Sammelbestellung Wheelie2 Platinen

[guenter]

Die parasitäre Kapazität im IC vom CMOS Teil:
Die Ladung ist im Datenblatt nicht näher beschrieben, soll aber je nach IC zwischen 5 und 30 nC liegen.

P = Vcc x Q x f

P = 12V x 30nC x 36kHz

P = 0,013W

Dann gibt es noch Verluste durch das Levelshifting und die parasitäre Kapazität zwischen Vp und COM. Die Ladung ist abhängig von der Batteriespannung und beträgt bei 50V etwa 4nC

P = (Vbatt + Vr) x Q x f

P = (40V + 20V) x 4nC x 36kHz

P = 0,0086W

Hinzu kommen noch fixe Verluste von 6mW. Daraus ergibt sich eine Gesamtverlustleistung von:

P = 0,006W + 0,0086W + 0,013W + 0,18W = 0,2 Watt

Die Verlustleistung wird bei einer Batteriespannung unter 50V im wesentlichen durch die Ladung der Gates der Mosfets, den Gatewiderständen und der Schaltfrequenz bestimmt.

[hacko]

Hallo Guenter
Ich wüsste nur für die H - Brücken eine Möglichkeit. Mann besorge sich 2 Anlasser vom Kfz die ziehen soviel Strom, bis die Energiequelle Platt ist sogenannte totläufer

Gruß Hacko

[thomas scherer]

Aha, 20mA = 240mW liegt nahe bei Deinen Berechnungen.
Für diesen Fall empfiehlt sich nach Tabelle ja sogar eine Spule mit 2,2µH.

Wenn Du den Motor definiert mechanisch bremsen willst, dann wird das schwierig. Außer eine Scheibenbremse zum Glüchen zu bringen könnten man noch eine Lichtmaschine vom Schrott nehmen und mit dem Motor koppeln und so die Belastung durch die Errerwicklung steuern. Dazu müsstest Du eine Riemenscheibe auf den Motor schrauben.

[guenter]

Zu den parasitären Kapazitäten gibts noch eine Grafik. Cbsub und Cdsub.

[guenter]

Hallo Thomas,

auf die schnelle gemessen:

Die Stromaufnahme der kompletten H-Brücke incl. Schaltregler bei 10V Batteriespannung 30mA die geht dann runter auf 20mA bei 30,6V.

Die Spulen beim neuen Layout könnte man dann mal gegen 1 Ohm ersetzen, dann gehts einfach zu messen.

Die 330µH habe ich im Schaltplan durch eine 1000µH ersetzt.

Eine Testplatine mit Poti zum H-Brücke ansteuern ist fertig. Damit will ich die Brücken und den Motor etwas quälen. Dazu will ich den Motor mechanisch bremsen, da ich keinen zweiten Motor mehr übrig habe. Fällt dazu jemand was einfaches ein?

[thomas scherer]

Aha, gut, ich hatte ich auf den Schaltplan von Deiner HP bezogen. Du hast ihn also schon verbessert. Berechnete 0,2W wären 17mA. Scheint mir wenig. Das sollte man echt mal messen.

P = U x Q x f bezieht sich doch auf die Leistung, die durch das Treiben der Gate-Kapazitäten verbraten wird. Den Rest der Rechnungen kann ich nicht ganz nachvollziehen. Aber wie dem auch sei. In allen Fällen sollte dann die Spule des Schaltreglers mindestens 1000µH haben, sonst arbeitet er quasi nie kontinuierlich, sondern impulsweise.
Doch das war wohl kaum die Ursache für den Transistortod.

Was ich eigentlich grundsätzlich nicht verstehe (ist aber ein Stück OT), das ist, dass die Motortreiber keinen eigenen Controller haben, wenn sie schon als eigene Platine ausgeführt sind. Ein eigener Controller kostet fast nichts, könnte aber die Spannungen und Ströme mit überwachen und Massnahmen ergreifen, wenn irgendwas nicht stimmt. Der Motortreiber wäre außerdem dann autark unbd würd nur noch seriell kommunizieren. Den Controller der Steuerung wäre von den Aufgaben des treibers entlastet. Aber wie gesät: OT.

[guenter]

Hallo Thomas,

die Induktivität des Schaltreglers habe ich mit 330µH bestückt weil ich sie da hatte. Messungen hatten ergeben, dass sie ab 15V Eingangsspannung stabile 12V am Ausgang brachte bis zum Maximum von 30,6V was mein Netzteil hergab. Auch mit 3 vollen Batterien war die Ausgangsspannung stabil. Die Spule ist in diesem Gehäuse bis 1mH mit ausreichender Belastbarkeit erhältlich.
Die Schaltfrequenz lag über den ganzen Bereich bei etwa 32kHz.

Die Kapazitäten waren vor dem Versuch schon bei 22µF je IC ohne die Spule. Um das Verhältnis zum Bootstrap-C richtig zu stellen wäre natürlich ein 47µF ideal. Eine 16V Ausführung ist mir jedoch zu knapp, eine 25V Ausführung zu teuer und ein Elko zu groß. Zu bedenken gebe ich auch, dass der Bootstrap-C schon deutlich über dem empfohlenen Wert von 0,47µF liegt.

Die 12µH Spulen haben 1,9 Ohm. Der Spannungsabfall bei 0,1A würde 0,19V betragen. Mal sehen, ob darüber etwas HF abfällt. Mein Picoscope ist gerade zur Reparatur in England...

[guenter]

Ich will mal die Verlustleistung des Treiber ICs beleuchten:

Als erstes sind da die Verluste beim Umladen der Gates. Laut AN ist der Innenwiderstand der Gatetreiber mit 6 Ohm anzusetzen. Falls die Gates direkt angesteuert werden, würde gelten:

P = U x Q x f

P = 2x15V x 210nC x 36kHz

P = 0,2268 Watt

Diese Leistung würde an dem internen 6 Ohm Widerstand abfallen. Da wir aber 4,7 Ohm Widerstände in Reihe haben, teilt sich diese Leistung noch auf:

P = 6/10,7 = 0,127 Watt

Falls wir noch eine Diode parallel zum Gatewiderstand einbauen jedoch wieder etwas mehr:

P = (0,2268W + 0,127 Watt)/2 = 0,18 Watt

Dabei wurde zu unseren ungunsten eine ideale Diode angenommen.

[thomas scherer]

Hm, Günter,
im Prinzip ist Deine Platine schon sehr condensed. Viel rausholen durch Layoutoptimierung kannst Du da bei vertretbarem Aufwand eh nicht mehr. Eine layoutete Spule in Form einer Büroklammer kann ich auch nicht finden
Vergleiche das doch mal mit dem Layout des Wheelie I.
Von daher würde ich mich wundern, wenn Spikes das Problem wären, die ja eher bei schwacher Last (mehr induktive Wirkung des Motors) auftreten. Das Rauchopfer trat ja bei Bergbesteigung = extreme Last augf und von daher schließe ich, dass das kein Zufall war. Von deher sollte es was mit hohen Strömen oder deren Folge zu tun haben. Leitungsinduktivitäten auf der Platte als Ursache, das würde mich bei der Leiterbahnführung sehr wundern. Aber das mkann man messen…
Der einzige Punkt, auf den auch Hacko hingewiesen hat und der eigentlich eh klar ist, das wären die Leiterbahnquerschnitte für die MOSFETs. Dass die Sicherung spielen, das dürfte logisch sein. Vermutlich ist es auch keine 70µm Kupferauflage. Ohne Verstärkung kommt man da nicht rum
Von daher sind Deine Überlegungen, so relevant sie für bestimmte Aspekte sein mögen, doch spekulativ.
Ohne Experimente und Messungen wirst Du den Grund nicht finden können und im schlimmsten Fall noch mehr Rauchwölkchen produzieren.
Die richtige Antwort kenne ich leider auch nicht.

Was mir an der Schaltung noch auffiel ist, dass der Schaltregler LM2574HV-adj. eine unpassende Induktivität erhalten hat. Sie ist zu klein (siehe Grafik). bei 36V in und 12V out ist das Produkt E*T bei 153. Jetzt bräuchtest Du noch in etwa den fließenden Strom. Ich schätze ihn im Bereich von 100mA. Den würde ich aber einfach mal messen (mit 100–Ω-Last etc. statt Motor und 50% PWM). 330µH ist zu klein.

Weiter: Da Du L1 und L4 eingefügt hast (welchen ohmschen Widerstand haben die denn?) sind nach den Designangaben von IRF C1 und C2 zu klein oder aber die Anoden von D5 und D6 falsch angeschlossen. Sie sollten den Strom nicht vom VCC-Anschluss der ICs ziehen. Besser sie kommen irgendwo direkt an +12V (mit Puffer-Vielschicht-C entkoppelt).
Soviel auf die Schnelle.

[guenter]

Hallo Forum,

nach dem Studium zahlreicher Datasheets und Applicationnotes steht fest, dass der Hauptgrund der Probleme das Layout ist. Zum Beispiel die Verbindung der beiden Mosfets für den Motoranschluss:

The severity of the problem can be understood considering that by switching
10 A in 20 ns with a stray inductance of 50 nH, a 25 V spike is generated. As a point of
reference, small paper clip has an inductance of 50 nH.

Soll heißen, die Beiden Mosfetanschlüsse in der Mitte der H-Brücke müssen so kurz wie möglich miteinander verbunden werden. ( Hellgrüne Linie)
Ein weiterer Punkt sind die Induktivitäten in den Stromzuleitungen von der Batterie. Die sollen mit Elkos nahe an den Transistoren eliminiert werden. (Gelbe Linien)

To eliminate the effects of the inductance of the wiring between the power supply and the test
circuit, a 100 uF/250 V electrolytic capacitor was connected between Q1D and Q2S terminals, as
shown in Figures 6 and 7. This virtually eliminates any stray inductance in the dc path.

Im Zitat wird von einer 100V Brücke ausgegangen, deshalb haben wir veränderte Werte.
Auch die parasitären Induktivitäten rund um die Gates sind im Auge zu behalten:

The layout should also minimize the stray inductance in the charge/discharge loops of the gate
drive to reduce oscillations and to improve switching speed and noise immunity, particularly the
“dV/dt induced turn-on”. To this end, each MOSFET should have a dedicated connection going
directly to the pin of the MGD for the return of the gate drive signal. Best results are obtained
with a twisted pair connected, on one side, to gate and source, on the other side, to gate drive
and gate drive return.

Wir haben da zwar keine keine Drähte, aber kurze Leiterbahnen zum Gate und von Sourch zum IC (orange, grüne und blaue Linien zwischen MosFets und ICs)

weiteres folgt...