Magisk rök slipper ut ur DC-motorkrets

[ecenier]

Mål: Att kunna PWM-styra en 12V DC-motor med möjlighet att bromsa.

EDIT: Q2 och Q3: Hfe 80

Uppställning:

power.PNG

Q1 är en kombinerad MOSFET krets med en P-Channel och en N-Channel MOSFET
Vgs(threshold) P: -0,6V - -1,6V; N: 0,6V - 1,6V

Q2=Q3 NPN BJT
Vce(saturated) 0,2V
Vbe(saturated) 1V
Hfe 80

Input och output:
“Brake” och “PWM” styrs av en mikrokontroller.
“Brake” är normalt 0V men är aktiv hög (5V).
“PWM” är 31kHz och kan vara 0-99% duty.
Ingen motor är kopplad vid M1. Jag har ett oscilloskop kopplat och jag förväntar mig att se en fin PWM-signal med samma duty som input-signalen, men med 12V amplitud.

Jag är medveten om att det skulle vara optimalt att ha ett ~100kOhm resistor mellan Gate och Source (n-ch) för att försäkra sig om pull down vid flytande input. Men jag tror (och hoppas) att det inte är detta som ställer till det.



Problem: Dual mosfet-kretsen Q1 släpper ut den magiska röken när;
“Brake” är 0V.
“PWM” är större än 0%. 0% är OK, men det har ju sin förklaring.
Utsignalen jag ser på Oscilloskopet den korta tid innan MOSFET:en ryker är inget som liknar en PWM-signal.

Jag har redan bytt mosfet-kretsen en gång, men nu när den andra kretsen går upp i rök så blir jag mindre sugen på att byta ut den igen utan att felsöka.
Kan någon ge mig ett bra tips på hur jag ska felsöka?

Medan jag lött bort den första rökskadade Q1, så passade jag på att mäta på lödpaddarna där Q1 suttit för att se att insignalen till Q1 respektive mosfet-Gate såg bra ut. Det gör den. En fin PWM-signal syns vid N-channel, vilken direkt blir 0V om "Brake" aktiveras.

[Marta]

Sätt ett motstånd i serie med +12V som håller nere strömmen så den magiska röken håller sig kvar där den skall vara medan Du experimenterar.

Du måste ha ett motstånd som belastar lite där motorn sedan skall vara för att kunna se något vettigt på scopet. Annars gör strökapacitanserna att det visar något helt oväntat.

Är schemat verkligen rätt med P-kanalaren som har source nedåt. Är det verkligen som det är ritat så är resultatet precis som det skall vara. Dioden parallellt med P-kanalaren släpper igenom ström som kortsluts när N-kanalaren leder. Tjoff!!!

[limpan4all]

Under transistorernas omslag så kommer båda MOS-FET´arna att leda samtidigt =POFF

[Icecap]

Som Marta skriver är kopplingen fel.
Som limpan4all skriver är det problem under omslaget. Detta kan lösas vid att du ser till att det vid bromsning stängs av på PWM-ingången så att N-MOSFET'en stängs av, sedan väntas det en kort stund så att den hinner stänga ner varefter motorbromsen kan aktiveras.

Självklart måste det motsatta ske: stäng av bromsen, vänta en kort tid och sedan kan PWM aktiveras.

Normalt finns detta med vänttiderna med i hårdvaran men man kan även köra det i mjukvara.

[ecenier]

Som vanligt väldigt många snabba svar. Tack!

@Marta: Tack för tipsen.
Jag ser nu vad du menar, och jag har helt enkelt slarvat.
Jag har även kopplat in en DC-motor för att få en riktig belastning.
Efter uppdatering så har jag följande elschema,

power-2nd-try.PNG

Några snitt med kniven på PCB:t så är även kretskortet fixat.

@Icecap och @limpan4all:
Som jag skrev i första inlägget så ändras inte "Brake" från 0V när det går åt pipan. Omslagsproblemet borde väl inte spela in då, eller tänker jag fel?
I vilket fall som helst så har jag uppdaterat programmet till att sätta PWM till 0% 2us innan "Brake" går hög, för att vara på säkra sidan. Tvärt om när jag går tillbaka till "Brake" 0V.
Om "Brake" hela tiden är 0V så borde Q2 och Q3 vara av och ingen ström ska flyta mellan Kollektor och Emitter. Detta borde göra att Gaten för P-Ch är på samma potential som P-Ch Source och därmed borde det inte heller flyta någon ström mellan Source och Drain (P-CH).

Tyvärr går det fortfarande åt pipan

Om jag mäter vid (2) N-CH så får jag en jättefin PWM-signal när MOSFET-kretsen är helt bortlödd.
Öven om jag mäter vid (4) P-CH så ligger den hög och fin på 12V

Jag lödde ihop ett nytt litet PCB för att försäkra mig om att allt var som det skulle.
Så fort jag lägger på en PWM-signal, så händer något.
Motorn startar. Direkt jag fick minsta liv i motorn kapade jag spänningen för att känna om något gått varmt.
Allt verkade OK.... men så fort jag kopplade på spänningen till kretsen igen, med 0% PWM-signal, så går Drain på N-CH konstant hög ?????

Detta är inte mycket för er att gå på förstår jag. Så fort jag för lite tid över så ska jag mäta. Att mäta är att veta. Då går det kanske att komma vidare.

Tack igen för hjälpen så här långt.

[Magnus_K]

Som du vet så är jag inte direkt ett äss på det här men hjälper det att lägga en diod över motorn? Katod mot 12V.
Har sett sjuka spänningar uppnås när spolar "slås av" och detta kanske ställer till det?

Om inte annat, har du provat att bara provisoriskt löda dit pull ups/downs för Q1:orna och BJT:erna?

Om inte något av det löser problemen så kanske det ändå är ett mjukvaruproblem?
(Säger han som till vardags programmerar åt NASA... )

[ecenier]

Tack för engagemanget Magnus!

Jag gjorde ett nytt försök igår.

Bytte till en ny MOSFET P+N-Ch.
MOSFET-kretsen är en SO-8 typ av kapsel, och ben 1,2 och 7,8 hör till P-Ch, så för att försäkra mig om att den inte ställer till det, så tog jag kaptantejp och klistrade över dessa paddar. Lödde sedan på transistorn så att bara n-ch är inlödd.

Spänningssätter med "Brake" på 0V och PWM 0%. Allt OK. Inget varmt.

går snabbt upp till ca 20% och ner till 0% (<1s). Motorn rör på sig, men på den korta tiden verkar transistorn (Q1) gå åt skogen.
Om jag sedan lägger på typ 20% duty, så blir transistorn direkt stekhet.
Jag har alltså ingen flyback-diod som du föreslår Magnus, och jag börjar misstänka mer och mer att det kanske kan vara det som är problemet.

Vad behöver flyback-dioden ha för spec? Spänningen som jag vill skydda mot kan väl aldrig överstiga matningsspänningen till motorn (12V)?
Strömmen däremot skulle kanske kunna sticka iväg eller?

Tacksam för mer guidning. Eftersom allt verkar gå så snabbt, så har jag stora problem att mäta.
Är det något uppenbart fel på elschemat? Notera att jag köpt MOSFET på Ebay. Kan jag mäta och testa om de håller specen?
Jag ska mäta lite mer på min mikroprocessor så att logiken där är rätt. Dock har jag mätt ganska mycket på det tidigare, så det "borde" inte vara några problem där

[Marta]

Testar Du med riktig motor måste Du givetvis ha skyddskretsar. När Du kopplade bort P-ch kopplade Du även bort den inbyggda skyddsdioden. Spänningen över en induktans där strömmen hastigt bryts blir så hög som krävs för att strökapacitanser och förluster skall ta upp energin i magnetfältet eller att något annat tar emot. T.ex. att Din transistormodul går sönder. Tar inget emot handlar det lätt om 100-tals volt.

Googla efter scheman på motordrivare och kopiera något därifrån.

En enkel flybackdiod är osäkert om den räcker. En början kan vara dioder mot såväl GND som B+ med strömtålighet som klarar pulserna fån motorn. Klarar de motorns driftström är de garanterat tillräckliga. En RC-snubber direkt över motorn är också alltid bra att ha. Behövs även avkoppling mellan B+ och GND för att ta upp energin som skyddsdioderna avleder, helst såväl lyting som något keramiskt. I princip alla dioder är snabba när de skall börja leda. Använd inte onödigt hög PWM-frekvens. Det blir bara mera förluster överallt utan någon fördel.

När båda trissorna var inkopplade hade Du de inbyggda skyddsdioderna och det gick ändå sönder. Hade Du avkoppling på B+ nära transistormodulen? Annars kan det vara så att B+ inte kunnat hålla emot och "lyft" så spänningen blivit hög trots dioden.


Hur stor är motorn? Det är en mycket viktig uppgift som jag inte sett nämnas någonstans.

[Icecap]

En MOSFET som kan ge en del ström kräver vissa saker innan den kan detta.
* Rätt Vgs! Är den för låg leder transistorn inte nog till att det inte blir ett kännbart spänningsfall över den = värme. vanligtvis är det runt 10V som gäller.
* Snabba omslag! gate-kapacitansen kan vara stor och behöva mycket ström för att laddas snabbt.

Vad är data på transistorn du använder?

[ecenier]

Tack för svaren!
Jag är bortrest och sitter i en bil nu och kan inte svara så bra.

Ska svara om spec ikväll. Mer mätningar till veckan.

Många bra tips. Tack så länge.




Sent using Tapatalk

[ecenier]

Testar Du med riktig motor måste Du givetvis ha skyddskretsar. När Du kopplade bort P-ch kopplade Du även bort den inbyggda skyddsdioden. Spänningen över en induktans där strömmen hastigt bryts blir så hög som krävs för att strökapacitanser och förluster skall ta upp energin i magnetfältet eller att något annat tar emot. T.ex. att Din transistormodul går sönder. Tar inget emot handlar det lätt om 100-tals volt.

Så är det ju så klart. Det gick mig förbi i irritationen och tjocka dimman från brända komponenter. Faktum är att jag har plats för en diod, men sitter den där? Nix-pix.

En enkel flybackdiod är osäkert om den räcker. En början kan vara dioder mot såväl GND som B+ med strömtålighet som klarar pulserna fån motorn. Klarar de motorns driftström är de garanterat tillräckliga. En RC-snubber direkt över motorn är också alltid bra att ha. Behövs även avkoppling mellan B+ och GND för att ta upp energin som skyddsdioderna avleder, helst såväl lyting som något keramiskt. I princip alla dioder är snabba när de skall börja leda. Använd inte onödigt hög PWM-frekvens. Det blir bara mera förluster överallt utan någon fördel.

Här är jag lite osäker på vad du menar med B+. Är det som i schemat är markerat "PLUS" vid M1?

När båda trissorna var inkopplade hade Du de inbyggda skyddsdioderna och det gick ändå sönder. Hade Du avkoppling på B+ nära transistormodulen? Annars kan det vara så att B+ inte kunnat hålla emot och "lyft" så spänningen blivit hög trots dioden.

Ingen avkoppling, mer än en 100nF kondensator nära microprocessorn.
Menar du här att en avkoppling nära B+ är en typ 100nF kondensator parallellt med M1? I så fall så kan nog en 100nF kondensator dela på paddarna för flyback-dioden, som en nödlösning.

Hur stor är motorn? Det är en mycket viktig uppgift som jag inte sett nämnas någonstans.

Motorn som jag kopplar är en bilbanebilmotor. Modellen heter V12/3 (MN06) och är från slot.it. Det är svårt att hitta data för motorn, men här är vad jag googlat fram,
9.6w @12V
170g/cm
21500 rpm

Med ohms lag borde detta ge, 0,8A och 15Ohm

En MOSFET som kan ge en del ström kräver vissa saker innan den kan detta.
* Rätt Vgs! Är den för låg leder transistorn inte nog till att det inte blir ett kännbart spänningsfall över den = värme. vanligtvis är det runt 10V som gäller.
* Snabba omslag! gate-kapacitansen kan vara stor och behöva mycket ström för att laddas snabbt.

Vad är data på transistorn du använder?

Mosfetkretsen jag använder är en Si4562DY, http://www.vishay.com/docs/70717/70717.pdf
Vgs(th) skrev jag i första inlägget, min-max-värden Vgs(threshold) P: -0,6V - -1,6V; N: 0,6V - 1,6V

Jag ser inte gate-kapacitansen, men det står angivet hur många coulomb som behövs. Får räkna på det om inte avkoppling och flyback löser problemet.

[JohnGalt]

Jag kanske har missat det, men vad har PWM-porten för egenskaper, kan den bade sourca och sänka?
Kan den inte sänka så flyter gaten i 0V-läget, kan ev. loses med ett lagom motstånd från gate till jord.

[Marta]

Med B+ så avser jag +12V matningen.

I databladet anges sådär ungefär 0.035 ohm Rdson vid Vgs 4.5V och att den skall klara 7A och tåla 20V samt max 12V Vgs.

Min åsikt är att kretsen är för klen. Du är för nära de 20V för att det skall kännas bra. Bromstrissan ligger dessutom på yttersta gränsen för Vgs. En motor som Din kan ev. klara sig om spänninstopparna hålls efter, men marginalerna är små.

Startströmmen är väldigt mycket högre än .8A. Du kan inte räkna med ohms lag på en motor, den är inte som en resistans. När den står stilla och skall starta saknas mot-EMK och strömmen kommer att bli väldigt mycket högre än när den är igång. Din krets klarar upp till 40A i korta pulser, men motorns starttid är knappast att betrakta som en kort puls. Mät resistansen för att få en ungefärlig uppfattning. Exakt hur stor startströmmen blir med induktanser och allt kan Du bara få veta genom att mäta den.

Om avkoppling med 100nF räcker vågar jag inte säga. Hade själv satt en lyting också, men det är kanske onödigt. En RC-snubber över motorn är fortfarande att rekommendera.

Antar Du har platsbrist, men skall det fungera tillförlitligt måste det nog till kraftigare saker. Separata trissor och ett chip avsett för att driva sådana om PWM nu måste ha så jättehög frekvens.

Gatekapacitansen kan Du testa enkelt genom att mäta utan belastning hur signalen ser ut på gate. Är den slö så sänker Du PWM så är den helt säkert inget som helst problem

En annan lösning är en färdig ESC för borstade motorer. De gär att få för en hundring. Tror det finns med broms. Däremot blir det dyrt om den skall ha reversering.


Som jämförelse så säljer Kjell en motor med ungefär samma data som Din. Med en snubber på 680nF och 10ohm (värden gripna ur skrotlådan) så toppar spänningen kring 45V vid 12V matning när den körs utan klippdioder. Med 1N4004 klippdioder, 100n keramisk och 47µ lyting som avkoppling och en trissa som skall klara 60V och 16A så håller det. Den fungerar fint med 50Hz PWM. Då kan den drivas med pull-up och en zener som håller Vgs till 10V. Trissan håller sig sval och fin när den switchar så långsamt även om flankerna är lite slöa.

De värdena på snubber är helt fel vid 30kHz. Där kan Du bara mjuka upp flankerna lite, inte hålla nere spänningen med rcsnubber utan att den bränner alldeles för mycket effekt.

[NULL]

Jag gissar på att du vill byta plats på Q2 och 4,7kohms motståndet...

[Borre]

Nej, varför skulle han gör det?