Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Platinenlayout 250W DC-Motor Endstufe
Hallo allerseits,
bin gerade ein bisschen am basteln an einem elektrisch motorisierten Gefährt, und der Motor, ein MY1016 (https://www.google.at/search?q=MY1016+datasheet&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ei=sAvpU8XeMoLXyQPG7YGoCg&ved=0CCAQsAQ&biw=1280&bih=655#q=MY1016&tbm=isch) (250W bei 24V, ca. 15A), soll über PWM gesteuert werden um sanft anfahren zu können. Da die Riemenscheibe des Motors sowieso einen Freilauf in eine Richtung hat und somit weder Rückfahrt noch elektrisches Bremsen möglich ist, habe ich mich für die einfachste Schaltungsvariante, einen MOS-FET in der (-)-Leitung des Motors mit Freilaufdiode entschieden. Die Stromversorgung erfolgt von zwei Bleigel-Akkus 12V 17Ah.
Den FET (STB76NF75, 80A, 75V; Datenblatt (http://file1.dzsc.com/product/14/03/24/388120_092703281.pdf)) gabs mal bei Pollin, und die Freilaufdiode (SLB3040, Schottky, 30A, 40V; Datenblatt (http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/vishay/sbl3030p.pdf)) ist die dicke Gleichrichterdiode von der 5V-Schiene eines PC-Netzteils).
Nachdem ich die Thematik etwas unterschätzt habe (bes. beim Anfahren) und keinen ordentlichen Treiber vorgesehen habe für den FET ist die erste Version bald abgeraucht. Bei dieser Version ist nun ein FET-Treiber (MCP1407, 6A Power FET Driver; Datenblatt (http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/22019a.pdf)) verbaut.
Meine Frage besteht hauptsächlich darin ob das Platinenlayout einigermaßen brauchbar ist weil ich noch nie was für solche Leistungen gemacht habe.
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Keine Sorge wegen optischen Mängeln, die großen Vias, Schraublöchern etc. Da ich nur eine einzige Platine brauche, werde ich da etwas basteln und an alle Anschlussbeine des FET und der Diode mit 1,5² Kupferdraht verstärken und so noch ein paar mm verlängern, dass sie schön auf den Kühlkörper passen (angedeutet durch die weißen Linien; verschraubt mit der Platine).
Nicht sicher bin ich auch bei Elkos, derzeit sind ja gar keine drauf. Es gibt ja einerseits die Faustregel 1000µF/A, aber das krieg ich ja bei den 15A Nennstrom schon nicht wirklich hin, geschweige denn beim Anfahren (50A, 100A???). Sind überhaupt welche notwendig? Weil die Bleigelakkus sind ja auch nicht weit (~0,5m Kabel) und wenn ich jetzt 2200µ drauf löte dann ist das doch irgenwie für die Katz. Oder doch nicht?
Wie gesagt es geht mir hauptsächlich um das Platinenlayout, aber ich freue mich auch über sonstige Anregungen/Verbesserungsvorschläge/Kritik etc.
Danke im Voraus!
Grüße
Thegon
Che Guevara
11.08.2014, 20:25
Hi,
also grundsätzlich siehts nicht schlecht aus. Trotzdem würde ich auf jeden Fall einen Low-ESR Elko einplanen, der sollte dann nahe am 12V Spannungsregler liegen und diesen puffern, nicht den Motor.
Außerdem würde ich noch einen Widerstand zwischen deinem Gate-Treiber und dem FET einplanen. Laut diverser Meinungen ist dieser nicht nötig, manche meinen, er dämpft den Schwingkreis (FET + Treiber), ich bin der Meinung, er schützt den Treiber vor Zerstörung durch zu große Ladeströme. Welcher Meinung man auch immer ist - einplanen würd ich ihn, kann man ja dann immernoch brücken / durch 0Ohm ersetzen.
Evtl. würde ich noch den Abstand der beiden stromführenden Leiterbahnen etwas vergrößern, für den Fall, dass du selbst ätzt (und auch, um beim Bestücken keine versehentlichen Brücken zu erzeugen).
Welche Frequenz wird den die Pwm haben?
Gruß
Chris
Danke für die Antwort!
Hmm ja Low-ESR-Elko habe ich jetzt nicht, aber wenn es nur darum geht denn 7812 zu puffern könnte ich ja auch eine Diode in Serie schalten und 1000µ dahinter, im Falle dass die Spannung zu weit zusammenbricht übernimmt einfach der Elko die Versorgung. So quasi wie ein primitiver Einweggleichrichter. Oder keine gute Idee?
PWM-Frequenz soll ca. 2kHz werden, hab da mal gelesen dass zu hoch nicht gut ist weil zu viele Schaltverluste, zu niedrig nicht gut weil - warum eigentlich... und weil mich das Piepsen nicht stört, im Gegenteil -> akustisches "Warnsignal" dass angefahren wird, sind es halt 2kHz geworden.
Ja das mit dem Widerstand ist so eine Sache - bei meiner vorigen Version habe ich einen drin gehabt (auch nur 10 Ohm) und eigentlich wollte ich genau dieses Bauteil vermeiden weil es halt einen Tiefpass bildet mit der Gatekapazität und der schöne Treiber seine 6A dann sicher nicht ins Gate und wieder raus bekommt. Und soweit ich das aus dem DB verstanden habe ist der Treiber schon dafür gedacht, kapazitive Lasten direkt zu treiben.
Den Abstand zwischen + und - werde ich gleich vergrößern, ist mir noch garnicht so aufgefallen. Wobei eine kleinere Brücke beim Anschließen der Bleiakkus wahrscheinlich eh recht schnell weg wären ;-) na Scherz...
Grüße Thegon
Che Guevara
11.08.2014, 21:52
Hi,
deine Idee mit Diode + Elko hört sich nicht schlecht an, obwohls evtl auch ohne Diode gehen würde. Hab aber keine Erfahrung mit Bleigel-Akkus, nur mit Lipos, die können sehr schnell auf Schwankungen reagieren.
Also ich betreibe meine BL-Regler momentan mit 32kHz, kann keine signifikanten Verluste feststellen (im Vergleich zum restlichen Strom, der zum Motor fließt).
Zu niedrig sollte die Frequenz IMHO nur bei Schaltungen mit Bootstrap-Schaltung (wie z.b. IR2104) nicht sein, weil sonst der C unnötig groß sein muss.
Ok, wenn du mit dem Widerstand schlechte Erfahrungen gemacht hast, würde ich ihn an deiner Stelle auch weglassen, ich hab in meiner Schaltung 4.7Ohm.
Gruß
Chris
Nicht sicher bin ich auch bei Elkos, derzeit sind ja gar keine drauf. Es gibt ja einerseits die Faustregel 1000µF/A,
Diese Regel gibt es so nicht. Wenn, dann bezieht sie sich auf den Ladeelko an einen Netzgleichrichter, du hast aber eine Gleichstromversorgung aus einem Akku.
Außerdem würde ich noch einen Widerstand zwischen deinem Gate-Treiber und dem FET einplanen. Laut diverser Meinungen ist dieser nicht nötig, manche meinen, er dämpft den Schwingkreis (FET + Treiber), ich bin der Meinung, er schützt den Treiber vor Zerstörung durch zu große Ladeströme.
Die diversen Meinungen sind schon richtig. Das einzige positive des Gatewiderstandes ist das Dämpfen der Schwingneigung, ansonsten macht er den FET langsamer und heißer und führt zu seiner Zerstörung.
Nachdem ich die Thematik etwas unterschätzt habe (bes. beim Anfahren) und keinen ordentlichen Treiber vorgesehen habe für den FET ist die erste Version bald abgeraucht.
Eine kapazitive Last von eingen nF wie ein FET-Gate brennt keinen Treiber ab. Und einen 6A Treiber einzusetzen, bei dem man sich viel Mühe gemacht hat, den RDSon der Treibertransistoren niedrig zu halten, dann mit einem Widerstand zu kastrieren ist kontraproduktiv. Wenn man einen einsetzt, sollte er sehr wenige Ohm haben, andere verwenden auch Ferritperlen auf den FET-Anschlüssen.
PWM-Frequenz soll ca. 2kHz werden, hab da mal gelesen dass zu hoch nicht gut ist weil zu viele Schaltverluste, zu niedrig nicht gut weil - warum eigentlich... und weil mich das Piepsen nicht stört, im Gegenteil -> akustisches "Warnsignal" dass angefahren wird, sind es halt 2kHz geworden.
Die Schaltverluste sind die eine Seite. Eigentlich sollte die Steuerung wie ein Stromchopper funktionieren. Durch die Induktivität des Motors steigt der Strom langsam an, wenn der Sollwert überschritten ist, schaltet die PWM ab, über die Freilaufdiode (oder den anderen FET bei Einsatz einer Halbbrücke) klingt der Strom wieder ab. Sinkt er unter einen Grenzwert, schaltet die PWM wieder ein, möglicherweise mit einem neuen Maxwert. Wenn man das nicht aktiv über eine Stromregelung macht, sollte man den Frequenzbereich für die PWM finden, wo das etwa so abläuft. Das werden bei deinem Motor so einige 100 Hz sein.
Macht man die Frequenz zu hoch, wird der Widerstand der Motoinduktivität zu groß und man bekommt keine Leistung in den Motor. Ohne Last merkt man das kaum, mit Last läuft der Motor erst bei großer PWM an und richtig nur bei 100%. Da kann man auch gleich ein Relais nehmen.
Ich habe im Moment etwas ähnliches am Start. Der Motor ist größer, genaue Daten habe ich aber nicht. Da ich erstmal mit der Mechanik kämpfe, habe ich noch keine Messungen gemacht. Als Steuerung für den Sanftanlauf (irgendwie ein Euphemismus, die Kraft nach dem Getriebe ist brutal) verwende ich einen BTS550. Der kommt mit den Strömen gut klar, einen Kühlkörper hab ich nicht verwendet. Als Ansteuerung reicht nach dem µC ein kleiner FET (direkt am µC), eine extra Versorgung ist nicht nötig. Für 100 bis 200Hz ist er schnell genug.
MfG Klebwax
P.S. Der BTS550 braucht auch keine Freilaufdiode, der regelt das anders.
Danke für die Informationen!
Dann werde ich den Treiber mal aufbauen (ohne Elkos direkt auf der Versorgung, aber mit gepuffertem 7812 und ohne Gatewiderstand) und schauen wie er sich so macht. Was die PWM-Frequenz betrifft kann ich ganz leicht umstellen und probieren, ist ja nur Software, danke für den Hinweis.
Eine kapazitive Last von eingen nF wie ein FET-Gate brennt keinen Treiber ab.
Das habe ich vielleicht unklar geschrieben, es ist nicht der Treiber (ein bipolarer NE555) abgeraucht, sondern der FET selbst was vermutlich auf zu langsames Schalten zurückzuführen war, deshalb jetzt der MCP1407.
In den nächsten Tagen werde ich dann berichten, was dabei rausgekommen ist.
Grüße
Thegon
Hey Thegon,
du solltest in direkter Nähe zum MCP1407 mindestens ein oder mehrere 100nF-Kondensatoren platzieren. Nur so ist gewährleistet, dass der Treiber die hohen Ströme beim Umschalten schnell leifert und damit der MOSFET nicht abraucht. Aus dem Datenblatt:
3.1 Supply Input (VDD)
VDD is the bias supply input for the MOSFET driver and
has a voltage range of 4.5V to 18V. This input must be
decoupled to ground with local capacitors. The bypass
capacitors provide a localized low-impedance path for
the peak currents that are to be provided to the load.
Grüße
Es ist nicht auf den ersten Blick zu sehen, aber unter dem Chip sind (auf kürzestem Weg zu den Anschlusspins) zwei 1206 SMD 100nF Keramikkondensatoren.
Aber danke trotzdem für den Hinweis ;-)
Grüße
Thegon
Na das war ja wieder mal ein voller Erfolg... fast :-(
Habe soeben die neue Steuerung montiert, in weiser Voraussicht das Fahrzeug vorher aufgebockt dass es nicht davon fährt im Falle eines Fehlers, und das war auch nötig. Schalter an (großer Knebelschalter, hängt direkt in der (+)-Leitung von den Bleiakkus her) - Motor dreht vollgas obwohl am Gate 0V anliegen. Dann hab ich den FET ausgelötet, Resultat: durchgeknallt, also Drain mit Source leitfähig verbunden. Gate ist immer noch hochohmig.
Und alle Arten von Platinenfehlern/Kurzschlüssen etc. schließe ich aus, weil ich die Platine unmittelbar vor dem Einbauen am Netzteil mit einem 100Ohm-Lastwiderstand anstelle des Motors getestet habe. Das Oszilloskop bestätigte die Funktion, beeindruckend waren die Flanken, die aus dem MCP1407 kommen: in weniger als 20ns war das Gate umgeladen.
Nach dem entfernen des FETs habe ich Treiber, Freilaufdiode etc. durchgemessen: alles intakt, es ist nur der FET gestorben.
Und weil ich es genau wissen wollte habe ich einen neuen FET eingelötet und alles so angeschlossen am Fahrzeug (ist ein E-Roller, so nebenbei) wie geplant, nur mit 100 Ohm Widerstand anstelle des Motors - eingeschalten - funktioniert. Dann ohne abzuschalten den Motor angeschlossen und Widerstand weg - funktioniert, Motor lässt sich regeln. Also ausgeschalten, runter vom Tisch auf den Boden, eingeschalten - GRRRR. Vollgas - schnell wieder ausgeschalten, Resultat: nächster FET tot :-(
Daraus schließe ich jetzt einmal dass beim Einschalten irgend ein Spannungs- oder Stromimpuls auftritt, der mir den FET killt. Und nun die hoffnungsvolle Frage in die Runde: Was glaubt ihr kann das sein? Was kann ich messen/ausprobieren/anders machen?
Grüße
Thegon
Hallo!
Und nun die hoffnungsvolle Frage in die Runde: Was glaubt ihr kann das sein? Was kann ich messen/ausprobieren/anders machen?
Ich denke, dass es zu lang dauernder über 80 A Anlaufstrom des Motors ist. Um das zu prüfen, brauchst du nur seriell mit dem Motor begrenzenden Widerstand anschliessen. Sollte es sich bestätigen, könntest du mit dafür nötiger Anzahl parallelen MOSFETs mit ausgleichenden Sourcewiderständen versuchen bzw. gleich IGBT nehmen. ;)
Danke, das werde ich demnächst ausprobieren. Für deine Theorie würde auch sprechen, dass der MCP1407 die etwas dumme Eigenart hat, beim Einschalten einen kleinen Puls auf das Gate zu geben, gerade als kurzen Zucker zu registrieren. Vielleicht reicht das ja schon aus. Aber dann irgendwie schon blöd dass ein 15A-Motor mir einen FET killt, der 80A dauerhaft und 320A Puls aushalten soll.
Grüße
Thegon
Für die 320 A habe ich im Datenblatt (DB) kein Dauer gefunden. Im von mir gefundenem DB von "ST" auf 3. Sete gibt es nur Info, dass es durch "safe operating area" (SOA) limitiert ist, aber SOA gibt es dort nicht. :confused:
@Thegon
Leg mal feste 0 Volt an den Eingang des FET-Treiber und schalte dann die Versorgung ein. Dann sollte nichts passieren, ob mit 100 Ohm oder einem Motor.
Wenn sich das bewahrheitet, ist ein Bug in deiner Ansteuerung. Wie ist die aufgebaut?
MfG Klebwax
- - - Aktualisiert - - -
. Aber dann irgendwie schon blöd dass ein 15A-Motor mir einen FET killt, der 80A dauerhaft und 320A Puls aushalten soll.
Vergiss die 15A. Man schätzt den Anlaufstrom eines DC Motors auf 5 bis 10 mal so groß wie den Dauerstrom ein. Wenn es dir möglich ist, den Gleichstromwiderstand des Motors zu messen (ist bei so kleinen Widerständen nicht leicht), kannst du den Spitzenstrom errechnen. Und das, was für einen Motor ein Puls ist (gemessen in ms), ist für einen FET, der Pulse in µs oder weniger misst, fast Dauerstrom.
Die Induktivität bremst den Stromanstieg, eine PWM mit der richtigen Frequenz kann die Sache beherschbar machen. Ein undefinierbarer Puls beim Einschalten passt da absolut nicht. Ein typisches Problem bringt da ein µC. Nach dem Einschalten sind die IOs Inputs, also hochohmig, bis der Steuerpin als Ausgang und auf 0 programmiert ist. Man macht daher einen passenden Pullup oder Pulldown an den Pin, um ihn auf einem definierten Pegel zu halten.
MfG Klebwax
Peter(TOO)
15.08.2014, 02:01
Hallo,
Es ist richtig, dass der Gatewiderstand den FET langsamer macht und die Verluste erhöht.
Allerdings bekommst du mit schnellem Schalten jede Menge andere Probleme!
Je steiler die Flanken sind, umso höher ist der Anteil an Oberwellen.
Da wird dann jedes Stück Draht zu einem Schwingkreis und dies wiederum erzeugt hohe Spannungsspitzen, welche dir z.B. den FET durch Überspannung zerstören.
http://thedatastream.4hv.org/gdt_leakage.htm
Bei den letzten 3 Bilder auf der Seite wurde nur die Flankensteilheit des Generators verändert, der Rest der Schaltung ist identisch!
Ein weiteres grosses Problem ist die Einhaltung der EMV-Vorschriften. Mit zu steilen Flanken ist das einfach nicht zu schaffen.
OK, die Einhaltung der Vorschriften betrifft hier praktisch keinen, aber spätestens wenn das Handy keinen Empfang hat oder das WLAN zusammenbricht, stört es doch ein wenig ....
MfG Peter(TOO)
Leg mal feste 0 Volt an den Eingang des FET-Treiber und schalte dann die Versorgung ein. Dann sollte nichts passieren, ob mit 100 Ohm oder einem Motor.
Wenn sich das bewahrheitet, ist ein Bug in deiner Ansteuerung. Wie ist die aufgebaut?
Es kann durchaus sein, dass der Puls von meiner Steuerung kommt, ist ein ATmega16. Einen Pulldown hätte ich zwar schon drin (1k, direkt vor dem Treiber), den Puls wegzubekommen krieg ich schon hin, vielleicht schließe ich den Eingang mit einem Transistor am Anfang irgendwie kurz oder so. Ich hatte den nur eigentlich nicht als so kritisch angesehen, weil wenn ich die PWM einschalte dann entstehen ja viele Pulse und irgendeiner ist auch der erste?
Je steiler die Flanken sind, umso höher ist der Anteil an Oberwellen.
Da wird dann jedes Stück Draht zu einem Schwingkreis und dies wiederum erzeugt hohe Spannungsspitzen, welche dir z.B. den FET durch Überspannung zerstören.
Dass Schwingkreiseffekte auftreten bestätigen auch Oszilloskop-Aufnahmen, die ich gemacht habe wo der Motor am zweiten FET kurz funktioniert hat. Hab zwar leider keine Bilder davon, aber es sah den Bildern im angeführten Link sehr ähnlich. Ich war mir allerdings nicht sicher, wie viel davon wirklich Spannungsspitzen sind und wie viel ich mir durch die großen Ströme und meine GND-Klemme des Tastkopfes einkopple. Nur was kann ich tun, um die Spannungsspitzen zu vermeiden? Eine Ringkerndrossel (6Wdg.) ist schon drin in den Motorzuleitungen, macht noch mehr Induktivität Sinn um die Flanken zu begrenzen? Eventuell ein Serienwiderstand aus ein paar Metern Kufperkabel?
Ein weiteres grosses Problem ist die Einhaltung der EMV-Vorschriften. Mit zu steilen Flanken ist das einfach nicht zu schaffen.
OK, die Einhaltung der Vorschriften betrifft hier praktisch keinen, aber spätestens wenn das Handy keinen Empfang hat oder das WLAN zusammenbricht, stört es doch ein wenig ....
Mit dem Roller wird eigentlich nicht dort gefahren, wo Leute wohnen, sondern abseits, ganz sicher auch nicht auf öffentlichen Straßen, und auch nicht jeden Tag sondern ab und zu, deshalb hoffe ich das EMV nicht das große Problem sein wird.
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Habe soeben noch den DC-Widerstand des Motors gemessen (mit 1A NT und mV-Meter): ca. 250mOhm das wären dann Daumen mal Pi 100A Anlaufstrom, und das ist jetzt nicht sooo viel, zumal auch noch Kabel usw. verbaut sind, die auch Widerstand haben.
Der zweite FET war nämlich kein STB76NF75 mit 80A, sondern ein IRFB4110 (DB (http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfb4110pbf.pdf)), der sollte 120A aushalten. Das klingt für mich jetzt eher wieder nach Spannungstod des FET, oder was meint ihr?
Danke für eure Mithilfe!
Grüße
Thegon
Peter(TOO)
15.08.2014, 11:15
Hallo Tegon,
Im einfachsten Falle reicht ein Widerstand zwischen Treiber und Gate. Zusammen mit der Gatekapazität ergibt sich ein RC-Glied.
Überstrom ist ein rein thermisches Problem bei FETs, die werden heiss bevor sie durchbrennen.
Überspannung kann in Sekundenbruchteilen den FET zerstören. der wird dann höchstens später heiss.
MfG Peter(TOO)
Im einfachsten Falle reicht ein Widerstand zwischen Treiber und Gate. Zusammen mit der Gatekapazität ergibt sich ein RC-Glied.
Ok, dann stellt sich für mich jetzt noch die Frage, was für ein Wert sich hier eignen könnte. Gatekapazität ist hier mit etwa 4nF zu beziffern, welche Zeitkonstante und damit Flankensteilheit macht bei meiner Anwendung Sinn?
Heiß wurde der FET nicht im geringsten, aber das würde ich vielleicht nicht merken weil er ist auf einem Kühlkörper und bis der erst einmal warm wird ist schon alles vorbei.
Und was haltet ihr von ein paar Metern Kupferkabel, aufgerollt, als Drossel und gleichzeitig Serienwiderstand?
Grüße
Thegon
Es kann durchaus sein, dass der Puls von meiner Steuerung kommt, ist ein ATmega16. Einen Pulldown hätte ich zwar schon drin (1k, direkt vor dem Treiber), den Puls wegzubekommen krieg ich schon hin, vielleicht schließe ich den Eingang mit einem Transistor am Anfang irgendwie kurz oder so. Ich hatte den nur eigentlich nicht als so kritisch angesehen, weil wenn ich die PWM einschalte dann entstehen ja viele Pulse und irgendeiner ist auch der erste?
Richtig. Er (und die nächsten follgenden) sollte aber so kurz sein, daß der Strom nicht zu hoch wird.
Wenn ich diesen Test
Und weil ich es genau wissen wollte habe ich einen neuen FET eingelötet und alles so angeschlossen am Fahrzeug (ist ein E-Roller, so nebenbei) wie geplant, nur mit 100 Ohm Widerstand anstelle des Motors - eingeschalten - funktioniert. Dann ohne abzuschalten den Motor angeschlossen und Widerstand weg - funktioniert, Motor lässt sich regeln. Also ausgeschalten, runter vom Tisch auf den Boden, eingeschalten - GRRRR. Vollgas - schnell wieder ausgeschalten, Resultat: nächster FET tot :-(
richtig deute, ist deine Ansteuerung schon ok. Das Problem tritt offensichtlich nur beim Einschalten auf.
Ich würde es mal mit einem kleineren Motor oder einer anderen induktiven Last, bei der das Problem hoffentlich nicht auftritt, versuchen. Dabei dann das Verhalten beim Einschalten genau ansehen und versuchen so das Problem zu identifizieren.
MfG Klebwax
Das klingt für mich jetzt eher wieder nach Spannungstod des FET, oder was meint ihr?
Für mich gibt es bei Halbleiter nur Hitzetod, dass als Produkt von RMS Spannung und Strom entsteht. Bei Leistungselektronik die meiste Ursache ist Betrieb ausser früher erwähnter SOA ("safe operating area"). Für Wärmeabfuhr beim Einschalten ist Wärmekapazität, also große Masse, des Kühlkörpers sehr wichtig, da sie so schnell nicht abgeführt werden kann und muss Anfangs im Kühlkörper "gepuffert" werden.
Ausserdem wichtig ist sehr schnelle Übertragung der Wärme vom Halbleiter in den Kühlkörper. Möglicherweise helfen zwei "dicke" kühlkörper aus Kupfer auf beiden Seiten des FET-Gehäuses. :confused:
Sonst könnte man versuchen die entstandene Wärme auf mehr parallelen Transistoren mit ausgleichenden Sourcewiderständen und gleichen Kühlkörper zu verteilen.
Wenn ich diesen Test richtig deute, ist deine Ansteuerung schon ok. Das Problem tritt offensichtlich nur beim Einschalten auf.
Ich würde es mal mit einem kleineren Motor oder einer anderen induktiven Last, bei der das Problem hoffentlich nicht auftritt, versuchen. Dabei dann das Verhalten beim Einschalten genau ansehen und versuchen so das Problem zu identifizieren.
Naja, bei dem Test war der Motor halt auch nicht belastet (stand aufgebockt auf dem Tisch). Dieser Test hat sogar mit meiner ersten Version der Steuerung funktioniert, die noch um einiges zu langsam geschalten hat und bei Belastung dann ganz schnell abgeraucht ist.
Aber ja, ich habe vor den Vorgang des Einschaltens genauer anzuschauen.
Für Wärmeabfuhr beim Einschalten ist Wärmekapazität, also große Masse, des Kühlkörpers sehr wichtig, da sie so schnell nicht abgeführt werden kann und muss Anfangs im Kühlkörper "gepuffert" werden.
Ausserdem wichtig ist sehr schnelle Übertragung der Wärme vom Halbleiter in den Kühlkörper. Möglicherweise helfen zwei "dicke" kühlkörper aus Kupfer auf beiden Seiten des FET-Gehäuses. :confused:
Das mag sein, aber irgendwie ist es so schnell gegangen mit dem Durchbrennen, es war wirklich: Hauptschalter an und als ob der direkt mit dem Motor verbunden wäre ist der Motor losgegangen.
Bei meinem vorigen Hitzetoten FET wegen zu langsamen Schaltens (alte Steuerung mit NE555) hat das doch immerhin so ein bis zwei Sekunden gedauert bis er durchgegangen ist. Der FET hat dann auch geraucht.
Je steiler die Flanken sind, umso höher ist der Anteil an Oberwellen.
Da wird dann jedes Stück Draht zu einem Schwingkreis und dies wiederum erzeugt hohe Spannungsspitzen, welche dir z.B. den FET durch Überspannung zerstören.
Für mich klingt das halt irgendwie sehr plausibel, zumal ich am Oszilloskop Spannungsspitzen weit jenseits der 100V gesehen habe (bin mir nur nicht sicher wieviel davon von mein GND-Kabel vom Tastkopf stammt).
Aber ich habe ja allerhand Tipps bekommen, die ich ausprobieren kann. Ich bin jetzt zwar ein paar Tage nicht zu Hause, aber dann werde ich berichten was dabei rausgekommen ist.
Danke euch allen für eure Mithilfe!
Grüße
Thegon
Ich möchte nur dazu sagen, dass ohne Zwangskühlung mit Wasser bzw. Lüfter kann man praktisch nur um 1/3 der max. Verlustleistung von Halbleiter nutzen.
Liebe Roboternetz-Gemeinde,
ich habe nach einiger Zeit mich wieder mit dem Roller/der Motorsteuerung befassen können, sie funktioniert nun, ohne abzurauchen. Ich möchte noch einmal kurz zusammenfassen, was die Probleme waren und die Umgehung:
1. Das größte Problem war ein Aufschwingen, welches ich erst mit dem Oszilloskop sehen konnte: Wenn der FET den Motorstrom einschaltet, dann koppelt sich diese Steile Flanke irgendwie auf den Eingang des MOSFET-Treibers zurück, und das ganze oszilliert (ca. 600kHz) einige Zeit, bis sich ein stabiler Zustand einstellt. Ein Grund dafür ist, dass der FET-Treiber keine Hysterese besitzt und somit auch ein kleiner "Zacken" schon ausreicht, um ihn wieder umzuschalten.
Die Lösung war, am Ende der PWM-Leitung (ca. 1,5m lang, zwar geschirmt, aber wohl nicht genug) einen Tiepfass einzuschleifen, so die "Zacken" zu entfernen und anschließend auf einen 40106 CMOS-Inverter mit Hysterese zu führen, dessen Ausgang auf kürzestem Wege zum FET-Treiber verbunden ist. So schaltet der Treiber sauber und vor allem nur mehr einmal (an und einmal aus in einer PWM-Periode).
2. Eine Hand voll (großer) 10nF Kondensatoren auf der Platine zwischen GND und die 24V vom Bleiakku, das führt dazu, dass die Drain-Spannung nicht mehr so stark überschwingt.
Und das wars dann auch schon wieder. Nun wird der FET nicht einmal mehr warm, auch bei längerem Herumfahren. (OK, auf einem Kühlkörper sitzt er schon, aber trotzdem) Beim Abschalten geht der Überschwinger der Drain-Spannung am FET noch ca. bis 50V hinauf (24V Batteriespannung), was mir allerdings egal ist, weil der FET 120V aushält.
Ich möchte mich noch einmal bedanken für alle Tipps die ich bekommen habe!
Grüße
Thegon
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