Verwarring rond mosfet

Hallo allemaal,
Ik moet voor een project op school een aantal motors aansturen met een PWM signaal uit een microcontroller.

Nu is er enige verwarring ontstaan, ik heb namelijk 2 leraren die iets ander beweren.

Volgens leraar 1 zou het zo correct in elkaar zitten:

En volgens leraar 2 zou het zo correct in elkaar zitten:

R2 is om te voorkomen dat de microcontroller opgeblazen wordt als er sluiting komt in de mosfet.
Deze moet er voor zorgen dat er nooit meer stroom kan lopen dan de microcontroller aankan (20mA).

R1 is uiteraard de leegloop weerstand.

Nu is mijn vraag wat is correct?
En kan ik R1 berekenen?
Als R1 te groot is zal de mosfet dan te traag leeglopen voor het PWM signaal?

T1: IRFZ34N
M1,M2,M3: 3x 24v 340mA (=1,02A)

Alvast bedankt!

RAAF12

Golden Member

Het kan aan mij liggen, maar zo te zien zijn de schema's identiek.
edit
O wacht R2 zit nu als stopweerstand direct aan de gate. Da's goed..

Dacht ik eerst ook, maar ze zijn toch niet identiek. De positie van R1 en R2 verschilt.
Het antwoord op de vraag weet ik ook niet, maar je zou overeenkomstige schema's kunnen zoeken.

Beiden zijn goed omdat R1 (>=10K)redelijk groot moet zijn tov R2 die maar enkele ohms bedraagt (10 tot 100 ohm).

R1 dient om de gate aan de gnd te leggen in geval de gate aansturing (5V) bij opstart nog niet aanwezig is of tristate (hoogohmig) is.
Zo kunnen de motoren niet ongecontroleerd draaien.

De meeste schema's passen het bovenste schema toe omdat je R1 dicht bij de gate kan plaatsen en R2 mag dan verder op de print staan of bij de driver/µC staan.

edit: wat je schrijft over R1 en R2 is niet geheel juist maar dat kun je vinden op het web :p
Zoek op gateweerstand en werking mosfetdriver.

LDmicro user.
Thevel

Golden Member

Beide schema's zijn niet volledig, ik mis een blusdiode over de motors.

Op 10 december 2016 00:53:53 schreef Thevel:
Beide schema's zijn niet volledig, ik mis een blusdiode over de motors.

Neemt de diode die ingebouwd is in de mosfet dan niet de taak van een blus diode over?

RAAF12

Golden Member

Die diode zit in serie met de motor, dan is er weinig te blussen.

Neemt de diode die ingebouwd is in de mosfet dan niet de taak van een blus diode over?

Jawel. MITS je een halve-H-brug bouwt. De hoge kant heeft een diode die de lage-fet beschermt, en de lage fet heeft een diode die de HOGE fet beschermt.

Ik ben zojuist weer met een project verder gegaan waarbij ik een lompe blusdiode ontworpen had, maar ook maar een top-side fet heb gemonteerd hoewel niet nodig voor "normaal bedrijf". En dan met een fet-driver de boel aansturen die eigenlijk ook de topside fet kan aansturen. Tja, dan maak je toch maar gewoon een halve H-brug. :-)

Ik heb het nog niet uitgerekend, maar ik denk dat het zo goedkoper is dan met de lompe diode en mogelijk een koelvin.

Hbrug: low+highside driver, extra mosfet.
vs
lompe diode: goedkopere lowside only driver, lompe diode, koelvin?

Voor jou denk ik dat de lompe diode oplossing waarschijnlijk gewoon eenvoudiger is. eea hangt natuurlijk af van hoeveel stroom je motoren gaan gebruiken. Als die weinig gebruiken is je diode ook niet zo lomp als bij mij.

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

Special Member

Op 9 december 2016 23:15:15 schreef stenpepelctro:
Nu is er enige verwarring ontstaan, ik heb namelijk 2 leraren die iets ander beweren.

Kunnen ze dat ook onderbouwen? Het kan namelijk op beide manieren. Je zou zeggen dat op schema_1 je een spanningsdeling zou krijgen, dat is ook zo maar dat is heel miniem. Dat komt omdat R1 veel groter is dan R2, dus daar heb je geen last van. Dat zou anders zijn als je daar twee gelijke weerstanden zou hebben.

Bij schema_2 heb je geen spanningsdeling, maar daar moet je de twee weerstanden eigenlijk bij elkaar optellen voor je pull down. Dan krijg je een pull down tussen de 10K10 en 10K100.

En lees dit eens door als je tijd hebt.

https://www.circuitsonline.net/artikelen/view/41

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.
LDmicro user.

Op 10 december 2016 09:29:55 schreef Lambiek:
Bij schema_2 heb je geen spanningsdeling, maar daar moet je de twee weerstanden eigenlijk bij elkaar optellen voor je pull down. Dan krijg je een pull down tussen de 10K10 en 10K100.

En dat kan dus ook prima (zei ja al inderdaad). Ik gebruik zelf meestal een 100k naar gnd, da's goed genoeg. Gaat om de korte tijd dat de micro nog niet "up" is en je toch een gedefinieerd nivo op de gat wilt.

"We cannot solve our problems with the same thinking we used when we created them" - Albert Einstein
Frederick E. Terman

Honourable Member

Op 10 december 2016 01:17:43 schreef RAAF12:
Die diode zit in serie met de motor, dan is er weinig te blussen.

In de feit zit de zener praktisch parallel aan de motoren. Alleen zit de voeding nog in serie met de zener (vanuit de motoren gezien), maar dat scheelt niet zoveel vergeleken met de piek die je anders zou hebben.
Als de zener in de fet echt werkt zoals hij getekend is, zal hij blussen; bij het uitschakelen van de fet zal de motorstroom dan nog even door de zener gaan lopen.

Er is wat dat betreft weinig verschil met de klassieke blusdiode. Die gaat geleiden als de onderkant van de motoren boven de voedingsspanning wil komen (omdat de diode aan de andere kant aan de voedingsspanning hangt); de zener gaat geleiden als de onderkant van de motoren boven de zenerspanning wil komen.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

@FET: wie heeft het over zenerdiodes? In een MOSFET zit geen zenerdiode! Wel kan het ding bij een te hoge spanning in avalanche breakdown, maar dat is een ander natuurkundig principe. De energie die je op die manier in de MOSFET mag dumpen is beperkt, en dat is een prima manier om het ding te slopen.

Daarbij is het grote verschil met een halve brug (waarbij een van de twee MOSFETs vervangen kan worden door een diode) dat de spanning over de motor veel groter wordt tijdens de recirculatiefase; deze is gelijk aan de voedingsspanning plus de spanningsval over die MOSFET. Deze grotere spanning betekend natuurlijk een grotere dI/dt bij gelijke inductie, ergo je bent energie aan het opstoken die je liever in de spoel van de motor had gelaten voor de volgende cyclus. De verhouding piekstroom tegenover RMS stroom wordt veel slechter, wat ook in de motor een slechter rendement geeft, plus dus de verstookte energie in de MOSFET.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op 10 december 2016 12:42:53 (51%)]

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

De diode krijgt 0.6V * motorstroom te verwerken.
De zener avalanche krijgt (Voeding + marge van jou + marge fabrikant) * motorstroom te verwerken. Da's significant meer. :-)

marge van jou is 6V als je bijvoorbeeld een 30V mosfet op een 24V systeem gebruikt. Marge fabrikant is bijvoorbeeld 2V als die 30V mosfet plots toch 32V blijkt aan te kunnen. Of zelfs 3V als ie wat warmer wordt....

Wat vooral belangrijk is, is de hoeveelheid energie die je zo de mosfet mag dumpen. Dit staat tegenwoordig vaak gespecificeerd in het datasheet. Een 500mJ is de orde van grootte, uit m'n hoofd, voor een redelijk heftige 60V mosfet.

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

Honourable Member

Op 10 december 2016 12:40:05 schreef SparkyGSX:
@FET: wie heeft het over zenerdiodes? In een MOSFET zit geen zenerdiode!

Vandaar mijn caveat:

ALS de zener in de fet echt werkt zoals hij getekend is, zal hij blussen; [...]

Als er geen zener in de fet zit (en geen ander mechanisme dat bruikbaar iets dergelijks doet), dan is het misschien beter hem in het schema in de startpost ook niet in te tekenen alsof hij er wel zit.

Aan de andere kant: een gewone 'zener'-diode werkt niet met zener breakdown, maar ook met avalanche breakdown, net als de mosfet.

Wat het energieverlies betreft is het natuurlijk waar dat dat groter is bij een grotere spanning; voor PWM lijkt dit dus geen goed idee.
In het geval van bijvoorbeeld relais die snel moeten schakelen, wordt juist wel opzettelijk een hogere spanning toegelaten (door een weerstand in serie met de diode, of door een (extra) zenerdiode te gebruiken). Het relais valt dan sneller af.
Maar in de startpost stond inderdaad PWM als doel. Dus toch maar een diode. :)

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Volgens mij is er een schottky diode getekent. Blijft raar.

AKA fry, Stichting EMM, ElectroMagnetic Magnificence
maartenbakker

Special Member

ArjanEmm, ik heb je een tijd geleden geprobeerd te mailen met een vraag en een aanbod. De vraag is niet dringend meer, het aanbod staat nog wel. Heb je interesse?

www.deficientie.nl | www.elba-elektro.nl | "The mind is a funny thing. Sometimes it needs a good whack on the side of the head to jar things loose."
blackdog

Golden Member

Hi,

Mijn mening is deze ;-)
R2 dient er voor de Fet stabiel te houden en deze "hoort" zo kort mogelijk bij de Fet gemonteerd te worden.
Zijn hier uitzonderingen op, ja!
Fet's met ingebouwde Gate weerstand en Fet divers die deze weerstand ingouwd hebben, en dan vlak bij de Fet gemonteerd worden.

R2 dient niet ter bescherming van de Arduino!

Er is sprake van PWM, R1 is dan afhankelijk van de PWM frequentie en de snelheid van de gewenste regeling.
Al vrij snel is de waarde zo hoog dat de Arduino deze weerstand niet meer echt als belasting ziet.
Zonder extra info over de totale opbouw, is er weer weinig zinnigs over het PWM gedrag van dit schema.

Wat mij betreft zijn beide leraren fout, als ze het niet over het gedrag van de motoren hebben gehad.
Meerdere personen op dit forum hebben het al gehad, over snubbber netwerken over de motoren.
Dit kan op vele manieren, zoek dat eens uit, het is namelijk echt noodzakelijk.

Gegroet,
Blackdog

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
fatbeard

Honourable Member

Ahum... Laat ik dan ook maar een ouderwetse stuiver in het zakje doen (da's per slot van rekening ongeveer twee eurocent).
Allereerst een aanname: de gebruikte FET wordt door 5V voldoende opengestuurd om zijn minimale RDSon te bereiken bij de benodigde motorstroom (er staat geen typenummer bij, dus we weten alleen dat het een N-MOSFET is).
Dan een observatie: de waardes van de beide weerstanden zijn ook niet gegeven.

R1 heeft als enige taak om de FET 'dicht' te houden tijdens de reset en initialistatie van de processor en die taak wordt in beide schema's naar behoren uitgevoerd; de exacte waarde voor deze functie is uiterst on-kritisch. In combinatie met R2 kan de waarde wel kritisch zijn, zie verderop.
Over de taak van R2 valt te twisten: stopweerstand tegen oscillaties, stroombegrenzing voor de gate, of stroombegrenzing voor de processorpin; allen vereisen een andere waarde.

In het eerste schema wordt de stuurspanning afgedeeld zoals @Lambiek al opmerkte, dit gaat ten koste van de gate-aansturing die dan bij ongelukkig gekozen weerstandswaarden onvoldoende kan zijn; bij schema 2 bestaat dit probleem niet.

Voor het aansturen van motoren met PWM is -behalve de maatregelen tegen de EMK piek bij afschakelen zoals door anderen reeds aangedragen- het aansturen van de gate met behulp van een echte gate-driver wenselijk (die dan natuurlijk wel de benodigde gate-stroom moet kunnen leveren), dat gaat namelijk een heleboel warmte schelen (zelf uitzoeken waarom, het ís per slot van rekening een schoolvraag)...

Edit:
Oops, ik zie nu dat de FET wel gegeven is.

Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.

Blijft een slechte methode om met een weerstand de mosfet uit te schakelen. Lekker traag de moset door zijn lineaire gebied sleuren terwijl de stroom maximaal is. Wat mij betreft zijn beide leraren dus fout.

Maarten, je hebt mail. Helaas je mail over het hoofd gezien.

AKA fry, Stichting EMM, ElectroMagnetic Magnificence

Op 10 december 2016 14:04:54 schreef ArjanEmm:
Volgens mij is er een schottky diode getekent. Blijft raar.

Klopt, foutje in het teken programmaatje.
Zo is t correct:

Op 10 december 2016 16:26:02 schreef ArjanEmm:
Wat mij betreft zijn beide leraren dus fout.

Volgens mij hebben ze allebei gelijk.
Ze discuteren over de plaats van de weerstanden, meer niet, een kwestie van hem te doen nadenken.

De tekst eronder heeft hij er zelf bijgeschreven, want ik geloof niet dat ze zo'n dingen zouden beweren.

Het is een schoolvraag...en hier nog een vraagje bij...
Een controller IO kan sourcen en sinken, wat is dan de rol van R1 en R2 ?

LDmicro user.

Ze hebben het mij zo uitgelegd:
R2 moet als stroombegrenzing werken in het geval dat er iets mis is met die mosfet (zodat er niks met de microcontroller kan gebeuren).
R1 zorgt ervoor dat het ding nog uitgaat.

Voor alle duidelijkheid: Moet er hier nou alsnog een blusdiode toegevoegd worden of niet?
Als dat zo is, dan staat het namelijk verkeerd in het lesboek (zal niet voor het eerst zijn)

[Bericht gewijzigd door Henry S. op 10 december 2016 22:05:20 (61%)]

Op 10 december 2016 16:52:23 schreef stenpepelctro:
[...]
Ze hebben het mij zo uitgelegd:

Ik vermoed dat je niet goed hebt geluisterd >:) je schrijft in de openingspost:

R2 is om te voorkomen dat de microcontroller opgeblazen wordt als er sluiting komt in de mosfet.

Als er sluiting is staat er 24V op de uitgang van de controller dan is hij sowieso kapot.

Zoals ik al scheef kan de uitgang van de controller sinken en dan heeft R1 geen nut bij normale werking maar teken dat eens op papier dan zie je ook waarom.

Ja het is beter van een externe blusdiode te plaatsen.

LDmicro user.

De blusdiode is niet nodig. Het enige is dat je dan maximaal 65mJ aan energie in je motor inductie mag opslaan. En je fet mag niet te vaak die 65mJ voor z'n kiezen krijgen. (ongekoeld ongeveer 16x per seconde =~ 1W).

Of je over de 65mJ heengaat is afhankelijk van de motorstroom en inductie. E = 1/2 . L . I2 . Invullen en je weet het.

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