Topfet in H-brug gaat niet uit

Beste mensen,

Tijdens het langere weekend ben ik bezig geweest met mijn treinbaan en gaandeweg heb ik een schakeling opgebouwd. Na met succes een verbinding te hebben gemaakt tussen mijn computer en een microcontroller was het de beurt aan de uitgang.
Het sturen van een mosfet met een PWM signaal was geen probleem en mijn trein reed netjes rond, één kant op...

Nu maakt 1 mosfet nog geen sturing en dus werd het tijd om een H-brug op te bouwen. Om dit goed te testen heb ik besloten niet de hele brug in één keer op te bouwen in verband met het aantal mosfets in mijn voorraad. En maar goed ook, het wil niet lukken.

Op de een of andere vreemde manier wil mijn bovenste mosfet niet uit geleiding. Op de gate van deze mosfet meet ik een spanning van 28 volt wanneer deze zou moeten geleiden en 16 volt wanneer deze dat niet zou moeten doen.

Mijn schakeling is hier te vinden.

Look at me, I can't fly.....

Ik kan je schema op deze manier niet zien

Een rommelig bureau is het teken van een genie.

Ik kon gister avond zo snel niet een plaatje uploaden.
Vond dit ook wel een mooie oplossing, maar voor iedereen die geen ondersteuning van Java geniet, hier een screendump.
http://www.schoolschaken.jaywebdesigns.com/JAKimage/failingTopFet.png

Look at me, I can't fly.....

In deze configuratie zul je L en H beide hoog moeten maken om beide fets tegelijk in geleiding te krijgen.

edit:

Ik neem aan dat in dit "simulatie pakket" de componenten ideaal zijn, anders moet je nog even naar je weerstandswaarden kijken.

[Bericht gewijzigd door Niekski op dinsdag 22 mei 2012 08:41:35 (40%)

Een rommelig bureau is het teken van een genie.

10 μA is een beetje weinig om de torretjes mee te sturen. Verder mis ik de de basis pulldown op de NPN en de pullup op de PNP. De gate bleeder weerstand van de MOSFET lijkt me ook enorm hoog. De gate ontlaadt zich maar heel langzaam zo.

Mijn echte naam: Joris | Mijn elektronica website: Fuzzcraft.com

@ Niekski:
Het idee achter de schakeling is inderdaad dat de ingang logisch hoog gemaakt wordt (TTL) om de Fet open te sturen. Het screendumpje is een moment opname.

@ Fuzzbass:
Ik ben met je eens dat de weerstand van 470kΩ aan de bovenste fet iets aan de grote kant is, maar in een statische situatie zou hij dan toch wel een keer uit moeten gaan, ook dat doet hij niet.
Verder snap ik niet wat het probleem is met de 10µA, waar komt deze waarde vandaan?

Look at me, I can't fly.....

Die 3 weerstanden zijn veel te groot. En wat zijn dat voor een fetjes, het lijken wel P-channel fetjes.

Misschien kan je hier wat ideeën opdoen.

Prosper, yop la boum, c'est le roi du macadam (aldus Maurice Chevalier)

Beste mensen,

@Zonnepaneltje:
De weerstanden zijn aan de grote kant. Ik ga vanavond eens proberen iets kleiners er tussen te zetten. (Had zo snel niet iets anders gevonden). Wat betreft de symbolen, dat zit in het programma waar het schema in is getekend. Ik weet zeker dat ik N-channel op de print heb gesoldeerd.

@Pros:
Ik ga in het uiteindelijke ontwerp denk ik ook voor een P-channel aan de bovenzijde of een fet-driver, maar ik blijf er bij dat het moet kunnen met een n-fet aan de bovenzijde.

Look at me, I can't fly.....

Ik gok erop dat je lek hebt in de PNP transistor.Hierdoor blijft deze een beetje geleiden.Omdat je met heel kleine stroompjes werkt,blijft de fet gewoon aan.Een weerstand over B en E doet wonderen.

Mmm, zou ook verklaren waarom ik 16 Volt meet wanneer de Fet 'uit' zou moeten zijn. Komt neer op een lekstroom van 34µA.
Nog een reden om de bleeder te verlagen. Als ik daar 56KΩ neer zet krijg ik nog maar 1.9 Volt als lek, dat is niet genoeg om de Fet open te krijgen/houden. (Los van het toevoegen van de extra weerstand.)

Look at me, I can't fly.....

Maar ook 56k is VEEL te groot om die FET goed te laten sperren; ik neem aan dat het straks een volledige H-brug moet worden, en dan moet je die bovenste FET dus uit kunnen zetten om van draairichting te kunnen veranderen. Ik zou daar een weerstand van hooguit een paar kohm in zetten, om de gate nog in een redelijke tijd leeg te trekken.

Zelfs dan is het verstandig om de low-side MOSFET eerst uit te zetten (waarom staat daar eigenlijk "H" bij?!?), om de schakelverliezen in die bovenste MOSFET te voorkomen. Overigens is het ook aan te raden om een kleine weerstand (een tiental tot een paar honderd ohm) in serie met elke gate op te nemen, om gate ringing te dempen, en de maximale stroom door de transistors te beperken.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

De 'H' en 'L' geven aan welke logische waarde de inputs hebben.
Het is een screendump van een java app waar ik het schema in heb gezet.

Een paar kΩ vind ik een vreemde waarde. Laat ik eens 2k7Ω gebruiken. Als de topfet dan aan staat, stookt deze weerstand 290mW weg! :'(

Look at me, I can't fly.....
Lambiek

Special Member

Kan je niet veel beter gewoon een fet driver nemen (high en low site), Dat gaat je een hoop ellende schelen denk.

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

Op 22 mei 2012 09:57:33 schreef treinfreak:
[...]
Ik ga in het uiteindelijke ontwerp denk ik ook voor een P-channel aan de bovenzijde of een fet-driver, maar ik blijf er bij dat het moet kunnen met een n-fet aan de bovenzijde.
[...]

Ik ben in het hemelvaartweekend gewoon begonnen met de onderdelen die ik heb en een fetdriver hoort hier niet bij. Ik wil eerst wat andere dingen testen voor ik nieuwe onderdelen ga aanschaffen en een PCB bestel.
Een van die dingen was PWM in combi met mijn modeltrein, dat werkt dus.
Een tweede is het wisselen van rijrichting (nu aan het proberen).
Een derde is een schakeling die de verlichting gaat verzorgen (moet ik nog aan beginnen, gaat schakelen tusssen front- sluit- en rangeersein).
Tot slot wil ik testen met een HF op de baan voor de verlichting, maar dit gaat met de kant en klare print gebeuren i.v.m. het HF gedeelte en goed schakelende fet's.

Look at me, I can't fly.....

Tijd voor een update:

Zoals aangegeven zou ik vanavond een en ander gaan proberen.
Allereerst de weerstand over de BE-overgang van de PNP, geen resultaat.
Verlagen van de bleeder weerstand, geen resultaat.
Toevoegen van een weerstand over de GS-overgang van de FET, geen resultaat.

Na een tijdje moet ik toegeven dat ik er redelijk klaar mee was voor een klein testje. Dus ik heb een hele andere oplossing geprobeerd. In plaats van de transistoren in de gate sturing heb ik er een opamp op de print gesoldeerd. Iets wat ik veel eerder had moeten doen, opgelost...
http://www.schoolschaken.jaywebdesigns.com/JAKimage/topfetworks.png
Kijk hier voor een simulatie van de schakeling.

Look at me, I can't fly.....

Vind je het heel vreemd? Een opamp kan stroom sourcen en sinken, dus de MOSFET actief open en dicht sturen.

Heb je het uberhaupt geprobeerd met een kleinere weerstand vanaf de gate naar de ground? Iets in de richting van 10k zou ook kunnen werken, maar hoe groter die weerstand is, des te langer je moet wachten bij het omkeren van de draairichting, of voordat je elektrisch kunt gaan remmen.

Overigens kan die weerstand ook van de gate naar de source, en dat is eigenlijk ook beter, want dan loop je nooit het risico dat de gate-source spanning te groot wordt (negatief), als beide MOSFETs sperren, en de spanning op de source van die MOSFET in principe onbekend is.

Uiteindelijk kun je beter een echte gate driver gebruiken, of er zelf een maken met een paar losse transistors. Een opamp zal op zich wel werken, al is hij hier niet voor bedoeld.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Vreemd vind ik het zeker niet....

Ja, heb een kleinere weerstand geprobeerd, 8k2Ω om precies te zijn, dit hielp niet.

Als eerder aangegeven zal ik straks een mosfet driver gaan gebruiken of gaan werken met P-fetjes. Voordeel van de driver is dat deze, in sommige gevallen, dode-tijd toevoegt, wel zo wenselijk.

Look at me, I can't fly.....

Maar had je toen ook de collector van de linker transistor met een weerstandje naar de 28V getrokken? Als de eerste transistor een beetje lekt, wordt deze lekstroom door de tweede transistor versterkt, en na versterking kan die stroom zomaar groter zijn als de stroom door de weerstand waarmee je probeert de gate te ontladen.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Daar heb je een goed punt, alleen een pull-up over de BE van de PNP help niet, kan nog steeds een zeer kleine lekstroom ontstaan. Zelfs met 8kΩ als bleeder weerstand is 2mA genoeg om de FET in geleiding te krijgen. Met een hFE van max. 800 krijg je met enkele µA lekkage al een openstaande FET.

Ik heb nu het andere circuit al 'beschadigd' met de soldeerbout, ik kan het dus niet zo snel meer testen. Moet toch eens aanleren dat ik dingen eerst op breadboard opbouw :-)

Look at me, I can't fly.....

Blijft een gevaarlijke schakeling (voor de bovenste FET). De meeste fets gaan stuk bij een Gate-Source spanning boven 20V, dus met een voeding van 28V is die kans niet denkbeeldig.

Als de topfet een GS van 28 volt heeft, dan gaat er iets goed mis.
Dat kan alleen als de onderste fet ook aan staat en de load naar 0Ω gaat...
(Of in de echte brug de top en bottom fet open)

Het is helemaal geen vreemde idee, het gebruik van N-channel fets in een volledige H-brug is gebruikelijk. En of je nu een N of een P boven zet, in een H-brug boven en onder gelijk openen is altijd garantie voor vuurwerk. (beveiligingen buiten beschouwing gelaten)

Look at me, I can't fly.....

Altijd rekening houden met worst case. Inschakelverschijnsel of induktieve load.
Ik snap ook niet waarom je zit te knoeien met een opamp, die dingen kunnen bijna geen stroom leveren en kunnen op tilt slaan bij een zware capacitieve belasting.
Gewoon een fet drivertje ervoor zetten. Is ook al eerder gezegd.

Lambiek

Special Member

@ TS,

Ja dat klopt wat je zegt, maar dan staat er wel een goede driver voor. Ik zou het in ieder geval nooit zo doen, maar dat had ik al gezegt.

Het is jammer dat ons mosfet artikel nog niet geplaatst is, daar staat veel info in over dit soort dingen.

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

@Zonnepaneeltje:
Maar ik heb ook al eerder gezegd dat ik een driver ga toepassen wanneer ik het geheel voor het echgie ga opbouwen!

Maar ik weet nu genoeg, ik kan nu de laatste test uitvoeren en dan ga ik maandag maar eens gebruiken voor het tekenen van een printje en het bestellen van een aantal onderdelen :-)

Allen dank voor jullie bijdrage

Look at me, I can't fly.....