Svenska ElektronikForumet

I denna informativa skrift från IR informerades bl.a. om att parallella mosfetar ska ha individuella gatemostånd (och efter att ha läst andra skrifter verkar det som att förklaringen till det inte är så simpel).

EDIT: Den omnämnda skriften kom inte med:
http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-941.pdf

Knåpade ihop ett RLC filter till matningen som verkar göra sitt jobb.

Varje enskild gate fick ett mostånd på 22 ohm. Montaget ser ut så här, motstånden ligger i gul krympslang:
De uppböjda benen är till source och dessa löddes på en kopparremsa som sist, drain leds genom flänsen som sist.

Verkade fungera bra när motorn kördes utan last, men sedan när jag monterade kedjan och skulle köra iväg fyllde återigen den bekanta doften av bränd mosfet verkstaden. Dessa fetar ska klara pulsad ström på runt 800A styck och sen begränsar temperaturen står det.

Tror det kan vara valet av gateresistorer som spökar, eller att montaget ger en ojämn fördelning av ström.
Kanske är det lite ojämnt fördelad kontaktresistans mellan transistorkapslarna och kylflänsen och man därför borde lödförbinda alla dessa ben också.

Jag ser inte några "frihjuls"-dioder eller -transistorer. De får absolut inte hoppas över, annars kommer de PWM-ade transistorernas "inbyggda zenerdiod" leda varje gång transistorn släpper (avalanche), vilket den inte klarar.

Du måste även ha keramisk avkoppling så nära din halvbrygga som möjligt, för att minska avalanche. Elektrolytkondensatorerna behöver inte sitta fullt så nära.

Anledningen till att ha individuella gatamotstånd är att förhindra självsvängning.
Millerkapacitansen på en MOSFET kopplas annars in i en annan MOSFETS gate direkt.
Framförallt om du har dålig drivförmåga. 22 ohm kan du säkert öka en del?..

Du har ganska lång kabel ser det ut som till gatearna, hur långt bort sitter drivsteget? Bild?
Du vill ha en kort kabel, samt en bra jordretur ansluten till source. Bra innebär inte grov utan låg induktans. Det är Z som räknas, inte R.
Hur är source och drivsteget anslutet nu?

Avkoppling som nämnts ovan är nog något att titta på.

Tänk på att hela din kylfläns kommer att stråla kraftigt och koppla till allt. Det beter sig som ökad millerkapacitans ungefär, fast mot lite allt möjligt.

bearing: Frihjulsdioder finns, men är inte med på bilden. Jag mätte också att dessa hade bra anslutning innan jag påbörjade försöket.

gkar: Avalanche ska studeras mer ingående.

Kabeln till gate'arna är runt 25 cm lång, men hänger i luften. Dess induktans och kapacitans måste vara väldigt liten.

Mosfet drivning sköts av en FAN7382, tror den är anständig.

Source sitter lödd på en kopparremsa som sticker ut ca 5 cm på flänsen innan den är skruvad i gods.

Lite större gatemostånd kanske kan få vara värt. Jag hoppades på att kunna switcha en bit över hörbara frekvenser med små förluster, men har kört tester på 500Hz och tycker inte det låter något speciellt.

Köpte ett riktigt pådragshandtag från Petrolscooter på eBay. Kostade bara 100 kr och snabb leverans från Storbrittannien. Byggkvaliteten verkade riktigt bra. Vad ska man kalla ett sånt handtag förresten? Strömhandtag, elhandtag, dutyhandtag, setpointhandtag, hastighetsreglage, bör(värdes)handtag, fartvred, hastighetsrulle, hastighetshandtag? Gashandtag blir ju fel.
På bilden syns också potentiometern jag använde innan.
Nedan är en mätning över frihjulsdioderna när jag provade styrningen med en liten motor.
När transistorerna är till så indikerar oscilloscopet batterispänningen som väntat. Sedan sjunker spänningen till det negativa värdet av diodens framspänning, alltså ca -0,5 V. Sen bullar spänningen upp sig, och det måste vara att när induktansens slutat att leda ström genom dioden och spänningen över denna går mot noll, så syns motorns mot-EMK.

Frihjulsdioderna klarar 45V men vet inte inte om det är tillräckligt med tanke på induktansen hos denna stora motor.

Teori: back EMK kanske blir bra högre än vad de klarar och förstör de vid kraftig pådrag och sedan får mosfetarna allt skit istället vilket är lika med rök?

Sedan är det säkert ordentlig gnistbildning vid kolen som det nog inte skadar att eliminera så gott det går med tex lämplig varistor.

Induktansen är nog ganska låg med tanke på att det är så få lindningsvarv, men å andra sidan blir di/dt stor med så hög strömstyrka.

Om dioderna klarar sin uppgift hänger väl mest på deras turn-on time, som jag faktiskt borde mäta.

Mot EMK kan inte bli högre än batterispänningen ens om motorn får hjälp (t.ex. i en nedförsbacke) eftersom det är en serielindad motor. Eller ja, i teorin händer det iallafall inte. I verkligheten kan jag tänka mig att inverkan från restmagnetism i järnet kan punktera denna teori något.

Varistor för att motverka gnistbildning vid kolen kanske hade varit något, det gnistrade som om en vinkelslip vore monterad mot kommutatorn sist jag provade motorn.

25 cm till gatearna är för mycket, induktansen är mycket hög.

Slingan mellan avkoppling, FET, och diod måste vara så liten som möjligt. Det går inte att ha flera cm sladdar. Anledningen är att induktansen i den slingan skapar en spik (leder till avalanche om spiken blir högre än transistorns märkspänning) varje gång FET slår av. Det blir som att köra helt utan frihjulsdiod ett kort ögonblick (hur långt ögonblicket blir beror på slingans induktans, strömmen, och transistorns märkspänning). Snubbers kan hjälpa, men det är bättre att minska slingans induktans som första steg.

Tog åt mig av många bra tips jag fått här och på andra håll och slängde ihop en ny krets.
Jag ersatte högen med MBR1045 frihjulsdioder med en kraftigare STPS12045 shottky diod som dessutom har kapsel med skruvplint.

Här är en film från ett test:

Dags för stöd av inbygga spelare, eller åtminstone bildlänkar?

Långa kvällar med långa analyser är till för höstmörker så drog grovt till med gatemostånd på flera kohm för att få ner spännings- och strömderivator med assoscierade problem. Gatespänningens rise-time blev ungefär 25 us.

Denna gång satte jag mosfetdrivaren nära gatearna och bestämde experimentellt lämpliga värden på kapacitiva snubbers som sattes vid transistorerna och frihjulsdioden.

Snubbers mot induktiva spikar
Mycket riktigt syntes otrevliga spikar över kablarna och vid transistorerna när jag provade några få cykler utan snubbers. Med snubbers höll sig spikarna stabilt under 35 volt, vilket ju är god marginal.

Kabelinduktansen, eller åminstone kabellängden, blir nog lite vad den blir. Man får ju dessvärre liksom inte plats så bra med en controller för 300A RMS på ett litet nätt kretskort med minimalt korta banor.
En idé är väl att man skulle kunna använd skärmad kabel för att få en kabel som är i huvudsak kapacitiv istället för induktiv?
En snubberkonding vid transistorerna är tydligen designpraxis i kommersiella motorstyrningar på elfordon.
Nu blev det tydligt att det hade varit värt krånglet att montera transistorerna på high-side.

Strömmar som kan smälta berg
Transistorerna brann upp igen när jag höll emot utgående drev på startmotorn med en polygrip.
Jag tittade hela tiden på oscilloscopet och det verkade som spänningstransienterna var under kontroll. Därför är jag så gott som helt säker på att transistorerna dog av strömtransienter med efterkommande temperaturtransienter.
Och det är väl inte så förvånande med tanke på hur groteska strömmar en sån här motor drar.
Innan hade jag stått i säkert flera minuter och varvat motorn utan belastning. Kylflänsarna blev varma men alla spänningstransienter såg ut att vara under kontroll.

Mätte även spänningen på gate'arna och den såg oftast ut så här: Oscilloskopet var inställt på 5 volt per ruta. Det såg liknande ut på båda sidor av gatemotståndet när det gäller spikar, så det kanske rör sig delvis om att matningen till drivkretsen måste stabiliseras ytterligare. Det står ju att IRF1404 ska klara +/- 20V på gaten så det var ju inte det som tog kål på transistorerna iallafall.

En teori var också att jag blivit lurad på IRF1404 transistorerna från eBay. När jag mätte ett sample hade den dock faktiskt en RDSon på god marginal från max specifikationen i databladet.

Annan motor?
Nu står jag lite i valet och kvalet om jag ska offra mer tid på den här motorn som ju ändå inte har värst mycket tid kvar på den här sidan om stängslen till världens skrotgårdar. Har börjat snegla lite på en gammal fordonsgenerator som förrutom alla 3-fas motorns fördelar också skulle kunna placeras bättre eftersom den är mindre.
Kedjespänningen är precis som antaget ett problem och infästningen har jag ändå inte plöjt ner speciellt mycket tid på.

Var är det du mäter 35 V-spikar? Vds? 12V-matningen i kretsänden av batterikablarna? Vid vilken motorbelastning?

Det borde ju betyda att även gatedrivern ser 35V-spikar, och den är ju bara specad 25V på Vcc.

Hur ser ditt nuvarande schema ut?

Jag skulle föreslå att ha avkoppling nära dioder och mosfetar för att hålla nere variationerna på 12V-matningen och ta upp rippelströmmen från switchningen. Och att använda en switchfrekvens som är tillräckligt hög för att hålla sig långt in i kontinuerligt strömmod. Annars blir ju strömmen vid transistorernas frånslag enorm och RMS-strömmar överallt kommer att vara stora i förhållande till medelströmmen.

Med långvarig erfarenhet av motorkontrollers kan jag tillägga att något är fel ifall transistorerna
blir varma vid renodlad tomgångskörning. Själv håller jag på att designar ett 9KW drivsteg för
en 10KW 43VDC motor och det är iskallt vid tomgång. Vid högsta belastning (240amp) ligger trissornas
yttemperatur endast på 60 grader (fläktkylda på liten kylfläns). Själva flänsen på 53 grader.
Tyvärr kan jag inte yppa mer om detta projekt just nu.......