Hallo,

ich beschäftige mich seit kurzem mit Mosfets. Hab da aber leider noch wenig Erfahrung in dem Bereich. Deshalb bräuchte ich eure Hilfe.

Genauer geht es um einen Brushless DC Regler aus dem Modellbaubereich. Diese Regler scheinen mit einer langen Akkuleitung ein Problem zu haben und gerne mal durchzubrennen.

Im Groben sieht die Schaltung so aus.

Bild eingefügt


Verbaut sind diese Mosfets.

https://www.google.de/url?sa=t&.....T84hg



Ich habe mit nem Oszilloskop jetzt mal gemessen was sich da so an den Lötpads für den Akku am Regler tut. Verwendet wurde ein Lipo, der auf ca 12,3V geladen war. Kurze Peaks können schon mal über 30V gehen so wie es im Datenblatt als maximale Drain Source Spannung angegeben ist. Die Peaks sind aber nur 2-3 microsekunden lang.

Wenn ich das richtig verstanden habe ist es erstmal nicht so schlimm diese Spannung zu überschreiten. Der Mosfet wird dann einfach leitend. Ob der Mosfet dadurch dann schaden nimmt liegt ja aber an der avalanche Energy? Aber wie kann ich diese Energie berechnen?

Zweite Möglichkeit wäre wohl auch, dass ein Mosfet durch die Spannungsspitze genau in dem Moment durchschaltet, wo der Ausgang auf Masse geschaltet ist und somit einen Kurzschluss produziert?

Sind meine Theorien soweit richtig oder hab ich da irgendwo einen Denkfehler?

Danke für eure Hilfe

Gruß

Alexander

Es sind immer die Mosfets. Meistens entlöten die sich dabei gleich. Wenn man Pech hat brennt einem auch noch die Wicklung vom Motor mit durch.

Wann das passiert ist nicht klar zu sagen. Mal nach ne Crash, dann wieder wenn man einfach ne neuen Akku ansteckt.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Alf071292 am 25 Jun 2015  6:59 ]

Dann tippe ich darauf, dass die MOSFETs wegen ungünstiger Leitungsführung durch Induktionsspannungen über das Gate zerstört werden.
Kannst das Scope ja mal direkt am MOSFET an Source und Gate anschliessen und dir die Steuerspannung ansehen, die der Transistor wirklich bekommt.
Die Masseklemme am Akku anzuschliessen und mit dem Tastkopf woanders zu messen zeigt nur Müll.


P.S.:
Ist dieser Controller überhaupt für den Betrieb mit externen Leistungstransistoren vorgesehen?
Poste mal einen Link auf die Bedienungsanleitung!

[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 25 Jun 2015 13:18 ]

Das hier ist der betreffende Regler

http://flyduino.net/KISS-ESC-2-4S-18A-v11

Ich habe eben mal die Drain Source Spannung gemessen. War nicht ganz einfach da was am Mosfet direkt zu messen. Mehr als -2 und +8 V konnte ich nicht messen. Das sollte also kein Problem darstellen.

Zitat :

habe eben mal die Drain Source Spannung gemessen. War nicht ganz einfach

Deshalb schrieb ich auch V_GS zu messen.
Die V_DS-Messung bringt nicht viel, und -2V dort ist auch sicherlich falsch.
Hoffentlich verwendest du für den Anschluß des Scope wenigstens einen richtigen Tastkopf und nicht etwa lose Drähte.

Hast du den in der Beschreibung empfohlenen Elko eingebaut, und zwar direkt am Regler?
Neuware, nicht welche aus Schrott ausgelötete!

Natürlich meinte ich Vgs. Keine Ahnung warum ich Vds geschrieben habe

Musste n kurzes Drahtstück anlöten, weil es sonst unmöglich gewesen wäre den Tastkopf anzuschließen.

Dank dem Poststreik warte ich schon seit über 2 Wochen auf die Elkos. Somit hab ich auf meinem Testaufbau noch keinen Elko verbaut. Empfohlen werden sie ja erst ab 20cm Akkuleitung. In meinem Aufbaue sind es 14cm.

Zitat :

noch keinen Elko verbaut. Empfohlen werden sie ja erst ab 20cm Akkuleitung. In meinem Aufbaue sind es 14cm.

Na dann.
Vermutlich wirst du die kurzen Spannungsspitzen, die durch die Leitungsinduktivitäten verursacht werden, mit deinem Scope auch gar nicht sehen können, und es ist auch nicht sicher, daß dies der Grund für die Ausfälle ist.
Ebenso gut können Mängel in der Schaltungsauslegung oder Softwarefehler in Frage kommen.

Als generelle Maßnahme bietet es sich an die Leitungen vom Akku miteinander zu verdrillen.
Für die Leitungen zum Motor ist das uninteressant, weil dort ja ohnehin die Spulen des Motors für viel Induktivität sorgen, aber auch dort kann man durch Verdrillen dafür sorgen, dass andere Geräte an Bord durch die Wechselfelder möglichst wenig gestört werden.

Eine weitere Möglichkeit für das Ausbrennen der MOSFETs ist natürlich eine Überlastung durch einen zu starken Motor oder einen zu schwachen Akku, dessen Spannung zu sehr absinkt, wodurch die MOSFETs ungenügend angesteuert werden.
Beides gehört aber eigentlich in die Rubrik "Konstruktionsfehler", denn um derartige Situationen sollte und könnte sich der steuernde Mikrocontroller kümmern.

Danke für die Ausführung. Meinst du 1 Gsample/s Abtastrate reicht nicht aus um die Spannungsspitzen aufzuzeichnen?

Was ist mit der Theorie, dass z.B. ein Mosfet den Ausgang vom Regler gerade auf Masse schaltet und der andere von der hohen Indunktionsspannung durchschaltet und dadurch stirbt? Oder ist das n schmarrn?

Akkuleitung verdrillen könnte ich mal ausprobieren und messen was sich ändert. Lässt sich aber im Modell dann eher schwierig umsetzen, da die Leitung in nem schmalen Zwischenboden verläuft.

Ich hab so das Gefühl aus den Berichten, die ich höre, dass meist immer die Regler den Geist aufgegeben haben, die die längeren Zuleitungen hatten (es dreht sich dabei um Quadrocopter mit 4 Reglern). Deshalb habe ich mir ja auch die Indunktionsspannung der Leitungsinduktivität mal angeschaut.

Zitat :

Theorie, dass z.B. ein Mosfet den Ausgang vom Regler gerade auf Masse schaltet und der andere von der hohen Indunktionsspannung durchschaltet und dadurch stirbt?

Hohe Induktionsspannungen treten beim Abschalten einer Induktivität auf, nicht beim Einschalten.
Falls aber beide MOSFETs einer Phase gleichzeitig leitend werden (Shoot-through), so ist das ein Konstruktions- bzw. Programmfehler.
Anstelle des Elkos kannst du ja auch mal versuchen die Klemmenspannung des Reglers mit einer TVS-Diode zu begrenzen.

Zitat :

Meinst du 1 Gsample/s Abtastrate reicht nicht aus um die Spannungsspitzen aufzuzeichnen?

Doch, aber nicht die 2MSa/s, die in obigem Oszillogramm ausgewiesen sind.

Ich glaub wir ham n uns ne genau verstanden. Hier mal noch mit einem Bild damit ich es besser erklären kann was ich meine.

Bei der senkrechten Linie im Diagramm ist Phase A gerade auf Masse, Phase B schaltet ab und Phase C ist auf Plus. Das Oszilloskop Bild am Anfang ist übrigens beim Beschleunigen von Leerlauf auf Vollgas. Somit fließt also auch einiges an Strom.

In diesem Moment dürfte also eine Induktionsspannung in der Zuleitung zum Regler auftreten, die theoretisch, wenn sie über 30V liegt, den zweiten Mosfet durchschauen könnte und somit den Kurzschluss produzieren?

Ich habe das schon richtig verstanden, dass der Mosfet hier wenn ich eine Spannung von über 30V anlege leitend wird?


Hab garned drauf geachtet, dass das der Screenshot mit 2MSa/s war. Hab auch noch welche mit höherer Abtastrate gemacht. Da hat sich aber am Ergebnis nix geändert.

Zitat :

In diesem Moment dürfte also eine Induktionsspannung in der Zuleitung zum Regler auftreten, die theoretisch, wenn sie über 30V liegt, den zweiten Mosfet durchschauen könnte und somit den Kurzschluss produzieren?

Nicht sehr wahrscheinlich, denn diese Transistoren sind für den Betrieb mit Durchbruch spezifiziert.
Möglicher Weise aber gibt es dann Probleme mit den Ladungspumpen der High-Side Treiber. Das werden die drei kleinen ICs auf der Rückseite des Moduls sein. Vielleicht schaffen die es bei hoher Phasenspannung die Gate-Zenerdioden in den Transistoren zu zerstören.
Ohne genauen Schaltplan ist das aber stochern im Nebel.
Deshalb kann ich nur wiederholen: Schau dir die Ansteuerung der Transistoren an.
Insbesondere die der oberen.
Der Minuspol der Batterie ist dafür nicht der optimale Bezugspunkt.

Auch eine Temperaturmessung mittels IR-Thermometer, notfalls auch mit dem Finger, kann auf sich anbahnende Probleme hinweisen.

Schliesslich sollte man auch das Programm des ATTiny kennen, denn auch da gibt es viele Fehlermöglichkeiten, die nur gelegentlich zu schwerwiegenden Konsequenzen führen.

Eigentlich sollte sich ja der Hersteller des Moduls darum kümmern, weshalb die Transistoren abbrennen.
Als Anwender würde ich schlicht ein anderes Fabrikat nehmen, welches diese Probleme nicht hat.

Zitat : perl hat am 27 Jun 2015 15:15 geschrieben :

Nicht sehr wahrscheinlich, denn diese Transistoren sind für den Betrieb mit Durchbruch spezifiziert.

Ok sind dafür spezifiziert. Aber wohl kaum dann nen Kurzschluss auszuhalten? In dem Fall kommt die avalanche energy zum tragen?

Vielleicht wenn der Kurzschlussstrom nicht zu hoch ist. Der Lipo ist aber extrem Spannungshart.
Ohne irgendwelche Leitungsinduktivitäten oder sonstiges zu betrachten ist der Lipo der verwendet wird in der Lage 1 Sekunde lang 200A zu liefern ohne das die Spannung unter 3,2V pro Zelle einbricht. Bei nem ordentlichen Kurzschluss dürfte der Strom leicht 500A überschreiten (Ri des Lipos ~ 6mOhm).




Andere Regler wären ne Option. Allerdings gibt es keine die so agil sind wie diese. Und bei einem Quadcopter ist die Agilität sehr wichtig.

Zitat :

Aber wohl kaum dann nen Kurzschluss auszuhalten? In dem Fall kommt die avalanche energy zum tragen?

Nein, avalanche energy ist die Energie, die der Transistor im Durchbruch, der beim Abschalten einer (spezifizierten) Induktivität auftritt, aufnehmen kann.

Zitat :

Vielleicht wenn der Kurzschlussstrom nicht zu hoch ist

Wenn du den Regler mutwillig kaputt machem willst, kannst du das ja mit einem Kurzschluß versuchen. Ansonsten ist das ja kein normaler Betriebsfall.

Im Übrigen begrenzen MOSFETs aufgrund ihrer Konstruktion den maximal fliessenden Strom von selbst. Üblicher Weise auf etwa das 4-fache des Nennstroms.
Natürlich werden sie dabei thermisch überlastet, aber man kann diesen Zustand ja am Auftreten einer zu hohen U_DS erkennen, und dann ist es Aufgabe der Steuerung rechtzeitig abzuschalten.
Wenn der Konstrukteur das dem ATTiny nicht beigebracht hat, hat der MOSFET eben Pech gehabt.

Zitat : perl hat am 27 Jun 2015 19:09 geschrieben :

Im Übrigen begrenzen MOSFETs aufgrund ihrer Konstruktion den maximal fliessenden Strom von selbst. Üblicher Weise auf etwa das 4-fache des Nennstroms. Natürlich werden sie dabei thermisch überlastet, aber man kann diesen Zustand ja am Auftreten einer zu hohen U_DS erkennen, und dann ist es Aufgabe der Steuerung rechtzeitig abzuschalten. Wenn der Konstrukteur das dem ATTiny nicht beigebracht hat, hat der MOSFET eben Pech gehabt.

Ich habs zwar noch nicht ganz verstanden aber das scheint mir das wahrscheinlichste zu sein.

Vielleicht ham wir beide auch ein unterschiedliches Schadensbild im Kopf. Ein kaputter Regler sind in der Regel so aus. Ich hab bis jetzt eigentlich auch nur welche gesehen, wo die MOSFETs die an Plus hängen abgeraucht sind (Die linke Reihe).





[ Diese Nachricht wurde geändert von: Alf071292 am 28 Jun 2015  8:55 ]

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Alf071292 am 28 Jun 2015  8:56 ]