IRF werden schweine heiß

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11. Aug. 2008
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Hallo Leute,
ich habe mir eine kleine Schaltung zusammen gestellt für eine Ansteuerung eines kleinen Puls Motors, die Wicklung wird nur kurz an gepulst, das Signal wird von ein TLE4905 Hallsensor an den Mega 8 gegeben und der wiederum das Signal zum Fet.
Nun aber werden die Fets knalle heiß obwohl nur maximal 600ma mit 12 V geschaltet werden, habe es mit IRF 3205, IRF 1404 und IRL 2203 versucht alles das gleiche, nach 3-5 Minuten sogar so heiß das der zinn ab läuft. :(
Habe freilauf Diode 1N4004 drin, habe es mit 47k von GND zu Gate zur eventuellen schnelleren abfall der Gate Spannung, was ich so gelesen habe.
Kann jemand sagen woran es liegen könnte ?

Gruß micha
schaltung pule motor.png
 
Hi Micha,

tja ... was soll ich sagen ... das alte Problem mit den MOSFETs :p :rolleyes:

Du hast leider "normale" MOSFETs genommen und keine "LogicLevel"-MOSFETs.
Wenn du dir die Kennlinienfelder der Datenblätter ansiehst dann wird dir auffallen das die MOSFETs teilweise erst bei etwa 4,5V anfangen halbwegs vernünftig durchzusteuern. Die Spannung wirst du mit nem Atmel an 5V kaum sauber erreichen können. Du hast also schöne Heizwiderstände. Selbst bei kleinen Strömen.

Für ne Saubere Durchsteuerung der MOSFETs brauchst du so etwa 10V oder mehr damit sie wirklich richtig niederohmig werden. Da nutzt dir auch der 47k nach GND nichts.

Oder du nimmst dir nen LogicLevel-MOSFET (sieh mal in die Bauteil-Abteilung hier im Forum).

EDIT: Der IRL 2203 ist noch am ehesten in der richtigen Richtung.


Gruß
Dino
 
Ich will das nochmal kurz etwas genauer erklären.

Hier nun zuerst das Datenblatt von einem der MOSFETs
Anhang anzeigen IRF3205_N-Hex-MOSFET.pdf

Auf Seite 3 findet man folgendes Diagramm ...
IRF3205_Output_1.png
In diesem Diagramm sind die Steuerkurven angegeben. Also bei wieviel Gatespannung und wieviel Laststrom wieviel Spannung am MOSFET abfällt. Leider ist die angegebene Situation (Wenn ich es glauben soll 600mA und ich tippe mal auf 4V Steuerspannung) außerhalb des Kennlinienfeldes. Also hab ich mal ein wenig erweitert.
IRF3205_Output_2.png
Ich hoffe mal das ich da jetzt keinen Mist bei der Erweiterung fabriziert habe :rolleyes:
Also wenn man das nun abliest ergibt sich bei etwa 4V Steuerspannung und 600mA Laststrom ein Spannungsabfall von etwa 0,12V. Das würde nach dem Ohmschen Gesetz etwa 0,2 Ohm ergeben. Das sieht für mich nach dem Gefühl zu wenig aus. Damit würde sich der MOSFET nicht auslöten. :confused: Mhhh ... Ich tippe mal das da die 0,6A nicht passen können. Auf jeden Fall ist er selbst bei dem kleinen Strom mit seinen 0,2 Ohm weit von den maximal möglichen 8mOhm entfernt.

Müßte man mal etwas genauer untersuchen.

EDIT: Ups .. ich sehe grad das ich deinen Schaltplan am Ende komplett übersehen hab :rolleyes:
Also zwei normale MOSFETs so in Reihe und dann die Steuerschaltungen nur mit 5V angesteuert ... da wundert mich nix mehr. Da liegen nicht mal 4V Steuerspannung an.

Gruß
Dino
 
da hast du aber eine optimistische Kennlinie eingezeichnet, dino ;)
Figure6 zeigt eigentlich, daß selbst 5V nicht reichen, um das Gate komplett aufzusteuern.
Darunter geht es nur im linearen Bereich, mit den entsprechenden Verlusten.
Aber das hattest du ja schon gesagt.

Eine 1N4004 als Freilaufdiode ist nicht geeignet, lieber Schottky.

SickBoy

Edit, Tatsache, ein Schaltplan hängt da auch noch an, jetzt sehe ich es auch
Erinnert mich an die ostfriesische Nationalflagge ;D
So wird das nicht gut gehen, besser wäre es, die zu verundenden Signale vor der Endstufe zu mischen. (1k am Gate ist auch nicht hilfreich)
 
Hallo dino,
ich habe mal so in der Bauteilapteilung mal geschaut, und habe da so einige IRL gefunden, der 3203 scheint gut zu sein, aber würde nicht auch ein Treiber für die IRF fets funktionieren, nur ich weis nicht was man da so nehmen kann bzw. welsche dafür gut sind.
Oder sogar einen BC5XX davor setzen zum Durchschalten.

Hi SickBoy,
welsche Schottky wäre dafür geeignet ?

So wird das nicht gut gehen, besser wäre es, die zu verundenden Signale vor der Endstufe zu mischen. (1k am Gate ist auch nicht hilfreich)

was meinst du damit ? Erkläre mal näher.

gruß micha
 
Hi Micha,

aber würde nicht auch ein Treiber für die IRF fets funktionieren, nur ich weis nicht was man da so nehmen kann bzw. welsche dafür gut sind. Oder sogar einen BC5XX davor setzen zum Durchschalten.
Du benötigst keinen Treiber sondern mehr Spannung am Gate. Die 5V reichen auf keinen Fall aus. Du mußt das Gate mit 10-12V ansteuern um es sauber durchzusteuern. Außerdem sind die beiden MOSFET in Reihe so wie sie da zusammengeschaltet sind suboptimal. Die Steuerspannung muß vom Gate zum Source liegen. Was macht aber der obere MOSFET wenn du ihm das Source-Potential durch sperren des unteren unter dem Hintern wegreißt ? Dieser Punkt fängt dann an zu floaten (wie man das so schön nennt). Du hast einen Punkt der in der Luft hängt und alles mögliche annehmen kann.

Mach die Ansteuerung mit einem Logic-Level-MOSFET und kombinier die Steuersignale wie schon von SickBoy bgeschrieben auf der Ansteuerseite.

Gruß
Dino
 
Hallo dino,
habe es nun mit einen IRL 2203 gemacht, schalten und PWM, hatte ich am anfang auch aber mit den 3205er, zwar wirt der IRL 2203 heiß nach einer bestimmten Zeit auf halber Leistung, aber das muss ja wohl so sein, bei vollem Durchgang nun nicht mehr.
Hast recht gehabt es sind nicht nur 600ma sondern 2A habe die Wicklung mehrmals geändert dadurch bin ich durcheinander gekommen mit den gemessenen werten.
Was für eine freilaufdiode wäre nun am besten ? ich kenne da welsche die ich beim Schrittmotor verwendet habe BYV27 !?

gruß micha
 
Hi Micha,

zwar wirt der IRL 2203 heiß nach einer bestimmten Zeit auf halber Leistung, aber das muss ja wohl so sein, bei vollem Durchgang nun nicht mehr.
Hast recht gehabt es sind nicht nur 600ma sondern 2A habe die Wicklung mehrmals geändert dadurch bin ich durcheinander gekommen mit den gemessenen werten.

1. Wenn er mit genügent Spannung angesteuert wird, dann wird er auch bei halber Leistung nicht warm da er ja entweder voll durchsteuert oder sperrt. Das ist ja der Sinn einer PWM-Steuerung.

2. Die 2A erklären die Wärmeentwicklung doch wesentlich besser ;) Dann würden nach meiner ergänzten Kennlinie etwa 0,4V abfallen. Das macht dann etwa 1W. Die reine Kühlfahne ist da etwas dünn bemessen.

Hier hab ich ja mal einiges zusammengestellt ...
Elektronik >> Bauelemente >> Bauteilsammlung für Anfänger - Ich suche einen/eine/ein ...
IRLU2905 - n-Kanal LL-MOSFET 55V/42A TO-251AA
IRLU3410 - n-Kanal LL-MOSFET 100V/17A TO-251AA
IRLZ34N - n-Kanal LL-MOSFET 55V/30A TO-220
die MOSFETs sollten problemlos funktionieren. Selbst die kleinen im TO-251AA-Gehäuse schalten 1A problemlos im PWM-Betrieb. Man merkt absolut nichts. Und das ohne Kühlkörper. Die sind vom Gehäuse nicht mal ein viertel so groß wie einer deiner MOSFETs im TO-220.

EDIT: Wegen der Dioden ... du benötigst auf jeden Fall schnelle Dioden mit möglichst wenig Spannungsabfall um nicht unnötig die Dioden aufzuheizen. Beim L298 (Treiber für Schrittmotoren) schreiben die was von FastRecovery-Dioden. Das ist ein extra Diodentyp so wie Schottky-Dioden. Die sind da aber auch als Art "Schaltwandler" mit dem Motor am arbeiten. Ich würde mal sagen das bei dir ne Schottky ausreicht. Ich hab mir hier mal nen kleine Sortiment mit 1A und 3A Schottkys/FastRecovery/Silizium/.. besorgt.
MBR350RL - 3A/50V Schottky
SB360 - 3A/60V Schottky
MBR856 - 3A/600V FastRecovery
Die sollten eigentlich geeignet sein.

Deine BYV27 sind Avalanche-Dioden (Lawineneffekt). Die können also ähnlich einer Zenerdiode rückwärtig (in Sperrrichtung) durchschalten. Die Durchbruchsspannung ist auch angegeben. Das wäre das was nach dem Typ kommt ... BYV27-55, BYV27-100, ...
Avalanche-Dioden sind so gebaut das der Durchbruch in Sperrrichtung nicht zerstörend wirkt. Das ist aber auch nur der Fall wenn der Strom nicht sonstwie hoch werden kann und nur kurzzeitig ist. Die könnte man eher für Schutzzwecke verwenden. Also kappen von Spannungsspitzen. Die sind also bei kleinen Spannungen wie eine normale Diode einzusetzen. So wie man es bei Zener-Dioden auch machen kann. Du könntest mit 33V-Zenerdioden ohne Probleme bei einem 12V-Trafo einen Brückengleichrichter bauen. Bei nem 30V-Trafo hast du aber eher einen Brücken-Kurzschließer weil die Dioden auch anfangen in Sperrrichtung durchzuschalten. Das wird dir bei den Avalanche-Dioden auch bei der angegebenen Spannung passieren.
Da die Dioden die Induktionsspannung der Motorwicklung kurzschließen kann sich eigentlich keine hohe Spannung aufbauen. Beim Anschalten des MOSFETs werden Spannungsspitzen von der Versorgung (Netzteil) unterdrückt. Wenn du also deine BYV27-(zB -55) verwendest dann wird die Induktionsspannung beim Ausschalten bereits bei etwa 0,78V (forward voltage) kurzgeschlossen und eventuell doch auftauchende Spannungsspitzen in anderer Richtung bei 55V (reverse avalanche breakdown voltage).

Gruß
Dino
 
Hallo dino,
ich danke für deine ausführliche Beschreibung und werde mir zum nächsten mal von deinen aufgeführten IRLs und Dioden welsche mit bestellen und probieren.
Dachte anfangs, warum er so heiß wird, lag daran weil ich den PWM und die Pulsschaltung vom Hallsensor auf den einen IRF hatte, das er damit nicht zurecht kommt und etwas langsam mit dem durchschalten war.

Gruß Micha
 

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