Ich versuche, einen Gleichstrommotor (12 V, 100 W) mit dem MOSFET IRFP054N anzutreiben . Die PWM-Frequenz beträgt 25 kHz. Hier ist der Schaltplan:

Ich weiß, dass DSEI120-12A nicht die beste Diode dafür ist, aber ich habe momentan keine bessere. 3A Schottky-Dioden, die ich auch ausprobiert habe, werden sehr schnell heiß.

Hier sind Scope-Wellenformen (A = MOSFET-Drain (blau), B = Gate-Ansteuerung (rot)):

Kleineres Tastverhältnis:

Ich bekomme eine Spannungsspitze beim Ausschalten des MOSFET, die ungefähr 150 ns dauert und eine Amplitude von max. 60 V. Die Amplitude bleibt erhalten, unabhängig davon, ob ich das Tastverhältnis, die Spannung oder die Belastung des Motors erhöhe. Die Breite der Spitze hängt von der Belastung des Motors ab (wahrscheinlich vom Strom).

Ich habe es versucht:

• Erhöhen des Gate-Widerstands auf 57 Ω für ein langsameres Ausschalten des MOSFET.
• Hinzufügen von Schkottky-Dioden (SR3100, 3A) zwischen Motor und MOSFET.
• Verschiedene Kondensatoren über Zwischenkreis und Motor legen. Dies hilft manchmal, wenn mit niedrigem Arbeitszyklus und niedriger Spannung gearbeitet wird, aber wenn die Leistung erhöht wird, ist wieder eine Spitze vorhanden.

Nichts davon hilft, die Spitze vollständig zu beseitigen. Interessant: Der Spike zerstört den MOSFET nicht (da er für 55 V ausgelegt ist), aber ich würde diesen Treiber gerne richtig machen.

Ich suche nach Vorschlägen, was ich sonst noch versuchen sollte und warum diese Spitze auf 60 V begrenzt ist.

Update: Ich denke, 1 mF Elektrolytkappe konnte die Energiespitze vom Motor nicht absorbieren. Jetzt habe ich einen 2,2-uF-Filmkondensator an der 12-V-Leitung, eine 200-nF-Keramikkappe am Motor und eine 100-nF-Keramikkappe am MOSFET hinzugefügt.

Dies hat dazu beigetragen, die Spitze zu senken, obwohl ich jetzt beim Ausschalten klingele - wahrscheinlich muss der Snubber am MOSFET verbessert werden. Die Spannungsamplitude ist jedoch viel geringer (30 - 40 V unter Last).

Versuchen Sie, eine Schottky-Diode direkt am Motor und eine weitere direkt über den Kabeln zum Motor zu platzieren, wo sie die Leiterplatte verlassen.

Es hilft auch sicherzustellen, dass Ihre Versorgung bei hohen Frequenzen gut umgangen wird. Setzen Sie eine Keramikkappe über die Versorgung in der Nähe der Zufuhr zum Motor. Bei Ihrer Spannung könnten das etwa 10 µF sein.

Setzen Sie keine Kappe über den FET und halten Sie die Kappe über dem Motor klein und platzieren Sie sie physisch nahe am Motor. Ich würde nicht mehr als 1 nF oder so verwenden.

Es scheint mir, dass Sie einen Spannungsdämpfer über dem MOSFET benötigen. Eine einfache Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, einfach einen Reihenkondensator + Widerstand über den MOSFET anzuschließen. Ich würde schätzen, dass ein Wert von ungefähr 2,7 nF (ungefähr 3x Kapazität des MOSFET) und ein Widerstand von 100$\Omega$

In diesem alten Anwendungshinweis werden die verschiedenen Arten von Snubber-Schaltkreisen beschrieben, einschließlich wann und wie sie verwendet werden. Vielleicht finden Sie dort Inspiration.

Dies scheint ein klassischer Fall von Streuinduktivität und Geräteanpassung zu sein.

Streuinduktivität

Lassen Sie mich Ihre Schaltung neu zeichnen, um den Punkt zu erklären.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Ich gehe davon aus, dass der Wechselstrom über einen isolierten Transformator vom Netz kommt und Sie den Gleichstrom sicher (an der Kappe) erden können. Wenn dies nicht der Fall ist, müssen Sie sich auch mit anderen Problemen befassen.

Das Akzeptieren dieser vernünftigen Annahme Stray1 & Stray2 kann ignoriert werden.

Dies lässt Stray3 , Stray4 und Stray5

Jeder von diesen wird zur Initiale beitragen Überschwingen bei, das Sie sehen. Ein solches Überschwingen ist zu erwarten, wenn Sie eine induktive Last zwangskommutieren. und während einige zu erwarten sind, MUSS es geschafft werden, die Spitze unter der Nennspannung des Geräts zu halten (Nennspannung am Chip).

Jetzt wird ein Teil davon während der Messung ein Artefakt sein. Nehmen Sie Stray4,5. Wenn Sie Ihre Zielfernrohrsonde auf die ERDE am Kondensator klemmen , trägt diese Streuinduktivität zur Spannung bei, die Sie sehen, wenn Sie beginnen, die Lastinduktivität zu kommutieren.

Sie beginnen, den Stromfluss durch den FET zu unterbrechen, und somit erzeugt V = Ldi / dt eine gewisse Spannung. Was Sie sofort messen, ist nicht mehr die wahre Gerätespannung.

Jetzt können Sie angeben, dass Sie die GND des Oszilloskops auf das Bein des FET geklemmt haben. Selbst dann gibt es einige Streuner, sodass das, was Sie sehen, möglicherweise nicht die wahre Spannung des Geräts ist.

Beim Thema Stray4,5 sind diese Streuinduktivitäten, normalerweise aufgrund eines schlechten Layouts, die Hauptursache für Spannungsüberschreitungen beim Ausschalten. Sie versuchen, den Stromfluss durch sie zu unterbrechen, indem Sie den FET ausschalten. Sie haben jedoch keinen Pfad, über den sie kommutieren können. Als solche werden sie versuchen, den Strom durch den FET fließen zu lassen.

Streu 6 zusammen mit einem langsamen (relativ zum FET-Schalten) behindert gleichermaßen die Kommutierung des Laststroms und führt als solches wiederum zu einer Erhöhung des Drain-Source-Potentials.

Streu3 erscheint als Schwingung der Spannung, die in den Stromkreis fließt .

Sekonares Klingeln

In beiden Plots sehen Sie ein sekundäres Klingeln. Dafür gibt es eine Reihe von Ursachen

1. Unzureichender Torantrieb. Wenn die Ansteuerungsfähigkeit ziemlich schwach ist (oder eine Menge Induktivität in den Gate-Leitungen vorhanden ist), kann das Gerät nicht so gut gehalten werden, und die Ladung, die aufgrund der Millar-Kapazität fließt, versucht, das Gerät einzuschalten -> osc
2. Streuner5 und Streuner6 schwingen als Energieaustausch zwischen den Kommutierungspfaden
3. Wenn der FET im Vergleich zur Diode viel schneller und schneller ist, können Sie Schaltschwingungen verursachen, die durch Stray5 und Stray6 verstärkt werden

Lösungen?

1. Überprüfen Sie Ihr Layout! kurze, dicke Spuren, vielleicht sogar Lamina, um die Induktivität zu minimieren. Halten Sie den Abstand zwischen DIODE und FET auf ein Minimum!
2. WENN Ihr GateDrive schwach ist, verbessern Sie es
3. IF Ihre GateDrive stark ist, sollten Sie Ihren Gate - Widerstand zu erhöhen das Umschalten zu verlangsamen
4. Wenn dies immer noch fehlschlägt, ziehen Sie einen Snubber über den FET in Betracht, um das Problem zu mindern.