Motorregeling mosfet stuk

Ik heb een vraagje ...

Voor het aansturen van een DC motor 350Watt-24V wou ik gebruik maken van de PWM regeling van volgende link:
http://www.circuitsonline.net/schakelingen/17/modelbouw/moto...eling.html

Het probleem is nu, onbelast werkt dit perfect, maar bij belasting gaat de MOSFET kapot. Ik heb de buzz11 al vervangen door een IRFS3206 (http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfs3206pbf.pdf) maar steeds bij het testen slaat na éénmaal proberen de MOSFET door ...

De pulse die van de IC555 komt, ziet er nochtans perfect uit op het scherm ...

Hoe zou het komen dat de MOSFET doorslaat? Hij zou die stoom toch moeten aankunnen? Ik had iets gelezen dat er misschien sneller geschakeld moet worden en ik de weerstand die tussen de MOSFET en het pulsesignaal moet verlagen?

Is er iemand die mij soms kan helpen? Alvast bedankt!

Wel een blusdiode over de motor?

Wie de vraag stelt, zal met het antwoord moeten leren leven.

Er zijn een paar voor de hand liggende failures modes voor die MOSFET; zonder vrijloopdiode over de motor krijg je hoge spanningen over de motor, en dus over de MOSFET, elke keer dat de MOSFET gaat sperren, waardoor deze doorslaat en erg snel stuk gaat.

Het zou kunnen dat de stroom te groot wordt als de motor nog op gang moet komen en je een grote pulsbreedte instelt, maar dat lijkt me met een dergelijke MOSFET erg onwaarschijnlijk.

De laatste voor de hand liggende verklaring is dat de gate-source spanning niet goed is; als die spanning te hoog is (boven de 20V) slaat de isolatie van de gate door, en als de spanning te laag is (minder dan ongeveer 8V voeding voor de 555) gaat de MOSFET niet goed genoeg open, en wordt hij in korte tijd veel te heet.

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

Ik dacht even dat sparky "drie" manieren had gezegd, maar ik tel er vier (#).

* overspamming bij uitzetten
* overstroom (bij aanzetten/opgang komen).
* max gate spanning.
* niet goed opensturen -> max dissipatie.

De overspanning bij uitzetten "faalt" op een voorspelbare manier: De mosfet gaat zeneren. Hij dissipieert dan Imax * (VDSmax+marge) En dat kan (zeker bij aanlopen) best HEEL veel zijn. Maar tegenwoordig zeggen de fabrikanten van mosfets hoeveel dit mag zijn. DWZ ze speccen de energie die je maximaal in zo'n uitzet event in je mosfet mag stoppen(*), en vervolgens moet jij zorgen dat je het niet zo vaakt doet dat ie oververhit....

(*) Bij jou IRFS3206 staat het al meteen bij "benefits: Fully characterized capacitance and avalanche SOA". De werkelijke spec is dus 170mJ, en dat zou ie bij 840A moeten kunnen hebben.... ( > 50kW!!!!)
(#) Dat zijn de "niet obvious" manieren om hem kapot te krijgen. Gewoon op VDS > VDSmax of I > Imax gebruiken gaat ie ook kapot van.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

De 555 wordt gevoed met 12V, de motor dus met 24V en er staat inderdaad een blusdiode over, maar ik vroeg me echter wel af of deze hier wel geschikt is? Zou een MBR3045 misschien beter zijn aangezien de stroom hoger kan oplopen dan die 16A (MBR1645). Maar bij het nameten lijkt de diode nog steeds in de ene richting te sperren en de andere door te laten, dus dit lijkt mij ook onwaarschijnlijk?

De motor wordt bediend met een schuifweerstand die telkens terugkeert zodat er niet plots een grote stroom wordt gevraagd.

EricP

mét CE

Ik vind een 555 nou ook niet direct de meest geschikte gate driver. Kun je er een lamp van een soortgelijk vermogen aan hangen? De zelfinductie daarvan zal al een stuk lager zijn, zo kun je een oorzaak uitsluiten.

Zou het kunnen dat je last hebt van ground bouncing en dat je het ding molt op een te hoge VGS?

Je kunt geen 20A-motor aansturen met een een 120A mosfet met deze schakeling. De stroom kan vele malen hoger worden bij 'verkeerd' gebruik van de gashendel.

De gate wordt ook nog eens onvoldoende aangestuurd.

Zet een gatedriver erachter en 3 van die mosfets 'parallel'.

@ErikP: daarvoor zou de ground minimaal 15V of zo moeten stuiteren. Je hebt een voeding van 12V, maar het stuiteren gebeurd natuurlijk ergens rond het miller plateau, tijdens het schakelen, dus dan heb je nog niet de maximale spanning op de gate. Daarbij gaat het ding natuurlijk niet direct stuk bij 20.001V gate-source, maar bij welke spanning hij wel daadwerkelijk stuk gaat weten we natuurlijk niet.

Een 555 is een prima gate driver hoor; 200mA is in het overgrote deel van de gevallen ruimschoots voldoende. Ik zie veel mensen die geobsedeerd lijken door gate stromen van meerdere ampères, terwijl de schakelverliezen al klein zijn vergeleken met de geleidingsverliezen, en je bij dergelijk steile flanken met snubbers aan de gang moet om de transients een beetje onder controle te houden. Als je hele grote MOSFET of IGBT modules moet aansturen, of de schakelfrequentie veel hoger wordt, is het natuurlijk iets anders, maar voor deze toepassingen is 200mA meer dan voldoende.

@Zonnepaneeltje: waarom zou de gate "onvoldoende worden aangestuurd"?

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

mét CE

Op 18 mei 2014 09:15:31 schreef SparkyGSX:
@ErikP: daarvoor zou de ground minimaal 15V of zo moeten stuiteren. Je hebt een voeding van 12V, maar het stuiteren gebeurdt natuurlijk ergens rond het miller plateau, tijdens het schakelen, dus dan heb je nog niet de maximale spanning op de gate. Daarbij gaat het ding natuurlijk niet direct stuk bij 20.001V gate-source, maar bij welke spanning hij wel daadwerkelijk stuk gaat weten we natuurlijk niet.

Nou, dat ben ik niet helemaal met je eens. als de boel wat beroerd geroute is, dan zou de aanloopstroom van die motor wel eens genoeg kunnen zijn... Verder kan er ook nog wel eens wat inductiefs in die routing zitten wat dan misschien geen 'bouncing ground' hoeft te heten, maar wel soorgelijke effecten kan hebben.

Een 555 is een prima gate driver hoor; 200mA is in het overgrote deel van de gevallen ruimschoots voldoende.

Ook dat ben ik niet met je eens. Al is het afhankelijk van de schakelfrequentie.

Ik zie veel mensen die geobsedeerd lijken door gate stromen van meerdere ampères, terwijl de schakelverliezen al klein zijn vergeleken met de geleidingsverliezen, en je bij dergelijk steile flanken met snubbers aan de gang moet om de transients een beetje onder controle te houden. Als je hele grote MOSFET of IGBT modules moet aansturen, of de schakelfrequentie veel hoger wordt, is het natuurlijk iets anders, maar voor deze toepassingen is 200mA meer dan voldoende.

Ik heb andere ervaringen. Als je de boel 'open' zet, wordt het handwarm (geleidingsverliezen), als je met een 555 staat te PWM-en wordt het bloedheet. Dat kan bijna niet anders dan schakelverliezen als oorzaak hebben. Als je met een scope naar VGS kijkt, dan zie je ook dat het ding moeite heeft de FET open / dicht te krijgen.

Zeker bij power FETs is de gate capaciteit best fors. Schakelverliezen gaan hard - er loopt stroom en er staat spanning. Bij geleidingsverliezen staat er (als het goed is) weinig spanning over die FET...

Die 200mA is een mooi theorie-verhaaltje.
Als je met een skoop gaat kijken wat er werkelijk op de gate komt zie je een bagger-flank.
De 555 zit ook nog eens onnodig ver boven de 20kHz. Je krijgt SOA-problemen / veel warmte.

Ehh. 2133md op wat voor frequentie heb je de 555 afgesteld? Als de schakelverliezen het probleem zijn, kan je overwegen om de schakelfrequentie een factor tien omlaag te brengen. Eventuele geluidsoverlast kan je aanpakken als het eenmaal werkt.

P.S. (ik snap de '555 niet, maar als ik het zo uitreken, kom ik op 20kHz. Om de schakelverliezen te beperken is 200Hz - 2kHz in de eerste instantie ook prima. Maak de condensator 10n -100n. ).

[Bericht gewijzigd door rew op 18 mei 2014 11:31:32 (29%)]

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
Lambiek

Special Member

En lees dit eens op je gemak door, hier staan ook voorbeelden bij.
http://www.circuitsonline.net/artikelen/view/41

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

Uiteraard is het allemaal afhankelijk van de schakelfrequentie, formaat van de MOSFET (voornamelijk de gate-drain capaciteit), de maximale drain spanning (een hogere drain spanning geeft een grotere gate lading), etc.

Zeker bij een antieke MOSFET als de BUZ11, met een Rds(on) van 30-40 milliohm zou ik geen moeite doen voor een gate driver, maar bij een moderne MOSFET zoals de TS gebruikt zou het nog wel zin hebben. Mijn ervaring is dat het met een 555 prima werkt tot 10-20A zonder significante opwarming.

@REW: op een lagere frequentie zijn de schakelverliezen wel lager, maar afhankelijk van de tijdconstante van de motor zou de RMS stroom wel een stuk groter worden voor dezelfde gemiddelde stroom, en dus hetzelfde koppel, en daarmee zouden de geleidingsverliezen en de verliezen in de motor weer toenemen.

Als dit de oorzaak zou zijn, zou die MOSFET ontzettend heet moeten worden; toch wel ruim boven de 100 graden. Ik verwacht eerder dat die diode verkeerd aangesloten is (parallel met de MOSFET in plaats van parallel met de motor of zo), waardoor de MOSFET alsnog een te hoge Vds krijgt.

@TS: hoe groot is de gateweerstand eigenlijk? Als die veel te groot is, worden de schakelverliezen ook zodanig groot dat de MOSFET stuk gaat.

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

Alle waarde van de componenten zijn hetzelfde als op het schema, het is enkel de MOSFET die ik gewijzigd heb.
Op de oscilloscoop is aan de uitgang van de 555 mooi te zien hoe de blokfrequentie wijzigt bij het verschuiven van de regelweerstand van 50k ... Maar ik zou dus bepaalde waarden van C1 en die weerstand van 47 ohm moeten wijzigen om een andere frequentie te hebben die beter is voor onze MOSFET? En de blusdiode is echter wel correct aangesloten ... :s

Kun je aangeven in het schema waar de drain, source en gate zitten op je PCB ?. Ook zal ik een zener plaatsen van de gate naar de ground !.

Als je lange draden e.d. hebt kan het zijn dat inducties rare fratsen veroorzaken. Dus toon eens een foto van je opstelling. Dan val je als dat soort dingen er in zitten direct door de mand. :-)

Ik heb het niet zo op gate weerstanden. Van mij mag er veel minder in dan die 47 ohm. 10 ohm dan gaan de "wel gate weerstand" crew nog niet direct op tilt.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

http://www.uploadarchief.net/files/download/resized/201401.png
Printscreen van het board.

http://www.uploadarchief.net/files/download/resized/201402.png
printscreen van het schema.

Koop een 24V halogeen lamp van 100W en probeer dat eens op je schakeling voordat je een 350 W motor aansluit. Meet ook de DC weerstand van de motor met een multimeter, hiermee kan je een benadering krijgen van de piekstroom bij het inschakelen.

47 ohm is inderdaad wel wat aan de hoge kant; als het Miller plateau op ongeveer 6V zou liggen, blijft er ook nog 6V over voor de spanningsval in de 555 en de totale gate weerstand. Als we de spanningsval in de 555 en interne weerstand van de MOSFET en 555 verwaarlozen, gaat er nog 120mA lopen.

Aan de andere kant zit je met 47 ohm en een voeding van 12V al wel aan een initiële stroom van 250mA, en dat is al wel meer dan de absoluut maximale toelaatbare stroom van 225mA. Nu is dat natuurlijk maar heel kort, en die 555 heeft ook wel wat interne spanningsval en weerstand, maar met 10 ohm zou je over die specificatie gaan, en "mag" de NE555 het loodje leggen.

@TS: je hebt de diode liggend getekend, met een pad eronder voor de ground; ten eerste is het liggend plaatsen van zulke onderdelen niet handig, omdat je ze dan niet meer kunt koelen (de diode wordt vaak warmer dan de MOSFET), en het is sowieso niet handig om daar een pad voor een draad onder te leggen. Als dat een ongeïsoleerde TO-220 is, kun je zomaar sluiting maken naar dat pad, en dus naar de ground. Een van beide aansluitingen van de diode zit aan de metalen tab vast!

Als je het ding staand gemonteerd hebt, is er natuurlijk niet zoveel aan de hand. Een foto van de opstelling lijkt me wel handig.

Op welk moment slaat de MOSFET door? Je hebt helemaal geen buffercapaciteit over de voeding staan; als je de voeding onderbreekt terwijl de motor stroom voert, wordt de energie die magnetisch in de motor is opgeslagen gedumpt, en omdat er geen capaciteit is om dat op te nemen, vliegt de spanning omhoog.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op 19 mei 2014 11:47:58 (13%)]

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