MOSFET mit 100µs extrem langsam schalten

[Bernd K. (bkohl)]

ich nutze einen 2kW Permantentmagnetgenerator als Anlasser für einen 
100ccm-Motor. Beim Anlassen entstehen starke Spikes durch die 
Block-Kommutierung.
Z-Dioden zum Absorbieren funtionieren zwar, brennen aber selbst manchmal 
durch, wenn der Motor durchgeht oder abrupt stoppt.
Spricht etwas gegen eine Gate-Ansteuerung Rg=3k / Cg=100nF, um die 
Mosfets so weich wie möglich zu schalten?
Hier geht es nicht um Effizienz, sondern Robustheit. (Rg=100k / Cg=1nF 
funktioniert nicht -> führt zu Schwingungen.)

[Andreas B. (bitverdreher)]

Bernd K. schrieb:
> Spricht etwas gegen eine Gate-Ansteuerung Rg=3k / Cg=100nF, um die
> Mosfets so weich wie möglich zu schalten?

Ja, der MOSFET wird heiß. Ob er durchbrennt weiß nur das DB und die 
genauen Bedingungen

[Bernd K. (bkohl)]

Durchbrennen:
6 Phasen Blockkommutierung hat den Vorteil, dass High- und Lowside nie 
gleichzeitig schalten ( 1 Phase zeitlicher Abstand = 1.4ms bei 1000rpm).
Die Ohmschen Verluste während des Schaltens kann man ja gut berechnen.
Ich habe mehr Angst vor parasitären Effekten. Die große Gatekapazität 
von 100nF reduziert schon mal den Einfluss von der Drain-Gate-Kapazität.

[Andreas B. (bitverdreher)]

Bernd K. schrieb:
> Die Ohmschen Verluste während des Schaltens kann man ja gut berechnen.
Dann tu das mal zuerst. Du wirst staunen.

> Ich habe mehr Angst vor parasitären Effekten.
Welche parasitäre Effekte meinst Du?

[c r (Gast)]

Wenn Z-Dioden gut funktionieren, nur nicht robust genug sind, dann bau 
dir doch eine Power-Z-Diode.

[Bernd K. (bkohl)]

Berechnung: 150V Brückenspannung, Bei Uds=1/2*Us
P=75V*10A=750W im Schaltmoment
duty ratio bei 700Hz = 120µs/1400µs= 9%
Pv= 0.09* 375W= 68W
also 12W pro Mosfet (3 Halbbrücken). Das ganze geht auch nur maximal 
20s, dann wird der Startversuch abgebrochen.
Trotzdem: die Pulsleistung ist schon stattlich.

@cr:
dicke Absorber sind auch ein Weg, aber die Störung an der Ursache zu 
bekämpfen wäre halt hier der Ansatz

Ich werds heute einfach mal versuchen. Drückt mir die Daumen. Ich werde 
berichten.

[ArnoR (Gast)]

Bernd K. schrieb:
> Spricht etwas gegen eine Gate-Ansteuerung Rg=3k / Cg=100nF, um die
> Mosfets so weich wie möglich zu schalten?
> (Rg=100k / Cg=1nF funktioniert nicht -> führt zu Schwingungen.)

Vielleicht wäre es besser, die Miller-Kapazität (also Cgd) zu vergrößern 
und damit das Miller-Plateau zu verlängern. Das entspricht dann eher 
einem verlängertem "natürlichen" Schaltvorgang.

[Konrad (Gast)]

jetzt mal unabhängig von der Verlustleistung:
Mosfets schaltst Du am besten "weich" durch einen Gatevorwiderstand und 
einen Kondensator zwischen Gate und Drain. Dann hast du einen fast 
linearen Spannunganstieg.

[Bernd K. (bkohl)]

Miller-Plateau:
hab mal gerechnet. Bei Rg=1k und 10V vom Treiber fließen 10mA durch Cgd.
Slewrate bei 10nF zwischen Drain und Gate: SR = I/Cgd = 1 MV/s
Nach 130µs sind das 130V. Das würde passen. Wenn es halt nur nicht 
schwingt.

[Achim S. (Gast)]

Bernd K. schrieb:
> Wenn es halt nur nicht
> schwingt.

Die erhöhte Millerkapazität ist eine bewährte Methode, wenn man die 
Schaltzeit des FET bremsen will. Kritisch bezüglich Schwingungen kann es 
nur werden, wenn du das Ganze innerhalb einer Regelschleife betreibst, 
die durch den gebremsten FET Probleme kriegt. Aber das wäre dann mit 
jeder Methode, den FET zu bremsen, gleicht problematisch (auch mit dem 
einfachen RC-Tiefpass vor dem Gate).

Bernd K. schrieb:
> Trotzdem: die Pulsleistung ist schon stattlich.

Welchen FET nimmst du denn? Was sagt das SOA-Diagramm und was die 
Thermal impedance?

Bernd K. schrieb:
> dicke Absorber sind auch ein Weg, aber die Störung an der Ursache zu
> bekämpfen wäre halt hier der Ansatz

Die Ursache deines Problems besteht offenbar darin, dass du viel 
überflüssige Energie in kurzer Zeit verheizen musst. Ob du das in einem 
kräftigeren Absorber tust oder im Schalt-FET geht beides gleichermaßen 
an die Ursache.

[Bernd K. (bkohl)]

Danke an alle. Hier mein Fazit nach dem Umbau:

Start-Kommutierung mit 3 Halbbrücken:
1. Mosfet mit 130µs Gatekreis schwingt bei induktiver Last (1µs ist ok)
2. 200V DC-Schiene mit  1µ/450V MLCC + 10µF/700V PP filtern effektiv das 
"Bürstenfeuer" weg. Kurzer Abstand zwischen MLCC und Mosfets wichtig.

Energieabsorption bei Stop aus Nenn-Drehzahl durch Wegfall der Last:
1. Energie aus Generator-Induktivität von 15mH E=1/2  L  I^2 ist 
gering und über 10µ absorbierbar.
2. Spannungsanstieg durch Wegfall der Last killt u.U. die TVS-Diode. Am 
besten man lässt die weg.
3. Der Lebenslauf einer TVS-Diode, mit dem die Schaltung umgehen muss:
Absorbieren -> Schmelzen (Kurzschluss) -> Verdampfen (Unterbrechung)
Meine konnte es nicht.

Danke an "Achim S" und "ArnoR" bzgl der Millerkapazität! Den Weg kannte 
ich noch nicht.