Mosfet H-Brücke einschaltschwingen

[altekischt]

Hallo,

ich habe eine Mosfet H-Brückenschaltung nach gezeigtem Schema aufgebaut. angesteuert werden die Mosfets (BUZ 80a oder IRF740 habs mit beiden probiert) mittels eines Halbbrückentreibers (IR2184). Dieser wiederrum erhält ein modulierbares PWM Signal. Ich möchte damit einen Motor ansteuern. Funktioniert eigentlich auch alles soweit nur ein kleines (oder großes) Problem:

Das signal geht nicht sauber von low nach high bzw von high nach low, sondern es schwingt sich ein. Ich versuche morgen ein Bild von meinem Oszilloskop reinzustellen. Wisst ihr vielleicht woran das liegen könnte? (Der Motor ist noch nicht angeschlossen sondern nur mein Oszilloskop.)

Mfg :)

[deko]

bleiben die Schwingungen auch zu einen späteren Zeitpunkt erhalten oder besteht das Problem nur am Anfang?

Hast du schon einmal eiine Last mit dran gehangen?

[triti]

Mal so ? --> Bild.


PWM? Was ist mit Umschaltverlusten?
Die Fets sollen so schnell wie möglich durchgesteuert werden.
Ohne (diskrete) Push-Pull Stufe ... wird heiss ... schwingt.... pfui.

lg
Triti

[altekischt]

bleiben die Schwingungen auch zu einen späteren Zeitpunkt erhalten oder besteht das Problem nur am Anfang?

Hast du schon einmal eiine Last mit dran gehangen?

Die Schwinungen habe ich bei jeder flanke wenn du das meinst. ich habe kurz mal den Motor drangehangen aber da wreden die schwingungen nur noch schlimmer, darum habe ich ihn gliech wieder entfernt

[altekischt]

Mal so ? --> Bild.


PWM? Was ist mit Umschaltverlusten?
Die Fets sollen so schnell wie möglich durchgesteuert werden.
Ohne (diskrete) Push-Pull Stufe ... wird heiss ... schwingt.... pfui.

lg
Triti

Ich werde mal versuchen die 10 Ohm widerstände am Gate einzubauen und sage dann ob es geklappt hat. Wieso hast du nochmal zusätzlich freilaufdioden reingehangen? In den Mosfets selbst sind doch schon welche vorhanden oder sind diese nicht geeignet?

[ManuelB]

Hallo,
die parasitären Dioden sind rel. langsam, daher ist es , gerade bei höheren Leistungen, besser was in Richung Schottky oder Fast als Freilauf zu verwenden. Bei kleinen Brücken (so bis ca. 4 bis 5A) reichen aber auch oftmals noch die Parasitären.

MfG
Manu

[altekischt]

Hallo,
die parasitären Dioden sind rel. langsam, daher ist es , gerade bei höheren Leistungen, besser was in Richung Schottky oder Fast als Freilauf zu verwenden. Bei kleinen Brücken (so bis ca. 4 bis 5A) reichen aber auch oftmals noch die Parasitären.

MfG
Manu

achso diese dioden sind parasitär und gar nicht erwünscht?... ich dachte die sind absichtlich eingebaut. Mein motor hat einen Nennstrom von 2A aber meine PWM frequenz beträgt 20-50kHz dann wäre es wohl doch ratsam noch zusätzliche schnelle dioden einzubauen oder?

[altekischt]

ich habe mal die 10 ohm vor die gates geschalten.... aber es veränderte sich gar nichts... habe es dann mit höheren widerstandswerten versucht und dann wurden die schwingungen immer kleiner aber das durchschaltverhalten wurde dadurch verschlechtert wodurch mein mosfet ziemlich heiß wurde sodass ich mich sogar daran verbrannt habe... gibt es noch eine möglichkeit dieses schwingen zu eliminieren?

[ManuelB]

Hallo,
wenn ein einzelner Widerstand in der Gate Leitung verwendet wird werden ja Ein- und Ausschaltverhalten damit verlangsamt. Man kann es auch unterschiedlich gestalten, in dem man z.B. mit einem 27 Ohm einschaltet und ohne Widerstand (bzw. einem deutlich kleineren) ausschaltet. Dafür einfach eine Diode (ev. mit Widerstand in Reihe) über den Einschaltwiderstand mit Stromflussrichtung vom Gate zum Treiber. Ansonsten ev. Snubbernetze (R-C Glieder) um die Schwingungen zu dämpfen. Muss man aber vorsichtig dimensionieren damit die nicht zu viel verheitzen.

MfG
Manu

[altekischt]

kann man den gatewiderstand irgendwie berechnen oder bestimmen? oder heist es einfach mal ausprobieren wies am besten funkioniert?

habe mit verschiedenen widerständen mal rumprobiert bis ich bei ca 480 ohm war aber da wurde dann die ansteuerung miserabel wodurch die mosfets ziemlich heiß wurden^^ (was eigentlich auch logisch ist)

habe hier mal zwei bilder vom Oszi hochgeladen.

Mfg :)
2003220033

[ManuelB]

Hallo,
480 ist doch schon recht viel. Ich würde so fürs Einschalten in den Bereich max. 100 Ohm gehen hängt aber auch vom Strom durch die Mosfets ab. Wenns mehr ist doch eher etwas niederohmiger. Vom Schwingen her würde ich aber schon bald auf parasitäre Induktive Effekte tippen. Dann würde ich doch was in Richtung R-C Snubber übder die Fets machen. Ev. mal mit einigen pF (so 47 -100 pF) und dazu so 10 -100 Ohm in Reihe. Muss man etwas probieren. Ev. geht nicht der gesamte Überschwinger weg aber die Spitze ist dann meistens niediger und die Schwingung gedämpft.

MfG
Manu

[PICture]

Hallo!

Wenn sich die Frequenz bei diversen seriellen mit Gatekäpazität angeschlossenen Widerständen nicht ändert, dann stammen die Schwingungen aus Tastkopf. ;)

[triti]

Ähm, fetten Widerstand statt Motor reinhängen? Also die Schaltung mal belasten und dann messen.

lg
Triti

[Besserwessi]

Für einen Motor sind 20-50 kHz schon sehr schnell. Die 20 KHz könnten ggf. noch nötig sein um aus dem Hörbereich zu kommen, mehr aber eigentlich nicht. Wenn Gate-Widerstände in akzeptabler größe nicht reichen, ist vermutlich das Layout nicht so ideal. Die Snubber könnte da tatsächlich helfen, aber wohl mit etwas größeren Kondensatoren, ggf. auch ein paar nF. Wie sieht denn das Layout aus ? Besonders die Verbindung der Masse und vom Ausgang zum Treiber IC.

Der Einwand mit dem FET ist auch gut - es kommt bei den Strömen / Frequenzen schon darauf an wo man die Masse um Oszilloskop verbindet. Die Frequenz der Schwingung muss sich durch den Gatewiderstand oder Snubber nicht wesentlich ändern. Das geht oft in Richtung weniger Amplitude und ggf. mehr Dämpfung.

[altekischt]

also ich habe mal alles ausprobiert. und es funktioniert jetzt auch alle soweit. Danke schon mal dafür :)

Habe jetzt nur noch ein kleines Problem und zwar mit der Kühlung. Meine Mosfets werden ziemlich heiß obwohl ich lange nicht im nennstrombereich bin. Bei ca. 1,5A/311V (220V effektiv) werden sie von außen ca 90°C Heiß. Eigentlich sind die Mosfets für 10A und 400V ausgelegt (irf740), und ich habe schon relativ große Kühlkörper. Könnte das an den Schaltverlusten liegen? wie berrechne ich denn die richtige Größe des Kühlkörpers?

ich habe mal im Internet recherchiert und bin auf folgende Rechnung gestoßen:

Rthges = (Tj-Tamb)/Pges ; Tj = maximale Sperrschichttemperatur , Tamb = umgebungstemp

Pges=I*I*Rdson*Tastverhältniss+Pschalt

Pschalt = (U*I)/2*Falltime*f = (311V*2A)/2*24ns*20kHz = 0,1493

Pges= 2A*2A*0,55ohm*1+0,1493 = 2,3493W

Rthges= (150°C-50°C)/2,3493W = 42,56°C/W

Rthk = Rthges - Rthjc - Rthtk ; Rthk = Wärmewiderstand vom kühlkörper, Rthjc = Wärmewiderstand Sperrschicht-Gehäuse, Rthtk = Wärmewiderstand Gehäuse-Kühlkörper

= 42,56°C/W - 1°C/W -0,5°C/W = 41,06 °C/W ???????

Das ist doch extrem viel oder?

[altekischt]

mir ist weiterhin aufgefallen, dass nur die highside fets so heiß werden die lowside bleiben kühl. also wird es denke ich mal an der ansteuerung der oberen mosfets liegen oder? aber was mache ich falsch?^^ habe die bootstrap kondensatoren mit 1,5µF mehr als ausreichend bemessen glaube ich. betriebsspannung der ic's ist 12V was könnte der fehler sein?

[altekischt]

und jetzt ist mir noch aufgefallen dass wenn ich den motor durch eine rein ohmsche last ersetze die mosfets nicht mehr heiß werden. Ich versteh aber nicht wieso das an dem Motor liegt. ich habe doch freilaufdioden eingebaut?!

[PICture]

Hallo!

Es könnte sein, dass die VCC mit GND für AC nicht ausreichend kurzgeschlossen ist, da die Freilaufdioden "low-side" und "high side" gleich sind. Auf deinem Schaltplan sehe ich keine kurzschliessende Kondensatoren. ;)

[ManuelB]

Dann wäre doch mal der genaue Schaltplan interessant (oder hab ich den übersehen). Wenn nur die Highside Fets zu heiß werden könnte es tatsächlich an zu geringer Gatespannung liegen. Gerade da am Motor ja im Einschaltmoment (Stromaufbauphase) einiges an Spannung abfällt und die Gatespannung mitfloaten muss. Ev einfach mal die Gatespannung der Highside oszillographieren.

MfG
Manu