also, alles bestens und mehrfach nachkontrolliert, die Kabelverbindungen die Anschlüsse am Chip, die Spannungen, alles Ok, und dann den Motor angeklemmt.
Wie schon bei den Versuchen zuvor tat sich überhaupt kein Problem auf, beim hochfahren des PWM Reglers, so bis zur 50% Marke. Ich beobachtete den Strom und die Spannung mit zwei getrennten analogen und digitalen Messinstrumenten, und sah daß wie immer der Motorstrom nicht höher wie
5 A ging.
Dann erhöhte ich sensibel die PWM auf 60, 70% Motorstrom bei ca. 4-5 A und dann gab es einen Knall, und der MC34151 fing Feuer auf dem Steckbrett. Der DC Motor ginhg durch und drehte 3500 U/min, was mir sagte, daß auch wieder der FET im Eimer ist. Alarm schrie ich und wollte doch gerade 112 wählen, doch ein halbes Maß reichte aus, um das Spektakel wieder einzufrieren.
Dann wusste ich zunächst keine Tröstenden Worte, und schob alles in meine Versuchkiste, um abzuschalten, und zwar bis heute.
Ich dachte darüber nach, krübelte bis ins kleinste Detail, und komme einfach nicht auf die Ursache, dieser bereits mehrfach gescheiterten Versuche. Viel habe ich überlegt, und denke es muss mit dem Motor zu tun haben, und mit den Induktionsspannungen die irgendwie exponenziell ansteigen müssen, und alles davorgeschaltete in Rauch aufgehen lassen.
Nur komisch, das kann auch nicht sein, denn mit dem PWM IC ohne PIC, ist alles 100%ig was mich wahnsinnig macht.
Ich glaube ich lasse es sein, es sei denn Ihr habt auch eine Idee, was das sein könnte. Während des Tests hatte ich bemerkt, dass der MC34151 etwas Warm wird, je höher ich die PWM drehte, bzw. der DC Motor drehte. Aber wieso in aller Welt kann das sein ? Was war da passiert ?
Bitte denkt mal darüber nach und sagt etwas dazu.
Danke
Jon
Schade, dass noch ein FET kaputt gegangen ist.
Beim Messen im Betrieb mit Oszilloskop hast Du sicher die Drainspannung betrachtet und die Stromübergabe vom Transistor auf die Diode und umgekehrt.
Gibt es für kleine Ströme einen Betrieb mit Stromlücken? Bis zu welchem Strom?
Gibt es beim Umschalten ein Überschwingen, Einbrüche, Anzeichen von unsauberen Kontakten (Steckbrettaufbau hoffentlich nur für den Treiber)?
Mit was für einer Spannungsquelle wird die Schaltung betrieben? Akku oder Netzteil (Puffern der Freilaufdiode).
versuch mal, den Schaltplan komplett aufzuzeichnen. Das hilft hoffentlich, weitere "Klicks" zu vermeiden.
Gruß Stupsi
Der Schaltplan wäre sicher hilfreich, auch mit dem Hinweis welche Teile auf einem Steckbrett sind.
Manfred
Auch mein Beileid für deine gestorbenen Halbleiterfreunde.
Ich glaube ich lasse es sein, es sei denn Ihr habt auch eine Idee, was das sein könnte. Während des Tests hatte ich bemerkt, dass der MC34151 etwas Warm wird, je höher ich die PWM drehte, bzw. der DC Motor drehte. Aber wieso in aller Welt kann das sein ? Was war da passiert ?
Bitte denkt mal darüber nach und sagt etwas dazu.
Danke
Jon
An deiner Stelle wäre ich jetzt hartnäckig, das Problem zu lösen!! Denn es wird sicherlich einen simplen technischen Grund geben und mit einem gelösten Problem kann man viel schöner schlafen.
Da du keinen Schaltplan rausrücken möchtest, hab ich hier mal das aufgezeichnet, was im Thread beschrieben wurde. Vielleicht findest du jetzt schon den Wurm bei dir in der Schaltung.
Gruß Stupsi
hab ich hier mal das aufgezeichnet, was im Thread beschrieben wurde.
So schlimm wird es nicht sein. Dann würde der Transistor den Motorstrom von 5A bei Durchbruchspannung aufnehmen müssen.
Wie schon bei den Versuchen zuvor tat sich überhaupt kein Problem auf, beim hochfahren des PWM Reglers, so bis zur 50% Marke. Ich beobachtete den Strom und die Spannung mit zwei getrennten analogen und digitalen Messinstrumenten, und sah daß wie immer der Motorstrom nicht höher wie 5 A ging.
Das würde man am Oszillogramm sehen.
Manfred
... Es lag tatsächlcih an der zu geringen Gatespannung die mit 5 V einfach zu niedrig war. ...
Gruß Jon https://www.roboternetz.de/phpBB2/zeigebeitrag.php?p=126565#126565
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