H-Brücke: Mosfettreiber wird zerstört

[wolli_bolli]

Hallo zusammen,
ich habe mich in letzter Zeit mit dem Aufbau einer diskreten H-Brücke beschäftigt. Sie soll Motoren mit ca. 0,7-1 A Stromaufnahme bei 12V steuern. Vom Mikrocontroller erhält sie ein PWM und ein Richtungssignal (mit 5V-Pegel). Herausgekommen ist die Schaltung, die im Anhang zu sehen ist.
Die p-Kanal high-side Mosfets (IR9Z24N) werden abhängig vom Richtungssignal permanent durchgeschalten, nur die low-side n-Kanal Mosfets (IRLZ24N) werden mit dem PWM-Signal gefüttert. Das Richtungssignal darf nur geändert werden, wenn das PWM-Signal permanent auf low liegt. So werden Probleme mit der geringen Schaltgeschwindigkeit der p-Fets vermieden.
Die n-Fets werden von Mosfettreibern vom Typ MC34151 (ähnlich ICL7667) angesteuert, die das 5V-Signal der NAND-Gatter auf 12V Pegel anheben. Zusätzliche pull-down Widerstände verhindern, dass die n-Fets unbeabsichtigt durchgeschalten werden, sollte kein Mosfettreiber in der Fassung sitzen.
Prinzipiell funktioniert die Schaltung. Allerdings geben die Mosfettreiber nach einiger Zeit den Geist auf, nachdem sie plötzlich heiß werden, obwohl sie zuvor minutenlang völlig kühl blieben. (ich habe bereits vier verheizt).
Woran kann das liegen?
Vielen Dank für Eure Bemühungen,
Gruß
wolli_bolli

[PICture]

Hallo wolli_bolli!

Ich habe mir ganz kurz das Datenblatt der Treiber angeschaut und das einzige was mir in deiner Schaltung aufgefallen ist, sind fehlende Abblockkondensatoren 4,7 µF und 0,1 µF an der Versorgungsspannung der Treiber. Es könnte sein, dass ohne diesen Kondensatoren, fingen die Treiber zu schwingen an und werden zerstört. Die Kondensatoren befinden sich auf fast jedem Schaltplan im Datenblatt sicher nicht ohne Grund.

MfG

[Besserwessi]

Eine möglichkeit für einen Ausfall wäre ein kurzzeitige Überspannung auf der Versorung. Die Dioden leiten die Induktionsspannung des Motors zur Versorgungsspannung ab. Wenn da kein größerer Elko ist, kann die Spannung auch mal über 15 V ansteigen, wenn man die Versorgungsspannung abklemmt. Wenn nicht mal ein kleiner Kondensator dran ist reichen dazu eventuell auch einfache Störimpulse des Motors.


Die Dioden an den N-MOSFETs kann man sich sparen, da tun es die in den FETs. Das PWM Signal nutzt ohnehin nur die Freilaufdiode bei den P-FETs. Die Dioden an den N FETs werden also nur sehr selten, z.B. beim Ausschalten, genutzt.

Zur Reduzierung von Störungen sollte man die FETs nicht ganz so schnell schalten, sondern besser einen kleinen Widerstand (z.B. 50 Ohm) am Gate haben. Ohne den Widerstand sind auch zeitweise HF Schwingungen möglich die eventuell sogar den Gate-Treiber zerstören könnten. Der superschnelle Gate Treiber ist entsprechend auch etwas übertrieben.
Für die eher kleinen IRLZ24 sollten schon etwas stärkere Logic Gatter reichen, vor allem weil auch schon 5 V ausreichend sind.

[wolli_bolli]

@PICture: Abblockkondensatoren sind eingebaut (hab ich im Schaltplan vergessen), allerdings nur 47nF. Das werde ich noch etwas aufstocken.

@Besserwessi: in der Versorgung gibt es ebenfalls dicke Kondensatoren (auf der Prozessorplatine sitzten 220 Mikrofarad, außerdem habe ich für die Tests ein Netzteil verwendet, das dicke Glättungskondensatoren hat. Widerstände in den Gate-Leitungen werde ich ausprobieren. Die Treiber habe ich verwendet, da ich gelesen habe, dass es häufig Probleme mit langsam schaltenden Fets gibt.

Leider kann ich die Schaltung erst wieder nächste Woche testen, da ich zunächst neue Fet-Treiber kaufen muss.

Vielen Dank für eure Hilfe,
wolli_bolli

[Edblum]

Hallo Wolli_bolli,

Bitte beschaff dich dan IRF9540 und IRF 540 und benütze diese einfache Schalltung: Ersetze T1 und T2 durch IRF9540 und T3 und T4 durch IRF 540.

Funktioniert fantastisch:

Mfg

Edblum

[Besserwessi]

Die Schaltung ist eine kleine Katastrophe:
Die Versorgungspsannung darf nur ziehmlich klein sein, sonst leiten die P Fets zu früh. Die 1N4001 sollte man besser weglassen, denn die sind viel zu langsam für PWM. Die Dioden in den MOSFets sind wesenlich besser als die 1N4001 und völlig ausreichend. Je anch Aufbau besteht auch die Gefahr das das ganze fürchterlich anfängt zu schwingen.
Als einfache ein/Aus steuerung könnte es gerade noch gehen, für PWM aber kaum.

[Rollkommando]

@PICture: Abblockkondensatoren sind eingebaut (hab ich im Schaltplan vergessen), allerdings nur 47nF. Das werde ich noch etwas aufstocken.
Da mal ins Datenblatt schauen, auch der Abschmitt "Layout Considerations",

Proper printed circuit board layout is extremely critical and cannot be over emphasized.

Möglicherweise fängt ja auch deine Software an zu spinnen und liefert ein zu schnelles PWM Signal.

[Edblum]

Die Schaltung ist eine kleine Katastrophe:
Die Versorgungspsannung darf nur ziehmlich klein sein, sonst leiten die P Fets zu früh. Die 1N4001 sollte man besser weglassen, denn die sind viel zu langsam für PWM. Die Dioden in den MOSFets sind wesenlich besser als die 1N4001 und völlig ausreichend. Je anch Aufbau besteht auch die Gefahr das das ganze fürchterlich anfängt zu schwingen.
Als einfache ein/Aus steuerung könnte es gerade noch gehen, für PWM aber kaum.

Elektor, von dem diese Schalltung stammt, ist verrückt und ich bin verrückt. ;)

Schaltung funktioniert schon seit Monate ohne Probleme MIT PWM.

MfG

Edblum

[dennisstrehl]

Man sollte nur drauf achten, dass man nicht beide Halbbrücken auf LOW schaltet, sonst knallt's o_o.
Dann funktioniert die Schaltung erstaunlich gut.

[Besserwessi]

Die 1N4001 sollte man wirklich weglassen, die stören wirklich eher als das sie nutzen.

Je nach Spannungsversorgung kann man einen zeitweisen Querstrom vertragen, gut ist das aber nicht.

[wolli_bolli]

@Edblum: Diese Schaltung habe ich früher schon mal verwendet, als ich noch kein bisschen Ahnung von H-Brücken hatte. Mein damaliger Aufbau konnte nur LEDs und Kleinstmotoren (50mA Stromaufnahme) steuern. Bei allen größeren Verbrauchern hat die Schaltung versagt.

@Rollkommando: Meine PWM fängt nicht an zu spinnen, sie läuft konstant bei ~5kHz (ich höre mir das Pfeifen mit einem Kleinen Kopfhörer an (Oszi hab ich leider nicht)). Die Layout Considerations sind ein guter Hinweis, die habe ich im Datenblatt überlesen. In dieser Hinsicht werde ich meine (Loch-)platine noch versuchen zu verbessern, auch wenn ich Dinge wie kurze Leitungen etc. meiner Meinung nach schon relativ gut hingekriegt habe. Eine Platine möchte ich aber eigentlich nicht ätzen.
Zunächst muss ich aber bis nächstes Wochenende auf meine neuen Treiber warten.
Vielen Dank für eure Hinweise,
wolli_bolli