Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik 230V Phasenaschnitt killed 600V MOSFET


von Olaf B. (bitbo)


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Hi!

Vorab:
Es geht hier nicht darum, wie man einen Phasenanschnitt designed oder 
umsetzt, sondern um einen Effekt den ich beobachten aber nicht erklären 
konnte - also eher eine Grundsatzfrage.

Das Prinzipbild ist angehängt.
Wenn ich den MOSFET bei 90-95% Phasenreferenz durchschalte, liegen in 
dem Moment eigentlich nur noch 10-20 Volt an der Spule an.
(Phase (L) ist kurz vor dem Nulldurchgang)

Bei mir ist es aber so, dass ich in dem Moment mit einem 
potenzialgetrennten OSZI und 100er Tastspitze die Spannung über der 
Spule messe und dabei ca. 1000-1200 Volt Spulenspannung feststelle, 
welche meine 600V MOSFET´s zerstört. Und ich habe genau geprüft, es ist 
nicht der Ausschaltvorgang, sondern der Einschaltvorgang.

Ich muss dazu sagen, dass es sich um eine Monster-Spule mit offenem 
Eisenkern handelt (9 Ohm DC, Induktivität und Kapazität unbekannt)


Grundsatzfrage:
Wieso kommt es zu diesem Effekt?

Hat jemand Ähnliches festgestellt, bzw. "abgestellt" ?

Danke, bitbo

von senama (Gast)


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Olaf B. schrieb:
> Das Prinzipbild ist angehängt.
Zeige die richtige Schaltung - in diesem "Prinzipdings" ist so gut wie 
alles faslch.

Vorher kann man gar nichts mehr dazu schreiben.

von oszi40 (Gast)


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Olaf B. schrieb:
> Und ich habe genau geprüft, es ist
> nicht der Ausschaltvorgang, sondern der Einschaltvorgang.

1.Ein "Transistor" für 30A hat ein Datenblatt.
2.Daraus könnte man erkennen welcher Strom zur Ansteuerung nötig wäre um 
ihn leitend zu machen. Wenn er nur etwas und nicht GANZ durchsteuert, 
wird reichlich viel Leistung verbraten werden, die nicht ausreichend 
abgeführt wird?
3. Falls es doch ein MOSFET sein sollte, wird dieser eine Schutzdiode 
haben, die evtl. die ganze Abschaltspannung der Spule abbekommt. Das 
wäre auch ungesund und erzeugt Hitze. Miß mal vorsichtig die Spannungen 
über dem MOSFET. Bis solch eine Schaltung zuverlässig funktioniert, 
braucht man etwas Wissen und einen Eimer für defekte 
Transistoren/MOSFETS.

von Carsten R. (kaffeetante)


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senama schrieb:
> Zeige die richtige Schaltung - in diesem "Prinzipdings" ist so gut wie
> alles faslch.

Nur so zum Beispiel:

Die Rede ist von einem MosFet. In der Schaltung ist das aber kein 
MosFet. 230 Volt AC Netzspannung mit einem MosFet..., die sind nicht 
rückwärtssperrend! Die negative Spannungshalbwelle wird durchgelassen 
und lädt die Spule auf. Stichwort Induktion. Phasenanschnitt schreit 
eher nach TRIAC. ... Es gibt im 230 Volt Netz Nulleiter und 
Phase/Außenleiter. Was verbindest du mit GND/Masse der Ansteuerung des 
Transistors, welche du .tran 0.1 nennst? Was passiert wohl wenn man den 
Stecker umdreht? Es wird wohl kaum fest verkabelt sein.

Bei dem Wissensstand rate ich dringend davon ab real mit Netzspannung zu 
basteln. Simulationen sind natürlich was anderes. ;)

Olaf B. schrieb:
> Es geht hier nicht darum, wie man einen Phasenanschnitt designed oder
> umsetzt, sondern um einen Effekt den ich beobachten aber nicht erklären
> konnte - also eher eine Grundsatzfrage

Ich hoffe Du weißt was man mit dem Stromnetz verbindet, bzw. was man 
nicht mit dem Netz verbinden sollte. Für die Grundsatzfrage sind 
Beschreibung und Aufbau sowohl zu widersprüchlich, als auch 
unvollständig.

: Bearbeitet durch User
von Olaf B. (bitbo)


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Danke erst einmal für die Hinweise.

Ich weiss, das ein TRIAC für die Aufgabe besser wäre und nun Fragen 
kommen, warum ich nur die positiven Halbwellen nehme, aber sagen wir, 
mal ich möchte das so (weil es noch weiter geht).

Ich habe das Ganze noch einmal genauer aufgemalt um es klarer zu 
gestalten.
Aber Bitte: Es geht nicht um das generelle Design/Konzept, sondern um 
die Tatsache, dass beim Durchschalten des MOSFET an der Spule eine 
Spannung von über 1000 Volt aufritt. (NICHT beim Öffnen, da ist die 
Freilaufdiode schnell genug)
Ich würde gerne den Scope-Shot ahhängen, aber der USB-Stick ist nicht 
(mehr) lesbar - werde das aber auf der Baustelle bald erneut messen 
können.

Ich habe den Effekt durch den Einsatz von fetten Filtermodulen (vor der 
Spule) minimieren hönnen, wüsste aber trotzdem gerne, warum und wieso 
das überhaupt aufritt.....
 Merci, bitbo
--------------------------------

Hier zur info die Datasheets:

Brückengleichrichter KBPC2504
http://www.farnell.com/datasheets/657189.pdf

Dioden:
DSI45-08A, 800V, 45A
http://www.farnell.com/datasheets/1915335.pdf

MosFET
FCA47N60, 600V, 47A, 70mOhm
http://www.farnell.com/datasheets/1847564.pdf

von Der Andere (Gast)


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Was ist das für ein "potentialgetrenntes Hameg Oszilloskop"?

Hast du das Oszi etwa über einen Trenntrafo angeschlossen? Dann bist du 
Anwärter auf den Darwin Award.

Wenn du Oszi Bilder hast dann poste die hier mit dem realen Schaltplan.

Ih schliesse mich Carstens Meinung an:
Carsten R. schrieb:
> Bei dem Wissensstand rate ich dringend davon ab real mit Netzspannung zu
> basteln. Simulationen sind natürlich was anderes. ;)

von Stefan F. (Gast)


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Die 1000 Volt können unmöglich beim Einschalten des Transistors 
entstehen, wo sollen die her kommen?

Beim Ausschalten können sie jedoch durchaus entstehen, nämlich wenn sich 
ein Magnetfeld abbaut.

von Achim S. (Gast)


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Olaf B. schrieb:
> um
> die Tatsache, dass beim Durchschalten des MOSFET an der Spule eine
> Spannung von über 1000 Volt aufritt.

das wäre in der Tat sehr merkwürdig. Ist es ein µs breiter 1000 V Peak? 
Oder sieht es wie ein angeschnittener Sinus aus, nur dass er statt bei 
10V bei 1000V startet?

Entweder hat du einfach einen Messfehler:z.B. falscher Teilerfaktor für 
den Tastkopf eingestellt. Oder die differentielle Messung mit deinem 
potentialfreien Oszi funktioniert doch nicht so wie gedacht. (Kannst ja 
mal konkret sagen, welches Messequipment du wie einsetzt. Wenn du dann 
geschimpft wirst, weil du Leben gefährdest, dann konnte ja an der 
Schimpferei ein wahrer Kern dran sein).

Oder das Durchschalten findet nicht so statt, wie du es dir vorstellst 
(z.B. weil der links gezeichnet Block mit µC, Phasenerkennung, 
MOSFET-Treiber... nicht so funktioniert, wie du es dir vorstellst)

Wenn du die Messungen mal hier einstellst und etwas mehr übers 
Messequipment verrätst, kann man vielleicht mehr sagen.

von Carsten R. (kaffeetante)


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Das sieht ja schonmal ganz anders aus. Auch wenn du betonst daß es nicht 
um das Design geht, so ist das Design für solche Effekte maßgeblich. 
Sowohl Schaltplan als auch Layout sind von großer Bedeutung.
Sorry, aber...

Als Analogie könnte man auch sagen: Mein selbstgebauter Turbodiesel 
funktioniert nicht. Wieso? (Anbei ist ein Fragment einer Blaupause einer 
Dampfmaschine, die so niemals hat funktionieren können.) Ich will aber 
nicht darüber sprechen wie man es richtig macht, wie die Skizze aussieht 
oder wie es tatsächlich aufgebaut ist.

Um deine "Grundsatzfrage" zu beantworten muß man grundsätzlich wissen 
was du da wirklich exakt gebaut hast.


> Wenn ich den MOSFET bei 90-95% Phasenreferenz durchschalte, liegen in
> dem Moment eigentlich nur noch 10-20 Volt an der Spule an.
> (Phase (L) ist kurz vor dem Nulldurchgang)
>
> Bei mir ist es aber so, dass ich ... die Spannung über der
> Spule messe und dabei ca. 1000-1200 Volt Spulenspannung feststelle,

Das liest sich etwas seltsam. Sollte das heißen:

"Ich erwarte an der Spule zu dem zeitpunkt 10-20 Volt, messe aber 
1000-1200 Volt."

Was an der Spule anliegt ist dem Fet egal. Es geht darum was am Fet 
anliegt. Dafür ist es entscheidend was da am FET und seinem Treiber als 
"Masse" genutzt wird. Ich setze Masse in Anführungszeichen, weil das bei 
Dir etwas durcheinander geht.

Ich nehme an du hast die Spannung an der Spule an MP1 und MP2 gemessen. 
Ich habe den Verdacht, daß zwischen Source vom Fet und MP1 schon vor dem 
Schalten eine hohe Spannung anliegt, welche du dann zwischen MP1 und MP2 
mißt nachdem der Fet geschaltet hat.

Ist die Anbindung an deine Black Box isoliert / galvanisch getrennt 
ausgeführt? Es geht darum ob noch IRGENDETWAS anderes an dieser "Masse" 
hängt. Denn das ist keine Masse, sondern der Minuspol vom Gleichrichter. 
Und irgendetwas muß da sein. Fet und Treiber funktionieren nicht ohne 
weitere Bauteile.

Außerdem spielt besonders an dieser Stelle das Layout mit rein. Die 
"Masseverbindung" zwischen Treiber und Fet sollte möglichst kurz sein 
und darf nicht vom Laststrompfad belastet sein (Layout).

Es ist unklar ob das nun dein tatsächlicher Aufbau ist (Massive 
Unterschiede zum Plan zuvor. Insgesamt etwas kruddelig. Welche Aufgabe 
haben D6 und D7?). Ich könnte mir vorstellen daß du irgendwie, 
insbesondere im Hinblick auf die Massefrage und die Dioden, es geschafft 
hast den Gleichrichter als Spannungsvervielfacher zu betreiben.

: Bearbeitet durch User
von Olaf B. (bitbo)


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Danke Carsten - das sind mal fundierte Anmerkungen - da hat es gleich 
schon mindestens einmal "Klick" gemacht. Du bringst mich auf die 
richtige Fährte :-)

>Sowohl Schaltplan als auch Layout sind von großer Bedeutung.
Mittlerweile stimme ich da voll zu!

>Ich setze Masse in Anführungszeichen, weil das bei
>Dir etwas durcheinander geht.
Ist klar, "Masse" ist der Minus-Ausgang des Brückengleichrichters. Der 
MOSFET Treiber + dessen VEE liegt dort entsprechend an.

Der uC ist aussen vor, da der MOSFET Treiber galv. trennt.

>Es geht darum ob noch IRGENDETWAS anderes an
>dieser "Masse" hängt.
Ja, das ist schon klar, ist komoplett isoliert.

>Die "Masseverbindung" zwischen Treiber und Fet sollte möglichst kurz sein
Da haben wir schon mel den ersten Verdächtigen, das sind gut 5 Meter !!!
Ist örtlich nicht so einfach, aber darum kümmere ich mich auf jeden Fall 
als Erstes. Hintergrund: Da auf den 5 Metern viel Elektrosmog ist, 
wollte ich nicht das TTL zum Treibereingang über die 5 Meter schicken, 
sondern den niederohmigen Ausgang....
Vielen Dank für den Hinweis!

>Es ist unklar ob das nun dein tatsächlicher Aufbau ist
Das passt schon so...

>Welche Aufgabe haben D6 und D7?)
D7 war vor D6 im Layout, um das zurückschwingen der Spule abzufangen.
Der MOSFET hat zwar selbst auch eine Diode, die externe D7 ist aber ca. 
zehn mal schneller gewesen.

Als der MOSFET/IGBT Eimer dann voll war (15 versch. Typen), habe ich D6 
hinzugefügt. Das war vor zehn Jahren, seit dem läuft das unter allen 
Bedingungen einwandfrei (mehrfach) ?!!?!?!?!?!?

>z.B. falscher Teilerfaktor für den Tastkopf eingestellt.
Zum Thema Messen: Ich verwende einen 1KV Differenz-Tastkopf (1MHz) + 
Trenntrafo vor dem Oszi. Bei der Messung bin ich immer mind. 3 Meter 
entfernt ;-)

Interresant ist auch noch, das der Effekt mit zunehmendem Duty geringer 
wird. Messfehler möchte ich erst einmal ausschließen, da ich bei 100% 
Duty auf dem Oszi eine perfekte positive Sinus-Halbwelle mit 320V Peak 
sehe. Nur bei 15% - 3% Duty tritt der Effekt massiv auf. Zur Erinnerung: 
Ich mache "Phasen"-Anschnitt und nicht -Abschnitt.


>es geschafft hast den Gleichrichter als Spannungsvervielfacher zu
>betreiben.
Guter Hinweis, die nächste Messung wird ein paar mehr Messpunkte 
haben...

>Ist es ein µs breiter 1000 V Peak?
Habe ich nicht genau im Kopf, aber irgendetwas zwischen 200-600 us. 
X-Achse stand auf 1ms/div und die 1000V waren deutlich als Kurve 
erkennbar...

>Beim Ausschalten können sie jedoch durchaus entstehen,
>nämlich wenn sich ....
Beim Ausschalten habe ich definitiv kein Problem, da ist ein kleines 
3-5V Ripple, da der uC den Nullpunkt nur zu 99,7% "trifft"...
(der TRIAC hat´s da leichter)

Vielen Dank erst einmal

bitbo

von Der Andere (Gast)


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Olaf B. schrieb:
> Ich verwende einen 1KV Differenz-Tastkopf (1MHz) +
> Trenntrafo vor dem Oszi.

Wozu den gefährlichen Unfug das Oszi an einen Tranntrafo zu hängen.
Häng deine Schaltung an den Trenntrafo und NICHT DAS OSZILLOSKOP wie 
eine Million andere es vor dir richtig gemacht haben.
Es fehlen immer noch Oszillosgramme und Bilder vom Aufbau.

von Chriss (Gast)


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Das DUT gehört an den Trenntrafo !
NICHT das Oszi !!!

von Olaf B. (bitbo)


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Holla !

>Es fehlen immer noch Oszillosgramme und Bilder vom Aufbau.
Ich schrieb bereits:
Ich würde gerne den Scope-Shot ahhängen, aber der USB-Stick ist nicht 
(mehr) lesbar - werde das aber auf der Baustelle bald erneut messen
können.

>Das DUT gehört an den Trenntrafo !
>NICHT das Oszi !!!
Is ja gut - ich habe es jetzt verstanden, aber leider können meine 
Trenntrafo´s nur 800 Watt, das 'DUT' Gerät nimmt bei Vollast aber 3KW 
aus dem Netz. Da kann ich meine drei Trenntrafo´s ja mal 
zusammenschalten ;-)

Trotzdem Danke für den Hinweis
(mir war nicht wirklich bewusst, dass obwohl das Oszi aus Kunstoff ist, 
ich die Masse vorne am Gehäuse nicht berühren sollte - mein 3 Meter 
Sicherheitsabstand hat mich bislang vor der Erfahrung geschützt)

bitbo

von hinz (Gast)


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Olaf B. schrieb:
> Der MOSFET hat zwar selbst auch eine Diode, die externe D7 ist aber ca.
> zehn mal schneller gewesen.

*Sperr*verzögerungszeit!

von Gerd E. (robberknight)


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Olaf B. schrieb:
> Guter Hinweis, die nächste Messung wird ein paar mehr Messpunkte
> haben...

Miss u.a. auch mal Gate-Source.

Wenn z.B. die Versorgung des Treibers ständig zusammenbricht, die 
µC-Steuerung Mist macht oder die Leitung Treiber-Gate stark gestört 
wird, kann es passieren daß der FET ständig ein- und ausschaltet. Dieses 
ständige ein/aus verwandelt dann Deine Kombination aus FET und Spule in 
einen Schaltregler.

von oszi40 (Gast)


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Gerd E. schrieb:
> Miss u.a. auch mal Gate-Source.

...und Spannungsdifferenz auf der 5m langen Masseleitung?
Könnte man zur Gegenprobe Deine 5m-Anschlussleitung auf einige cm 
verkürzen?
Evtl. wurde schlechter Massepunkt gewählt und bei hohem Strom Dein 
MOSFET durch falsche Gatespannung gekillt?

Olaf B. schrieb:
> Monster-Spule mit offenem
> Eisenkern handelt (9 Ohm DC, Induktivität und Kapazität unbekannt)

Könnte man messen. Evtl. kommt die Spule zufällig in Resonanz durch 
Deine MOSFET-Erregung? Dann wären höhere Spannungen durch resonante 
Schwingungen durchaus eine weitere Idee um den MOSFET von hinten zu 
killen.

von Atmega8 A. (atmega8) Benutzerseite


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oszi40 schrieb:
> Evtl. kommt die Spule zufällig in Resonanz durch
> Deine MOSFET-Erregung? Dann wären höhere Spannungen durch resonante
> Schwingungen durchaus eine weitere Idee um den MOSFET von hinten zu
> killen.

Schaut euch doch die Schaltung an, wenn er den Transistor das erste mal 
abschaltet muss der eigentlich kaputt gehen, da gibt es kein 
Snubber-Network und auch sonst nichts was die Energie der Spule nach dem 
Abschalten ableitet.
Das Ding muss einfach kaputt gehen, ich sehe keinen Grund weshalb dieses 
Gebilde auch nur eine Sekunde lang funktionieren sollte.

von hinz (Gast)


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Atmega8 A. schrieb:

> Schaut euch doch die Schaltung an, wenn er den Transistor das erste mal
> abschaltet muss der eigentlich kaputt gehen, da gibt es kein
> Snubber-Network und auch sonst nichts was die Energie der Spule nach dem
> Abschalten ableitet.

Freilaufdiode.


> Das Ding muss einfach kaputt gehen, ich sehe keinen Grund weshalb dieses
> Gebilde auch nur eine Sekunde lang funktionieren sollte.

Augen auf!

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