Hallo zusammen, ich habe eine Platine entworfen und gebaut, die eine H-Brücke, die zwei nötigen Halbbrücken-Treiber, einen Zwischenkreis (mit dicken Kondensatoren), Ansteuerelektronik, Sensorik (Strom, Spannungen und Temperatur messen) auf einer Platine vereint. Das ganze dient der Ansteuerung eines 24V/100W DC-Motors. Für diese Platine brauche ich drei Spannungen: 3.3V Logikspannung für die Sensoren und Logik-Gatter (ausserdem wird mit der 3.3V Quelle auch der µC betrieben), ausserdem eine 12V Quelle für die Halbbrücken-Treiber und die 24V Spannung, welche einerseits die Stepdowns(3.3/12V) versorgt und andererseits die H-Brücke und damit den Motor versorgt. Die Platine ist in zwei Bereiche gegliedert: Oben die Logikschaltungen mit 3.3V, unten die Leistungselektronik. Allerdings gehen die Stromsensoren (anders gehts ja nicht) und zwei Temperatursensoren (welche die MOSFETs überwachen) auch in die Leistungsbereiche. Über einen Stecker oben werden Signale und 3.3V zugeführt, unten 12/24V und der Motoranschluss. Die H-Brücke wird über einen Zwischenkreis mit fetten Kondensatoren (insgesamt 4000µF, welche hohe Ripple-Ströme aushalten) versorgt, dieser wiederum durch eine Leistungsdiode aus der 24V-Quelle versorgt. Funktioniert! Naja, nicht so richtig. Ab einem bestimmten PWM-Duty-cycle (und damit ab einem bestimmten Motorstrom) kommen so hohe Spannungsspitzen in alle Spannungsversorgungen, dass vor allem die 3.3V Logikgatter Unsinn machen. Auch der AD-Wandler und die signale zum µC werden gestört. Kein Wunder: Das Oszi zeigt auf der 3.3V-Leitung Schwingungen von ca 2V Peak-Peak. Genau mit der PWM-Frequenz erscheinen diese Schwingungen mit einigen Nachschwingern. Mit zusätzlichen Kondensatoren (10µ 100µ Elkos und 1µ 100n 10n Kerkos) an allen Quellen und direkt an sensiblen Bauelementen konnte ich diese Probleme etwas verbessern, vom gewünschten Betriebsverhalten bin ich aber noch weit entfernt. Wirkliches Problem: auch wenn ich die Spannungsquellen separiere und 3.3V-Logikspannung durch ein anderes Modul des Labornetzteils erzeugen lasse, nehmen die Störungen nicht ab. Damit sind Probleme durch starke Schwankungen vor dem 3.3V-Step-Down-Wandler ausgeschlossen. Bedeutet für mich: Induktive Spannungseinkopplung auf der Platine. Vermutlich an den Stellen, wo 3.3V-Komponenten (Sensoren) am Leistungsbereich der Platine sitzen. (siehe Bild) Damit wäre diese Platine, so wie sie ist, unbrauchbar!!! Fällt jemandem vllt eine Lösung ein? Wo könnte ich z.b TP-Filter zwischenbauen? Wie kann ich die EMV-Probleme in den Griff bekommen. Scheinbar habe ich mir im Vorfeld wohl zu wenig Gedanken um das Thema gemacht... Wäre für Hilfe sehr dankbar! Schöne Grüße Flo
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Schema ist gut, aber Schaltplan und insbesondere Aufbau sind wichtiger. Zeig mal die Platine her.
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Floh schrieb: > Schema ist gut, aber Schaltplan und insbesondere Aufbau sind wichtiger. > Zeig mal die Platine her. Anbei Schema und Board... Aber die zusätzlich eingelöteten Kondensatoren sind darin noch nicht berücksichtigt.
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Man sollte in der Leistungselektronik Hin- und Rückleiter so nahe wie möglich und so grossflächig wie möglich halten und keine Schlaufen bilden! Wie gross ist die Überspannung an den FETs beim Schalten? Ich kann zum Bleistift nicht mal auf den ersten Blick plus und Minus der 24V finden!
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Hallo zusammen, anbei nochmal das Board mit Schema überlappt. Ich hoffe man kann nun besser erkennen, wie der Strompfad auf dem Board verlegt wurde. Die dicken schwarzen Linien symbolisieren breite Leiterbahnen mit hohem Stromfluss im 24V-Bereich, die roten dünnen Linien zeigen die beiden die Sensoren (3.3V-Vcc), welche sich im Bereich um die Leistungselektronik befinden. Schöne Grüße und danke für eure Hilfe!
Ist es dir selber jetzt noch nicht aufgefallen??? Das Layout ist Schrott! - die Fläche die Zwischen +24 und GND aufgespannt ist ist riesig! - die Zwischenkreiskondis gehören zu den Schaltern. Bei jedem Schalten wirst du in der Zuleitungen zwischen FET und Zwischenkreis ordentlich was aussenden. Deshalb ist die Störung auch lastabhängig. - Durch die hohe Zuleitungsinduktivität zu den FETs wirst du beim schalten sehr hohe Überspannung fabrizieren. Hast du die Spannung über einem Schalter schon mal gemessen? Dürfte dir gar nicht gefallen! - Für was ist der Stromsensor in der +Leitung? Den Strom kennst du schon (Phasenstrom und Schalterstellung kennst du ja) - den Stromsensor würde ich eher vor den Zwischenkreis-C platzieren. Mit dem Layout wirds nix, ehrlich...
Mit dem Layout kannst du das vergessen. Alleine Schon dass du für die 2 Temperatursensoren unten die Leiterbahnen um die gesamte Platine gewickelt hast ist tödlich. Und die Mosfet Treiber sind ja Kilometer weit von den Mosfets entfernt. Dazu noch die geschalteten 24V am Logic Teil vorbei gezogen. Bau erst mal die H-Brücke + Treiber neu auf. ( Ein stück nach links, C + Treiber direkt dran, Stromsensor s.o.) Dann den Logic Kram hinterher. Ich hoffe deine Belegung von der Unteren Anschlussleiste ist noch nicht fix.... Sonst hast du ein Problem. BTW: Befestigungslöcher?
Ich habe im Plan keine Spulen in den Versorgungsleitungen gefunden. Die helfen auch, Stromspitzen zu unterdrücken.
Okay, ich fasse zusammen, diese Platine wird wohl nie funktionieren, wie sie sollte... Mist! Letztlich ist halt alles schon aufgebaut und nicht mehr änderbar. Bedeutet neu Layouten der Boards... Was ich wirklich noch versuchen kann ist: @schrieb schrieb: Spulen habe ich im Vcc3.3V tatsächlich nicht drin. Das könnte ich noch einfügen. Auch wenn ich nicht genau weiß, wo... vermutlich in der 3.3V-Zuleitung bei den Sensoren, damit dort die induzierten Störspannungen gefiltert werden?! @Tim: Keine Befestigungslöcher: Das Board/Modul gibt es gleich zweimal und wird mit den Steckerleisten (oben und unten) auf ein Mainboard aufgesteckt, welches auch das µC-Modul aufnimmt und die Spannungsregulatoren aufnimmt. Auf dem Mainboard wird dann Buchsenleiste->Motorbuchse umgesetzt. War wohl auch ne blöde Idee, weil sich der Strompfad um weitere um 1-2cm verlängert. Wieso sollten die Treiber so ultimativ nah an die MOSFETs? Klar, der Pfad fürs Laden/Entladen des Gates verlängert sich und damit auch die Gatekapazität, aber ich halte meine 3.3V-gestützte Treiberansteuerung doch dann weiter von den starken EM-Feldern der MOSFETs fern. Das durch mehr Abstand schlimmere EM-Feld des Gate laden/entladen ist vermutlich das geringere Übel, oder nicht?! @POWER: Danke für die ganzen Denkanstöße, werden in einem neuen Layout sicher Beachtung finden. Die Überspannungen werde ich morgen mal messen. Im nächsten Design würde ich die H-Brücke mittig setzen, links und rechts sehr nah die Zwischenkreiskondensatoren dran, Wege verkürzen und den Motorstecker auch mit auf die Platine, statt noch über den Umweg der Pfostenleiste.. Wie bekomme ich allgemein eine gute Abschirmung der Leistungs- gegenüber der Logikelektronik? Den MOSFET/Zwischenkreis-Teil räumlich weiter separieren (ggf. andere Platine), Metallumantelung (GND24V-Metallkasten über den Leistungsteil)? Optokoppler für die Signale? Aber wie die Temperatur rund um die FETs messen? IR-Temperatur-Sensoren (TPS334) sind vllt ein bissel übertrieben?! Dankeschön!
> Spulen habe ich im Vcc3.3V tatsächlich nicht drin. Das > könnte ich noch einfügen. Das nützt dir nix wenn die 24V dir die Masse versauen. Was bei dir der fall sein dürfte da du GND Direkt am Lowside Fet angeschlossen hast (was erstmal nicht Falsch ist), dann aber noch ein Stück Kupfer bis zu den Cs hast.... > Auf dem Mainboard wird dann Buchsenleiste->Motorbuchse umgesetzt. > War wohl auch ne blöde Idee, weil sich der Strompfad um weitere um 1-2cm > verlängert. Naja, Du hast dann die ganzen Bösen Signale über dem µC und auch noch nebendran da auf gleichem Board..... > Wieso sollten die Treiber so ultimativ nah an die MOSFETs? > Das durch mehr Abstand schlimmere EM-Feld des Gate > laden/entladen ist vermutlich das geringere Übel, oder nicht?! Du weißt schon das die Gates mit Strömen im A-Bereich Auf/Entladen werden? Du weißt auch das die Gates nicht mehr als 10-15V haben wollen? Bei Langen Strippen und schlechter Masseanbindung klingelt die Spannung an den Gates. -> Mehr Verlustleistung bis hin zum vorzeitigen Ausfall.... > Die Überspannungen werde ich morgen mal messen. Bitte KURZE Masse Feder am Tastkopf! Nicht das Ding mit dem Krokodil dran. > Wie bekomme ich allgemein eine gute Abschirmung der Leistungs- gegenüber > der Logikelektronik? Nicht die Wirkung bekämpfen. Die Ursache eliminieren. Sorge dafür das die Schaltung möglichst wenig Krach macht. Rest erledigt eine gute Masseführung. > Aber wie die Temperatur rund um die FETs messen? 1. Warum willst du die unbedingt Messen? 2. Warum 3 mal? 3. Einbaulage? (Warme Luft steigt nach oben....) Andere Frage: Warum das Rad neu erfinden? http://www.infineon.com/dgdl/Automotive_Power_SG_2013.pdf?folderId=db3a30431ddc9372011e26863f92474e&fileId=db3a30431ddc9372011e2692f130475f
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