IC TC4427 raucht ab

Hoi Community =;

So wie fang ich am besten an? O:)
Ich hab schon vor Monaten in der Motorsektion mein aktuelles Projekt mal angeschnitten, es ging um eine Switched Reluctance Motorcontrol basierend auf einem 8 Bit Micro. Dies beinhaltete den gesamten Hardware- sowie Softwareentwurf, nach langem einwuseln in die Materie und langen Tests steht nun endlich die gesamte Hardware und ein Grossteil der Software. Motor dreht sich, Position wird überwacht, Zündwinkel erst mal fest eingestellt und Motor erreicht auch sehr hohe Drehzahlen. Ich weiss das das Thema sehr speziell ist hoffe aber das das Problem an sich nicht unbedingt damit zusammenhängt und vielleicht jemand schon ähnliche Erfahrungen gemacht hat oder den alten Hasen direkt etwas ins Auge springt :-&
Beigefügt hab ich den Schaltplan des Leistungsteils, hier tritt auch der Fehler auf. Der Motor den ich habe ist für 42V,10A 3500RPMs ausgelegt. Betreibe ich den Motor jetzt zu Testzwecken in dem Spektrum 0- 20 V läuft alles perfekt, PWM an den HighsideTreibern regelt die Spannung, LowSide wird nach festen Muster vom Micro angesteurt, kann kompletten Drehzahlbereich abfahren. Meine Ics sind der IR2125 Highside und TC4427 Lowside. Leg ich jetzt eine höhere Spannung an zB 30V dann raucht mir ein LowsideTreiber ab und zwar immer der zuständig ist für Phase A und C. Das Problem ist jetzt das dies nicht passiert sobald ich die Spannung erhöhe sondern (mir kommt es so vor) erst wenn der Motor anfängt zu stocken (zu hohe Drehzahl oder zu niedrige). Tests sind da nen bissl schwierig weil mir ja immer ein IC flöten geht 8-[
Versorgungsspannung von den ICs ist seperat angeordnent und beträgt 15V, sobald der Fehler aufgetreten ist bricht die Versorgungsspannung auf 9V zusammen und es fliessen Ströme bis 500 mA. Zu ergänzen ist noch das ich die EIngänge der ICs über 100k Pulldown WIderstände schon auf Ground gezogen habe und den Drain der Lowside Mossis über 1M auch auf Masse gezogen habe. Ausserdem hab ich an den LowSide Treibern noch EntstörKondensatoren angebracht.
Mein erster Gedanke war das ein Fehler in der Schaltung besteht, der rechte AC und linke Teil BD der Leistungsstufe sind komplett baugleich aufgebaut es raucht aber immer nur Teil AC ab(auch nach vertauschen der Phasen) Hab die komplette Schaltung durchgemessen und exakt identische Ergebnisse erhalten. Die Software wäre auch noch ein Angriffspunkte nur verstehe nicht warum das Schalten der ICs und die extern anliegende Spannung überhaupt EInflüsse auf die ICs haben. Vielleicht liegt der Fehler auch am Highside und nur die Konsequenzen sind am LowSide zu sehn? Fragen über Fragen O:)
Das was mich am stuzigsten macht ist halt, das bei komplett gleichem Aufbau immer nur die eine Seite sich in die ewigen Jagdgründe verabschiedet.
Freue mich über jede Antwort und stehe gern Rede und Antwort falls noch mehr Infos benötigt werden.

Cheers

Hallo NickR,
was ich auf Anhieb im Plan vermisse, sind SchutzDioden nach GND.

hmmm ... an den Motorklemmen liegen
Kondensatoren parallel zur Motorwicklung also Induktivität.
Ich könnt mir da Effekte in Richtung Bandpass vorstellen,
wenn also die Frequenz stimmt würde die Parallelschaltung
nen Kurzschluss darstellen können.
Haste mal die fließenden Ströme gemessen bei verschiedenen
Drehzahlen?
Ich könnte mir vorstellen, das da dann recht große Ströme
zustande kommen und auch die Versorgungsspannung daraufhin
einbricht. Abhilfe wäre n kleinerer Kondensator oder Vorwiderstand
zur Strombegenzung.

Geht nur der Treiber über den Jordan oder auch die FETs?

Wie groß sind R1, 2 und könnte es auch ohne die Dioden über R1,2 gehen?
(Immerhin die Verbindung zwischen Oper und Leistungsteil.)
Manfred

uiuiuiu vielen Dank schon mal für die zahlreichen Antworten O:)

also:
@ Manf: R1,R2 sind 10 Ohm , die Diode zum schnelleren Abschalten. Ja es würde auch ohne Diode gehn.
Habe auch schon alle Dioden auf dem Board durchgemessen, sind eig alle ok und derselbe Aufbau liegt auch am Teil BD vor.

@ogni42: Ja nur der IC raucht ab. Neuen Ic rein, Spannung runtergedreht und es läuft wieder alles.

@Vitis: Hmm hab die Kondis dort eingesetzt um die SchaltRipple rauszufiltern. Sind natürlich net unbedingt notwendig. GrössenOrdnung ist wenige NanoF. Dem IC dürfte doch eigentlich nichts passierne auch wenn auf der Lastseite 100 Ampere fliessen. Da hab ich halt noch Schwierigkeiten ich dreh an den 42 hier im Schaltbild und mein IC der fest auf 15 liegt und keine "direkte" Verbindung zur Lastseite hat raucht ab.

@ kalledom: Wo genau meinst du müssten die Schutzdioden rein?

Vielen Dank für die Jeduld =D>

Evtl. man einen kleinen Kondensator (3n3 oder 10n) parallel zum Gate der Mosfets schalten. Das macht sie zwar ein wenig langsamer, aber die Treiber können das locker mit treiben, ggf. eben mehr Strom zulassen.. Dadruch werden kapazitive Rückwirkungen durch hohes dU/dt innerhalb des Mosfets "aufgesaugt". Auch mussen die TSC4427 unbedingt gute Kondensatoren sehr nah am IC über den 15V haben. Eine Suppressordioden über den 15V könnte ggf. auch helfen.

Dass es immer AC trigfft kann auch an Layout-Unterschieden liegen.

Die eigentliche Ursache würde ich aber erstmal im leistungsteil suchen, z.B: Shoot-through (beide Mosfets leiten), zu schnelle Schaltzeiten. Die sollen zwar schnell sein, aber zu schnell ist auch nicht gut. ggf. größere Gatewiderstande nehmen, auch gehört noch ein kleiner Widerstand in die Gate-Diodebn (z.B. D2) in Reihe, damit der Strom hier nicht theoretisch unendlich wird.

VIel Erfolg

Sigo

Zitat:

---

@ Manf: R1,R2 sind 10 Ohm , die Diode zum schnelleren Abschalten. Ja es würde auch ohne Diode gehn.
Habe auch schon alle Dioden auf dem Board durchgemessen, sind eig alle ok und derselbe Aufbau liegt auch am Teil BD vor.

---

So richtig überzeugt bin ich ja auch nicht, aber was sich wirklich ändert mit der höheren Spannung, wenn die Bauteile o.k. sind, ist die Gateladung und der Strom für den Treiber.

Wenn man jetzt mal die Diode herausnimmt und über 50 Ohm schaltet, wie lange braucht der Transistor dann?

Ich schau mal nach.
Die Transistoren sind ja nicht angegeben, also bei 50 Ohm hat man bei 15V eine äußere Strombegrenzung auf 0,3A. Die ca. 50nAs Gatecharge bewegt man dann auch noch in ein paaar 100ns. Den Innenwiderstand des Treibers braucht man noch...
Manfred

Hoi Nick, hast du eigentlich eine Begrenzung / Überwachung der Zwischenkreisspannung vorgesehen?

Also der 42V

Beim nochmaligen lesen ist mir aufgefallen, dass du schreibst, dass du meinst, dass er beim Stocken / Bremse(?) abraucht?

Sobald der Motor spreist. also als Generator arbeitet, pumpt er die Zwischenkreisspannung hoch, da die Energie ja irgendwo hin muss. Im Zeitalter der sparsamen Elektronik, wird sie ja nicht von dieser verbraucht.

Du kannst die Spannung z.B. mit einem Komparator + TSC4427 + Mosfet + Leistungswiderstand begrenzen. Der KMosfet wird bei Überschreiten einer bestimmten Schwelle eingeschaltet..

Wenn nicht, kommen oft wie nix doppelte Spannungen zusammen.
2x20V = 40V alles darüber ginge dann über die 42V und wahrscheinlich dann auch über die max. Eingangsspannung deines 15V Netzteils. Vielleicht kommen hierum mehr als 15V beim TSC an?

Einfach ne Anregung

Sigo

Der Innenwiderstand des Treibers ist 8-12Ohm. Das wäre unkritisch. Die Diode wird man eher nicht benötigen.

Dann sieh Dir die 15V an, wie Sigo meint.
Am besten Du nimmst sie erst mal von einer getrennten Quelle und betrachtest die 42V bei Betrieb.
Manfred

:cheesy: kommt ja eine richtige Diskussion auf, knaller

Also ich arbeite schon die ganze Zeit mit 2 Netzgeräten, eins für die veränderbare Spannung 0- 42 V für den Motor und eins für den Micro und die ICs, fest auf 15Volt und dann über 7805 auf 5 für Micro.
Das Prinzip des Leistungsteils ist noch mal auf dem beigefügten Bild dargestellt. In a sind beide Mosfets leitend und der Stromfluss kommt zustande. In b wird jetzt der Highside Mosi gesperrt und der Strom fliesst über die Freilaufdioden und schliesslich in c über beide Freewheel Dioden. Die Spannung an der Phase ist also +Vs, 0 und -Vs so die Theorie =P~

@sigo: Hmmm deinen Punkte hab ich noch net so ganz verstanden, gehst du davon aus das ich aus meinen 42 Volt meine 15V für den IC ableite? Und dann im Fall das der Zwischenkreis eine weit höhere Spannung als die 42V,was auch bestimmt der Fall ist, generiert auch die 15V sich dementsprechend verändern? Hast Recht ich glaub des trat nur dann auf als der Motor nicht mehr sauber lief. AHHH warte mal ich mach meine Schaltvorgänge abhängig von der Motordrehung, ergo wenn der Motor sich nicht mehr dreht( was bei nicht "sauberen" Betrieb der Fall ist) steht die Schaltung in einer Stellung fest. Es kommt also bei der hohen Spannung da der jetzt keine Back EMF entgegenwirkt zu einem hohen Stromfluss. Nur ich begrenze eig am Netzgerät den Strom und wie gesagt warum ist es dem IC nicht egal wieviel Strom auf der Lastseite fliesst? Hmmm ich werd das jetzt noch mal testen wann genau der Fehler auftritt, ob schon im regulären Betrieb oder erst wenn der Motor muckt. Das könnte aber der wunde Punkt sein und auch die Aussage das das vom topologischen Aufbau abhängig ist welcher Treiber zu erst den Geist aufgibt stimmt mich zuversichtlich.

Bis glei :-k

Die Testphase wird etwas länger dauern, will da auch Oskar Bilder zu aufnehmen, also ich schaff das heut nicht mehr, werd aber morgen und übermorgen weitere Ergebnisse rein stellen.
Grad ist mir schon aufgefallen das bei einer Spannung von 35 Volt und einer festen Drehzahl am Motor, sprich ich spiele nicht an der PWM der HighsideTreiber rum, alles perfekt funktioniert. Bin dann auf 40 V gegangen und der Motor stockte und der IC löste sich auf 8-[ . Wer jetzt für was verantwortlich ist muss ich mir noch genauer ansehen. Ich teste das ganze jetzt auch mal mit lastsimulierenden Widerständen. THX fürs lesen und bis moin \:D/

Das klingt für mich danach, dass irgend etwas anfängt zu leiten, was nicht leiten soll.

Was ist denn die maximale Sperrspannung der Schottky Dioden?

Jau Sperrspannung der MOSFETS oder der Dioden.

Ich hab mal ne 20A, 10-40V Enstufe für 4-Phasen-Brushless-DC gebaut, der Ballastwiderstand musste ab spätestens 48V zuschalten sonst mussten die MOSFETs dran glauben. Da waren die 100V - Mosfets so grade noch olala ausreichend. Wir sind dann auf 150 bzw. 200V-Typen gegangen und mit Unenn auf 48V und Umax auf 58V also gerade noch Funktionskleinspannung.
Bei PWM und hartem Reversieren unter Last und anderen Schweinereien brauchten die MOSFETS noch Suppressordioden, und auch zusätzliche Schottky-Freilaufdioden trotz eingebauter Diode, da die zu lahm war. Keine Ahnung, ob die heutigen integrierten Dioden soviel besser (schneller) sind.
Wir hatten nachher IRFP150 MOSFET verwendet, mit MBR20100 parallel. Gatewiderstand 27 Ohm zum Ein- und Ausschalten, bei 12V Treiberspannung. Über den Gates, die mit 12V gespeist wurden, war je eine 15V Suppresordiode.

(Später hab ich dann die alternative Schaltung mit einer zusätzlichen 10nF Kapazität parallel zum Gate gesehen, das ist natürlich billiger. Dito Z-Diode und hochohmiger Widerstand zwischen Drain und Gate (öffnet den Mosfet, bevor er durchbricht..also wie eine Z-Diode) als Alternative zur Suppresordiode.
Bei diesen Strömen spielt das Layout der Powerbahnen eine entscheidende Rolle. Du kannst schnell heftige Feldstärken erzeugen und induktiiv in die Treiberbahnen einkoppeln..besonders wenn der Motor steht und hohe Spirztenströne auftreten....und was machen induzierte Stöme? sie suchen sich einen Weg..

Viel Erfolg morgen..und übermorgen..und überüber..

sigo

Jep des kann gaut sein das die Fets das Problem sind, Sperrspannung der Dioden ist eig hoch genug, Mosis liegen bei 100V benutze IRFP150N. Hab gestern noch die Fets auf Seite AC ausgetauscht um sicher zu sein, aber immoment erfüllt schon wieder der liebliche Duft eines gegrillten ICs die Luft 8-[

I keep on chooglin and testing

Cheers

Hallo NickR!

Ist das IC bei lastsimulierenden Widerständen gegrillt worden ?

MfG

Ich würde noch mal ganz gezielt auf die Treiber sehen. Über die Versorgungsspannung bekommen sie ja keine Überspannung, bei getrenntem Netzteil.

Wie sieht es mit der Steuerleitung zwischen Treiber und IRFP150N aus?
Es müssen pro Schaltvorgang 100 nAs transportiert werden. Das meiste davon bei 5V. Über einen 50 Ohm Widerstand ginge es ja noch in 1µs. Ganz so groß braucht der Widerstand nachher nicht zu sein. Falls aber sonst noch etwas vom Transistor eingekoppelt wird, ist die Diode sicher ungünstig.

Ich denke wie gesagt die Stelle ist eine Betrachtung wert, da immerhin der Treiber betroffen ist.
Manfred

Um induktive Einkopplungen zu vermeiden böte sich an, die Last bei 40V mal mit ohm'schen Widerständen zu simulieren.

@ Manf : Hab die Dioden im Steuerzweig herausgenommen und der Fehler tritt leider immer noch auf. Simulier das jetzt noch einmal mit Widerständen und werd die IC Spannung auf 12 V herunterholen und mal SuppressorDioden am Gate einsetzen die auf 15 Volt begrenzen.

@nickr

Ich hatte mich vertan, wir hatten zuerst den IRFP150, der aber nur bis 100V ging. Das war wie gesagt bei 40V schon ziemlich eng, ging aber noch so gerade. Aber selten gabs dann doch mal ne abgerauchten FET.
Wir sind dann auf IRFP250 gegangen, und hatte diese Probleme vom Tisch, trotz größerem Innenwiderstand.

Bei einer anderen Endstufe (48V ca. 3-4A ohne Kühlung),
haben wir mit komplementären MOSFETS gearbeitet,
IRF640 (200V, 19A N-Kanal) SMD und IRF9540 (100V, P-Kanal).
Hier zeigte sich ebenfalls, dass die 100V zwar "oben" reichten, unten waren die zunächst vorgesehen IRF540 (100V) aber zu knapp.

Gruß sigo

Hmmm der eigentliche Aufhängpunkt ist ja eigentlich der Treiber, der kann natürlich zerstört werden wenn etwas am FET nicht mehr stimmt, nur sieht es echt so aus als würde der FET ganz bleiben, da mit neuem IC bei niedriger Spannung wieder alles in ORdnung ist. Wie genau macht sich ein defekter FET bemerkbar, kann der seiner FUnktion gar nicht mehr nachkommen oder tritt der Fehler zB erst bei bestimmten Betriebspunkten auf? Und bleibt auch wieder die Frage warum nur der eine IC.

So hab Suppressor Dioden drin und grad mit Widerständen getestet, keine Probleme. Lief einwandfrei an 40V IC wurde nicht warm, teste jetzt noch mal mit Motor. Hab auch mal simuliert das der Motor angehalten wird (ruckt) und somit die Software steht, aber auch da gab es keinerlei Probleme. Deutet ja eig schon auf die Induktivitäten hin, vl sind auch die FreewheelDioden der PUnkt.

Keep on testing :-&

JUHU PREISET DEN HERRN

et klappt O:) O:) O:)

Also hab jetzt Spannung der ICs auf 12 Volt gesenkt und SuppressorDioden( erst mal nur auf der kritischen Seite) und et funzt, bis jetzt kein grillen mehr. Will den tag nicht vor dem Abend loben aber das sieht sehr guat aus. Jungs ihr seidet , vielen vielen DANK für die Mühen und die Gedult =D> und fragt mich net warum es aufeinmal klappt O:)

Cheers darauf nen Sekt

Prima, das tönt doch erstmal gut!

Wenn du den Motor daynamischer betreibst und z.B: reversierst, dann denk an die Zwischenkriesspannungsbegrenzung! Spätestens mit Last und 4Quadrantenbetrieb gehts wahrscheinlich nicht ohne!

Viel Erfolg,

sigo

Es wäre ja schon noch mal interessant was für Spannungen an dem Gate erscheinen, die in der Lage sind die Teiber abzuschießen...

und wie man sich effizient dagegen schützt.

Ohne Diode?, den Widerstand etwas größer? oder eine Mini- Induktivität, so eine Ferritperle auf dem Draht?
Hülsendrosseln heißen die, die addieren sich in ihrer Wirkung wenn mehrere aufgefädelt sind.
Manfred

Bild hier  

Was mir immer negativ aufgefallen ist waren die extrem hohen Ripple in der Spannung am Gate verursacht durch die vielen Schaltvorgänge. Könnt mir schon vorstellen das da kritische Bereiche erreicht wurden. Wenn ich nachher noch Zeit habe geh ich den Weg nochmals rückwärts und schilder mal meine Beobachtungen =P~

Grüsse

Irgendetwas muss ja auf dem Weg kommen. Die Drain Gate Kapazität hat ja auch ein paar 100pF, es käme dann auf die Steilheit und Höhe der Flanken am Drain an, ob die Kopplung etwas zerstören kann.
Manfred

Der IC raucht ab bei 15V IC Versorungsspannung, Suppressor haben die Eigenschaft aber schon um einiges verbessert, im oberen Drehzahlbereich gab es keine Probleme aber nach unten. Beigefügt hab ich mal 2 Oszilloscope Kurven um die extremen Ripple mal aufzuzeigen. Channel 1 ist das MC Signal und 4 am Gate vom MosFet A gemessen. Die Ripple an der MC Seite können auch durch Messfehler, sprich anderes GND, entstehen.

Es sind deutlich sehr hohe Peaks zu sehen, ca. 12V Amplitude.
Bei der Zeitauflösung von 200µs erkennt man 8 Schaltvorgänge pro Zeiteinheit, also 40kHz.
Die Breite der Peaks könnte so etwa bei 1-2µs Liegen.

Hast Du mal ein Foto von dem Aufbau, bei dem man die Führung der Laststrompfade sehen kann? Welche Aufbautechnik ist das bis jetzt, fertiges Board?
Manfred

Also das komplette Board ist mit normalen diskreten Bauteilen aufgebaut(Drahtwiderstände,4148Dioden usw)
Der Verlauf der Strompfade ist chaotisch, Steuerleitungen laufen drunter drüber, es wird gekreuzt wie wild :-$
Hab das Board leider von nem Kollegen halbfertig übernommen,es hat sich schon mal jemand an der Thematik versucht. Ich fang mir da tierisch was ein, aber als Prototyp und net gelayoutet muss ich damit erstmal arbeiten. Nen Bild hab ich jetzt leider net parat und es ist auch wahrlich net vorzeigbar O:) . Das der Effekt wie gesagt auch nur an einem IC auftritt kann ja durchaus mit der LEiterbahnführung zusammenhängen.

1. Alle 4 Phasen verdrillen und weit weg von den Steuerleitungen.
Falls in Platine eben sehr ein nebeneinander führen.
Getrennte Groundplanes für Leistungsteil und Steuerteil sind nicht verkehrt. Zwischen Steuerbahnen und Powerbahnen ne Powerground und evtl, noch ne gND bahn laufen lassen...und ebne Abstrand

2. +42V und PowerGround verdrillen oder siehe oben

3. alle GNDs auf einen Punkt!

4. Nur 12V für die Gatetreiber (haste ja schon)
5. evtl. Größere Gatewiderstände
- versuchs ruhig erst mal mit 100 Ohm und evtl. Diode mit 47 Ohm in Reihe. Dann werden die Fets zwar ein wenig wärmer, aber das kann man später optimieren

alternativ evtl. die Widerstände lassen und einen hochwertigen (niedriges ESR) 10nF Condensator parallel zum Gate. Durch die künstlich große Gatekapazität wird der Spannungsteiler aus den verschiedenen Kapazität im FET so verstellt, dass weniger am Gate passiert.. gleichzeitig wird das Schaltverhalten ja langsamer, was die Steilheit des Schaltvorgangs und damit die dI/dt und dU/dt verringert, somit auch die Kopplung der Störungen. Das kannste aber auch mit einem größeren Gatewiderstand probieren..nur dabei ben die zus. Reduktion der Kopplung nicht verändert..

6. Eine Totzeit zwischen die Kommutierungen einbauen, ca. 1-2µs

7. MBR20100ct o.ä. (100V schottky) parallel zu den FETs
Dadurch werden die internen Dioden inaktiv und du musst nicht so riesige Ladungen beim Schaltvorgang bewegen. Der MOSFET schließt schneller...
Ist zwar teuer und platzaufwändig aber sollte helfen. Wir kamen jedenfall snicht ohne diese Dioden aus @20kHz PWM Frequenz. Sonst wären die Schaltverluste zu groß gewesen, fets zu warm. So warn se die ersten 10A ziemlich kalt geblieben

Happy weekend

Träum nicht nur von rauchenden Colts..

sigo

so, ich hab es nun geschafft, mein altes ORCAD samt Plänen ans Laufen zu kriegen:

Wir hatten es so gemacht (48V, 16A, 4 Phasen Brushless DC-Motor mit 10A Inenn):

TSC 427 (Vorgänger) ---> 47 Ohm --> Gate
Parallel zum Gate: 4k3 (damit der MOSFET im Power-Up nicht leitet)
Parallel zum Gate: P6KE15 Suppressordiode
MOSFET IRFP250
Parallel mit BMR20100ct
Parallel mit 1.5KE75
Die Masse des TSC greift direkt am Source des MOSFETS an
Außerdem hatten wie eine Totzeit von 1µs in der Ansteuerung vorgesehen. PWM 15kHz

Das funzte auch noch bei ca. 22A kurzzeitig, bis die Endstufe über den Temp. Fühler abschaltetet eben..auch bei brutalstem Reversieren..usw..

Gruß sigo

Es ist übrigens klar, dass deine Probleme bei kleiner Drehzahl auftreten, da dann die GegenEMK kleiner ist...

Bin sprachlos...

Sigo schafft mich \:D/

Vielen Dank, aller ERSTE Wahl O:)

Top Checklist die ich mir auch sehr zu Herzen nehmen werde und nächste Woche mal versuch zu realisieren, Verbesserungen oder Verschlechterungen werden gern hier geposten.

PS: Hab des Glück das nach 2-3 Ouzo kein Gedanke mehr an rauchende Colts oder sonstig gegrillte Materie aufkommt :roll:

In dem Sinne

Happy Weekend

OT: Wie postet man eigentlich hier ein Bild?

Wenn Du im 'Kurz Antwort'-Feld bist, dann erst auf Vorschau, dann kommst Du in das 'Antwort schreiben'-Feld; oder direkt den Button 'antwort erstellen' anklicken.
Im 'Antwort schreiben'-Feld auf 'Attachement hinzufügen' klicken und schon kannst Du Dateien hochladen.