Mosfet-Fahrer fährt kein Mosfet

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Ich habe folgende Schaltung:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der MOSFET-Treiber MCP1402 sollte den N-Kanal-MOSFET BUK7Y13 mit 12 V ansteuern , aber ich sehe ein viel schwächeres Signal, das um 0,7 V schwingt und verhindert, dass das Gate den MOSFET einschaltet.

  • Die treibende Last besteht aus nur 3 LEDs und einem Widerstand in Reihe, wie hier beschrieben . Ich habe sowohl einen vollständigen Streifen als auch einen kurzen Abschnitt mit nur 3 LEDs ausprobiert.
  • Ich habe versucht, einen zusätzlichen polarisierten 4,7-uF-Kondensator zwischen 12 V und GND hinzuzufügen, ohne Wirkung.
  • Ich habe drei dieser Schaltkreise und sie weisen alle die gleichen Symptome auf, es handelt sich also nicht um fehlerhafte Komponenten.
  • Selbst ohne Last (ohne LEDs) fühlt sich der MCP1402 heiß an, aber ich denke nicht, dass er annähernd die maximale Temperatur erreicht.
  • Ich hatte zuvor die gleiche Schaltung ausprobiert, jedoch mit einem FAN3229-Treiber und ohne R2, aber ähnliche Ergebnisse erzielt.

Der FET hat eine Gate-Ladung von 5 nC und der Treiber kann 500 mA ausgeben - das scheint mir in Ordnung zu sein, aber die Schaltung funktioniert nicht und ich bin ratlos. Ich nehme an, dass ich etwas über die Verwendung eines MOSFET-Treibers nicht verstanden habe, aber ich kann nicht sehen, was.

Bearbeiten :

Schaltungslayout

Hier ist ein Auszug aus dem Layout - rechts von der rechten blauen Linie befindet sich eine Ebene, die in beiden Diagrammen "SG" ist und mit der unteren Seite der LEDs verbunden ist. Und das Flugzeug links von der linken blauen Linie ist GND. Die anderen beiden Verbindungen, PWM zur Steuerung und die Verbindung zum Treiber, sind klar.

Wie Sie sehen können, ist Pin 4 das Gate, Pin 1-3 sind die Source für GND und die Lasche / Basis ist der Drain für SG.

"Ohne Last" bedeutet, dass keine LEDs von der Schaltung angesteuert werden, und ja, ich habe mit einem Oszilloskop bestätigt, dass eine schöne 5-V-Rechteckwelle von meiner MCU eingeht, sodass das Signal korrekt ist. Ich sollte auch hinzufügen, dass ich gelegentlich ein sehr, sehr schwaches Flackern von den LEDs sehe, wie ich es erwarten würde, wenn das Gate teilweise eingeschaltet ist.

Bearbeiten 2:

Nachdem ich das Offensichtliche ausgeschlossen habe, ist hier die vollständige Schaltung und das Layout, die ich aus Gründen der Klarheit zuvor nicht veröffentlicht habe.

Die Polygone SG1, SG2 und SG3 sind rechts oben rot (oben) / blau (unten) und mit vielen (thermischen) Durchkontaktierungen verbunden. Das 12-V-Polygon ist auf der unteren Hälfte der Platine blau (unten), auf der oberen Hälfte blau (unten) und auf der meisten Platine rot (oben). Die Stromversorgung ist eine große Desktop-Versorgung und die MCU funktioniert wie bei 5 V programmiert, LED1 funktioniert, PWM für Treiber funktioniert, es ist nur ein Signal von den Treibern. Alle Komponenten wurden kürzlich von Farnell gekauft.

Volle Cicruit Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Mike B.
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Post Layout? Haben Sie die PWM-Seite untersucht, um zu wissen, was Ihre Eingabe tut?
Erik Friesen
Sind Sie sicher, dass die Gate- und Drain-Pins des MOSFET nicht vertauscht sind?
W5VO
Vielen Dank für Ihre Zusagen - ich habe einen Teil des Layouts hinzugefügt, und ja, ich glaube, Gate / Drain sind korrekt.
Mike B
Können Sie das wahre Grundriss veröffentlichen?
Erik Friesen
Vollständiges Layout und Schema oben gepostet.
Mike B

Antworten:

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Was mit Ihrer Schaltung nicht stimmt, ist aus Sicht der Anschaffung einer Arbeitseinheit irrelevant.

In diesem Fall ist kein MOSFET-Treiber erforderlich. Verwenden Sie den IRLML2502-MOSFET und treiben Sie sein Gate direkt vom digitalen Ausgang des Mikrocontrollers an. Überprüfen Sie das IRLML2502-Datenblatt und Sie werden sehen, dass es einen maximalen garantierten Widerstand von nur 45 mΩ mit 4,5 V am Gate hat. Sie benötigen auch keinen Widerstand in Reihe mit dem Gate:

Ja, so einfach ist das wirklich.

Olin Lathrop
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Wer auch immer dies abgelehnt hat, es wäre nützlich zu erklären, womit Sie nicht einverstanden sind. Ich habe das noch einmal gelesen und denke immer noch, dass es eine gute Lösung für das OP ist.
Olin Lathrop
Nun, jemand könnte die Idee, Mosfet ohne Vorwiderstand zu fahren, nicht mögen. Auch wenn der Strom durch einen schwachen uC-Pin begrenzt ist.
BarsMonster
@Bars: Wenn das der Grund ist, sollten sie es sagen. In diesem speziellen Fall ist der Vorwiderstand am Gate nicht erforderlich. Es gibt Fälle, in denen Sie einen Serienwiderstand benötigen, aber zu oft fügen die Leute nur einen religiösen Widerstand hinzu, ohne darüber nachzudenken, warum.
Olin Lathrop
Olin, danke - ich bin selbst zu dem gleichen Schluss gekommen und habe die Platinen bereits neu angeordnet, aber mit einem PH3230S-MOSFET - 5 mΩ Rds (ein) mit Vgs = 4,5 V, dem gleichen Formfaktor wie meine bestehende Wahl. Im Nachhinein hätte ich länger mit der Auswahl eines MOSFET verbringen und meine Vermutung aufgeben sollen, dass MOSFETs auf Logikebene schlechte Rds (on) haben. Danke und habe meinen Bonus mit Dankbarkeit :-)
Mike B
@ Mike: Danke. MOSFETs auf Logikebene können einen niedrigen Rdson erreichen. Ihre Begrenzung ist normalerweise eine niedrige maximale DS-Spannung. Beachten Sie, dass der IRLML2502 nur für 20 V geeignet ist. Dies ist in Ihrem 12-V-Stromkreis kein Problem. Ich weise nur darauf hin, was der Kompromiss normalerweise ist.
Olin Lathrop
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Meine Vermutung ist, dass Sie möglicherweise die Pinbelegung des MOSFET falsch interpretiert haben. Anstatt das Gate anzuschließen, treiben Sie die Source mit einem Gate-Treiber an, während der Drain mit Masse verbunden ist. Die 0,7 V, die Sie sehen, sind der Vorwärtsabfall über der Körperdiode des MOSFET.

In der vierten Kugel im OP sagen Sie " ohne Last [...] ". Meinen Sie damit: (a) die LEDs sind nicht angeschlossen oder (b) das MOSFET-Gate ist vom Gate-Treiber getrennt?

Wenn Sie dies noch nicht getan haben, sollten Sie ein Experiment durchführen, bei dem Sie das Gate trennen und den Leerlaufausgang des Gate-Treibers beobachten.

Nick Alexeev
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Das ist auch meine Vermutung +1
Andy aka
Vielen Dank, gute Vorschläge (auch an Madmanguruman unten). Ich habe den MOSFET von der Platine entfernt und sehe immer noch das gleiche durchschnittliche 0,7-V-Signal vom Treiber - speziell an Pin 5 des Treibers oder auf beiden Seiten von R2 im obigen Layout, und es sieht aus wie eine saubere Rechteckwelle oszillierend zwischen ungefähr 0,5 V und 1 V (obwohl mein Bereich ein bisschen Mist ist, so werden diese geschätzt). Ich erhalte das gleiche Ergebnis, wenn ich eine 1nF-Kappe zwischen Gate und Source löte. Das Signal ist auf allen 3 Schaltungen identisch, obwohl ich nur den MOSFET von einer entfernt habe.
Mike B
Wenn ich mir Ihr Layout anschaue, sehe ich keine offensichtlichen Probleme mit Pinbelegungen. Nun, ich werde versuchen, noch ein paar Dinge zu stupsen. Wenn Sie die Versorgungsspannung am Pin des Gate-Treibers beobachten, sehen Sie +12 V?
Nick Alexeev
Danke Nick - ja, nur doppelt geprüft und Eingang in Treiber (Pin 2) ist 12V.
Mike B
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Teilen Sie das Problem immer in kleinere Teile. Sie müssen herausfinden, ob Sie ein Treiberproblem oder ein MOSFET-Problem haben.

Entfernen Sie zum Debuggen des Treibers den MOSFET von Ihrer Leiterplatte und schließen Sie einen kleinen Kondensator zwischen dem MOSFET-Gate und den Source-Verbindungen an. Ihr MOSFET hat von ungefähr 1 nF, verwenden Sie also eine Kappe nahe diesem Wert. Der Fahrer sollte diesen Kondensator leicht auf und ab schwenken können.Ciss

Wenn der Treiber den Kondensator nicht richtig ansteuern kann, liegt ein Treiberproblem vor (beschädigtes Teil, fehlerhafte Verbindung des Layouts usw.), und Sie können Ihre Fehlerbehebung dort konzentrieren.

Wenn der Kondensator ordnungsgemäß angesteuert werden kann, ist entweder Ihr MOSFET beschädigt oder falsch angeschlossen (wie andere hier spekuliert haben).

Adam Lawrence
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Wenn Sie sich Ihre Leiterplatte ansehen, ist es offensichtlich, dass Sie die Rolle von C5 / C6 nicht verstehen und welche Einschränkungen diese Rolle für die Art und Weise darstellt, wie Sie ihre Spuren ausführen. Es scheint, dass Sie glauben, dass die GND-Verbindung dieser Kondensatoren und der GND-Pin des MOSFET-Treibers eine lange lange Spur zwischen ihnen haben kann. Nun, das ist nicht der Fall. Sie müssen so nah wie möglich sein. Wie 1 oder 2mm. Überprüfen Sie die türkisfarbene Spur. Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Gleiches gilt auch für die anderen Fahrer.

Laszlo Valko
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Vielen Dank, ich vermute, dass dies ein Teil des Problems war, konnte es jedoch nicht überprüfen, da meine von der Jury manipulierte Lötbrücke einen Kurzschluss verursachte. Gehen Sie niemals davon aus, dass Eagle mit Polygonen das tut, was Sie erwarten, insbesondere wenn es Thermik erzeugt.
Mike B
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Die zweite Erdungsverbindung fehlt in Ihrem Schaltplan. Haben Sie Pin 4 mit der Erdung verbunden?

Hier ist, was das Datenblatt sagt

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

alexan_e
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Hallo Alexan - ja, beide sind mit Masse verbunden, Layout oben hinzugefügt.
Mike B
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Sie haben oben erwähnt, dass Sie ein 0,7-V-Durchschnittssignal vom Treiber sehen, wenn der FET entfernt ist? "Es sieht aus wie eine saubere Rechteckwelle, die zwischen etwa 0,5 V und 1 V schwingt."

Die Mosfet VGS (Ein) -Schwelle wird mit 3 V angegeben. Der Ausgangspin des Treibers sollte sich der Schienenspannung von 0,25 V (Datenblatt) nähern, sodass Vo (h) von Pin 5 etwa 11,75 V betragen sollte. Wenn Sie tatsächlich eine Rechteckwelle mit 50% Einschaltdauer von 1 kHz einspeisen, sollte die durchschnittliche Spannung bei etwa 5,5 V abgelesen werden. Zeigt das Oszilloskop an, dass das Signal VGS erreicht (ein)?

Ich bin auf die Situation gestoßen, in der ein ganzer Board-Lauf ICs beschädigt hat. Li-Ion-Kraftstoffanzeigen wurden während des Reflow-Vorgangs zu Chips gebraten, und der Schaden konnte mit bloßem Auge nicht gesehen werden. Keiner von ihnen arbeitete im Prototyp-Batch und ich kratzte mir unendlich am Kopf. Keine Designänderungen und der zweite Lauf funktionierte perfekt. Haben Sie versucht, die Treiber-ICs auszutauschen? Wenn sie das 0-11.75V-Laufwerk nicht bereitstellen, können sie verdächtig sein, da das Layout und das Design gut zu sein scheinen.

Martin
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Hier ist mein Vorschlag:

  • Entfernen Sie R2 und Q1 und ersetzen Sie DR1 durch einen neuen IC. Heben Sie jedoch Pin 5 an, damit er die Spur auf der Platine nicht berührt.
  • Prüfen Sie den angehobenen Stift und prüfen Sie, ob er den richtigen Signalhub (0 bis 12 V) aufweist.
  • Wenn dies der Fall ist, löten Sie den Stift nach unten und überprüfen Sie ihn erneut. (Wenn dies nicht der Fall ist, stimmt etwas mit dem Treiber-IC nicht).
  • Wenn der Schwung nach dem Löten von Stift 5 noch in Ordnung ist, setzen Sie den R2-Widerstand ein. (Wenn der Schwung zu diesem Zeitpunkt nicht in Ordnung ist, hat die Spur von Pin 5 zu R2 einen Widerstandskurzschluss zu einem Punkt, an dem Sie Ohm heraus müssen.)
  • Wenn nach dem Einfügen von R2 der Swing in Ordnung ist, stimmt wahrscheinlich etwas mit dem MOSFET nicht, obwohl Sie dies anscheinend bereits ausgeschlossen haben. Wenn der Swing nicht in Ordnung ist, liegt ein Kurzschluss mit der Spur von R2 zum MOSFET vor, und Sie müssen dies mit benachbarten Spuren ohm.

Die Tatsache, dass es selbst bei entferntem MOSFET von 0,5 V auf 1,0 V zu gehen scheint, impliziert, dass es zu einem Knoten mit einer Spannung von etwas über 0,5 V kurzgeschlossen werden kann. Es könnte auch bedeuten, dass etwas im Umfang falsch interpretiert wird. Mein Vorschlag zu diesem Zweck ist, dieses Debugging mit dem IN-Pin durchzuführen, der niedrig gedrückt wird, und dann mit dem Pin, der hoch gedrückt wird, indem entweder die PWM3-Spur abgeschnitten oder Pin 3 angehoben und ein Draht daran gelötet wird.

Tom
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