Väldigt märkligt beteende hos MOSFET

[Repaterion]

Hejsan!

Vi sitter med ett projekt i skolan, vi skall få en bil att köra.
Motorstyrningen är i form av två MOSFET (2st IRF520N parallellt för att minska värmeutvecklingen).
Allt körs från en Arduino UNO, motor är matad från LiPo via MOSFET.
Problemet är att när vi kör PWM på gate så startar motorn direkt utan problem.
När vi matar gate med 5Vdc på gate startar inte motorn, det ligger ca 0,11Vdc över motorn.
När vi matar gate med 7,4Vdc (LiPo) då startar motorn omgående.
TILLAGT: Kondensatorn över motorn är 100nF, den blåa i schemat.
Nu till mystiken, när jag kopplade in ett DMM (Fluke 115) för att mäta strömmen då startar motorn på 5V detta är inte en engångsföreteelse utan kan återskapas....
När jag kopplar in ett 10ohms 1/4w motstånd i serie med gate startar motorn, men inte utan detta motståndet...

20220506_111458.jpg

[psynoise]

Hej,

När du felsöker är det bäst att mäta på MOSFETarna direkt med din multimeter om du inte redan gör det. Sedan bör du koppla varje MOSFET med sin egen gate-resistor. Tillsist tycker jag du ska kontrollera gate-source med oscilloskop då snabba transistorer lätt kan oscillera.

[ghu]

Är 5 volts jord ihopkopplad med 7,4 volts jord ?

[YD1150]

Vad är Rds on på MOSFET:en då Vgs=5V respektive Vgs=7,4V.

[Repaterion]

Är 5 volts jord ihopkopplad med 7,4 volts jord ?

Ja det är den.

Vad är Rds on på MOSFET:en då Vgs=5V respektive Vgs=7,4V.

Rdson är 0,2 ohm inte jättekul men fungerar, därför kör vi dubbla MOSFET för att dela på värmeutvecklingen, har IRZL44N hemma med.
MOSFET är en IRF520** och skall enligt databladet ha en Vgsth på 2-4V* vi matar med 5Vdc.
Strömmen till motorn avläst på spänningsaggregatet vid test var ca 2,3-3,5A
*Såvida inte både jag och Henrik läst fel i databladet.
** = Den som följer med i Arduino UNO kitet.

[ghu]

IRF520 är inte lämplig att driva med Vgs = 5 V.
Om ni tittar i databladet så står det att Id = 250 uA vid Vgsth = 2- 4 V.
Ni kan alltså i värsta fall ha en transistor som inte klarar 1 A vid Vgs = 5 V.

Ni bör ha en transistor med Vgsth (max) = 2 V om ni ska använda Vgs = 5 V.
Det brukar stå "logic level" eller något liknande för lämpliga MOSFET transistorer

[psynoise]

Vi kan kontrollera med några enkla beräkningar.

Säg V_IH = 4.75 V från MCU, transistorns transkonduktans g_fs = 2.7 S [datablad] och V_gs(th) = 4 V [datablad], då kan transistorn klara av följande:

(V_IH- V_gs(th))*g_fs = 2 A

Det vill säga "forward transconductance" och "gate-source threshold voltage" räcker inte till. Men som tur är finns det MOSFETs med betydligt större transkonduktans.

EDIT:

Sedan får man bejaka att motorn säkerligen drar mycket mer vi uppstart. Ni borde själva kontrollera att mäta startup-strömmen med oscilloskop och resistor utan MOSFET. Det räcker säkerligen med att koppla manuellt eller med strömbrytare för att göra mätningen.

EDIT 2: Strök över felaktigt svar. Transkonduktansen gäller endast i det aktiva området. Se ghu:s svar nedan.

[Janson1]

IRFZ44N är annars ett säkert kort. Sen skulle jag valt lite större motstånd mellan gate och sourse, typ 100 Kohm för att inte belasta Uno i onödan samtidigt som det säkerställer noll volt vid påslag precis innan Uno:n är initiserad. (men det är jag det)

[Icecap]

Pull-down motståndet ska sitta direkt på processorpinnen, annars får man en spänningsdelare.

[ghu]

>psynoise.

Transkonduktansen gäller i det aktiva området (Id=5,5 A Vds=50 V) ej för det bottnade området.
Titta istället i databladet fig 1 där Id är plottad som funktion av Vds med Vgs som parameter.
Om man önskar Vds = 0,5 V kan man max styra 1 A med Vgs = 5 V. Detta är med typisk tröskelspänning Vgsth = 3 V och vid 25 grader.
Med Vgsth = 4 V och högre temperatur blir det betydligt sämre.

[psynoise]

Tack ghu. Således får man kolla i figur 1 samt lägga till initialtolerans och temperaturberoendet om man ska räkna på det.

[SvenAndersJ]

Icecap pekar på det främsta problemet, d.v.s. spänningsdelaren.

10K gate motstånd kan vara väl högt för PWM.
Gaten är ganska kapacitiv.

[Repaterion]

Ursäkta att jag inte återkommit i tråden.
Det uppstod andra problem med bilen, krockande bibliotek/timers osv vilket gjorde att problemet vi hade inte var motordrivaren i sig utan den timer som användes troligen användes till andra saker. Vi använde H-bryggan L298H eller vad nu den heter.
All kod knackades i Arduinos IDE så vi visste inte/orkade inte leta i .h filerna vad som användes var utan vi skrev signalerna "manuellt" till drivare.
'
Sedan vägrade bilen gasa i uppförsbackar men bromsade .
Men vi kom till tävling och kom 3'a i B-final men vi är nöjde då bilen inte ens gick fredagen innan tävlingen.

Men jag/vi tackar för era svar ändå.