Guten morgen, Freunde des fließenden Stroms ;-) Ich habe folgendes Problem: Zur Veranschaulichung der Arbeitsweise eines Abwärtspannungsreglers will ich einen solchen aufbauen. Dazu habe ich folgenden Simulationplan (Simulationsplan ist beigefügt) bei P-Spice erstellt um zu sehen, ob die gesamte Schaltung meinen Anforderungen entspricht, an jedem Punkt der Schalutng die Spanungsverläufe auf ein Oszi geben zu können. Mein Ziel ist es, die Spannung des Subtrahierers von Ua (Ausgangsspannung des Spannungswandlers) und einer Referenzspannung (beträgt 5V), sowie den Sägezahn und das darausfolgende PWM-Signal auf einem Oszi anzuzeigen...natürlich auch Ua.. Jetzt habe ich ein PWM- Signal erzeugt, welches eine Amplitude von knapp 0V bis 5V hat...die Frequenz ist niedrig... liegt bei ca 2kHZ. Als Schalter wollte ich ein MOSFET einsetzen, da dieses das PWM-signal am Eingang von der Drain/Source Strecke trennt, aber irgendwie schaltet er komplett die 10V Ue durch...dabei sollte er das PWM-Signal auf die 10VUe bringen und zum Spannungsregler führen! Aber läuft irgendwie überhaupt nicht :-( Da ich nicht soviel Praxiserfahrung habe, wende ich mich an euch :-) Für eure Hilfe und Anregung bin ich euch schon im voraus sehr dankbar Viele Grüße Marque
Na überleg mal wie deine Gate-Source-Spannung aussieht...... Deine Ansteuerung für den MOSFET wird nicht funktionieren. Gruß Mandrake
Kannst Du nicht einen P MOSFET für diese Schaltung nehmen?
Danke für deine Antwort Mandrake, Warum funktioniert die Ansteuerung nicht? Ich habe mich da an Vorgaben orientiert, die ich im Internet gefunden habe... und laut der Theorie die dabei zu lesen war, sollte es funktionieren. Wenn ich ein Bipolaren Leistungstransistor nehme, würde es dann eher klappen?
Wenn Du mit P MOSFET einen PNP MOSFET meinst, dann habe ich ein P MOSFET schon in der Schaltung verwendet...
Marc-philipp D. wrote: > Wenn Du mit P MOSFET einen PNP MOSFET meinst, Sowas gibt es nicht. Es gibt nur p-Kanal- und n-Kanal-FETs, die Schichtfolgen pnp und npn sind nur bei Bipolartransistoren vorhanden. > dann habe ich ein P MOSFET > schon in der Schaltung verwendet... Allerdings genau falschrum: Source muss an die positive Spannungs- quelle, die Lastschaltung kommt dann von Drain an Masse. Außerdem ist die Ansteuerschaltung für einen p-Kanal-FET nicht sinnvoll gewählt: er erhält seine Ansteuerung durch R9 und R11 parallel (warum zwei Widerstände?), d. h. relativ langsam durch die Zeitverzögerung mit der RC-Konstante dieser Widerstände und der Gate-Source-Kapazität. Der npn-Ansteuertransistor nimmt dann die Ansteuerung weg, statt sie zuzuschalten. Sinnvoller ist es, die Ansteuerung mit dem Kollektor des npn-Transistors gegen das Gate des p-Kanal-FETs vorzunehmen, und ihm von Gate nach Source einen Ableitwiderstand anzubringen, der beim Abschalten des Transistors die Ladung aus dem Gate ausräumt. (Dieser Widerstand verbraucht natürlich dann in der aktiven Phase Wirkleistung, aber wenn du das nicht willst, brauchst du eine aktive Gate-Ansteuerschaltung.)
Vielen Dank für deine Nachricht, Jörg!! Werde ich gleich mal ausprobieren! Der Parallelwiderstsnd rührt daher, dass ich durch den R9 eine Rückkopllung zur Stabilisierung der Transistorschaltung einbauen wollte und der R11 sollte als LAstwiderstand die Spannung des PWM- Signals auf meine vorher bestimmten Werte bringen. Denn aus dem vorhergeschalteten OPV, in den der Sägezahn und die Spannung aus dem Subtarhierer hinein läuft, kommt ein PWM-Signal welches Umin bei ca. 1V, und Umax bei ca. 14V hat. Ich wusstre nicht, dass das solche Auswirkungen haben kann, da ich die Schaltungssegmente ein bisschen getrennt voneinander berechnet hatte. Aber jetzt probiere ich mal mit dem Ableitwiderstand von Gate zur Source es zum laufen zu bekommen.
Jörg, sollte ich denn trotzdem den WIderstand R9 zur Stromgegenkopplung beibehalten?
Marc-philipp D. wrote: > Jörg, sollte ich denn trotzdem den WIderstand R9 zur Stromgegenkopplung > beibehalten? Nein, hat keinen Sinn. Du solltest stattdessen (und statt R6 und R7) einen Basisvorwiderstand einbauen, der den Basisstrom auf ein für den OPV sinnvolles Maß begrenzt.
Ich habe deine Anregungen mal in die Tat umgesetzt, aber irgendwie verzerrt das mein PWM- Signal... es kann sein, dass ich deine Idee mit dem Kollektor zum Gate zu verbinden falsch verstanden habe... Soll ich den Transistor dann als Emitterschaltung, also an dem Kollektor abgegriffen, vor dem Fet schalten? Habe ich mal ausprobiert, aber hat nicht wirklich was gebracht :-( Das FET wird immer noch schlecht angesteuert :-( (also schaltet noch nicht das Eingangssignal Ue wie es sollte) Und, da ich mit MOSFET mich nicht gut genug auskenne, frage ich mich gerade welche Paramter ich bei dem bestimmen des Widerstandes von Gate zur Source berücksichtigen muss... da ist einmal die Spannung un der Strom vom PWM- Signal... UGS und Ue... Kannst Du mir da vielleicht auch nochmal ein Tipp geben? ;-) Ich glaub ich weiß gar nichts mehr... Oh man, ich bin so dankbar für eure Hilfe!!!
Marc-philipp D. wrote: > Ich habe deine Anregungen mal in die Tat umgesetzt, aber irgendwie > verzerrt das mein PWM- Signal... es kann sein, dass ich deine Idee mit > dem Kollektor zum Gate zu verbinden falsch verstanden habe... Soll ich > den Transistor dann als Emitterschaltung, also an dem Kollektor > abgegriffen, vor dem Fet schalten? Nicht wirklich ,,abgegriffen'', sondern der Kollektor geht direkt ans Gate des FETs. OK, ist schon eine Emitterschaltung, der Kollektorwiderstand (Arbeitswiderstand) ist dann der von Gate nach Source (= positive Spannungsquelle) des FETs. > Habe ich mal ausprobiert, aber hat nicht wirklich was gebracht :-( Das > FET wird immer noch schlecht angesteuert :-( Ich habe es jetzt auch mal simuliert. Leider hat sich Qucs irgendwie bockig gehabt, dort bin ich bei der Transientensimulation immer wieder in eine singuläre Matrix gerannt (gibt's hier jemanden, der schon mal erfolgreich mit Qucs Transientensimulationen gemacht hat?). Da habe ich zum Klassiker ngspice gegriffen und es dort simuliert. Leider habe ich dafür nun kein Schaltbild zum pos(t)en, falls du irgendwo eine Spice-Netzliste importiert bekommst und dir als Schaltung anzeigen lassen kannst, hier mein Modellaufbau:
1 | * switchmode test |
2 | |
3 | .include irf9130.spi |
4 | .include 1n5817.mod |
5 | .include 2n708.mod |
6 | |
7 | vin 1 0 4v |
8 | |
9 | xq1 2 10 1 IRF9130 |
10 | rgs 10 1 1kOhm |
11 | |
12 | rg1 10 11 10Ohm |
13 | q1 11 12 0 Q2N708 |
14 | rb1 12 13 1kOhm |
15 | vsw 13 0 pulse(0 5 0 10ns 10ns 10us 200us) |
16 | |
17 | d1 0 2 D1N5817 |
18 | |
19 | l1 2 21 100uH |
20 | rl1 21 3 3Ohm |
21 | |
22 | c1 3 0 315uF ic=0V |
23 | |
24 | rl 3 0 100Ohm |
25 | |
26 | .tran 1us 100ms uic |
Die drei aktiven Bauelemente habe ich jeweils mit realen Modellen simuliert. xq1 ist dabei der p-Kanal-FET (ist ein komplexes Modell, das als subcircuit realisiert ist, daher "x" im Namen), das Modell gibt's bei IRF. An Knoten 1 liegt die Eingangsspannung von 4 V an, das ist zugleich das Source des FETs. Dessen Gate-Source-Strecke ist mit einem Widerstand von 1 kOhm gebrückt, der die Entladung der Gatekapazität beim Abschalten vornimmt. Die Lastschaltung ab d1 entspricht deiner Schaltung, wobei ich als fiktive Last einen rl = 100 Ohm drangehängt habe. Knoten 3 ist der Ausgangsknoten. Ich habe zur Verbesserung des Spulenmodells noch einen Verlustwiderstand von 3 Ohm in Reihe geschaltet. (Man müsste wohl auch noch ein paar pF als Kapazität drüber legen, um die Eigenresonanzeffekte der Spule simulieren zu können.) Die Ansteuerung des Gates übernimmt ein ,,klassischer'' 2N708, dessen Basis über 1 kOhm (rb1) von einer Rechteckquelle mit 5 V Amplitude und 200 µs Periode (also 5 kHz) angesteuert wird. In dieser Simulation ist die Einschaltdauer dabei 10 µs, das Tastverhältnis also 1:20 oder 5 %. Knoten 2 ist das Drain des FETs, verbunden mit der Diode und der Spule. Deine 315 µF für den Siebkondensator habe ich mal gelassen, obwohl ich sie für unrealistisch groß halte. Das Simulationsbild zeigt die folgenden Ergebnisbilder: Links oben die Ausgangsspannung v(3) über die komplette Simulationsdauer, rechts daneben die Eingangsspannung des Schaltgliedes v(2). Direkt darunter jeweils ein Ausschnitt daraus. Bei v(2) ist er aus dem Bereich, da der Kondensator noch in der Ladephase ist (noch kein Gleichgewicht), gegen Ende der Simulation geht die Welligkeit (ripple) dann auf ca. 8 mV zurück. Bei v(3) habe ich zur Verdeutlichung nur noch eine Periode rausgepickt. Es ist deutlich das Einschalten des FETs zu erkennen (die Spannung geht auf 4 V hoch), es ist auch zu erkennen, dass das Ausschalten geringfügig langsamer ist (Einschalten in 700 ns, Ausschalten innerhalb von 1,8 µs). Danach geht die Spannung leicht ins Negative (Flussspannung der Schottky-Diode), um abschließend in einer gedämpften Schwingung auszuschwingen. Den Anfang der gedämpften Schwingung siehst du rechts unten nochmal. Links unten schließlich die Gate-Ansteuerspannung des FET. Man sieht, dass das Zuschalten schlagartig erfolgt, während das Abschalten durch die Zeitkonstante der Gatekapazität mit dem 1-kOhm-Widerstand bestimmt wird. Falls du in der Schaltfrequenz höher gehen willst, könnte die Abschaltphase dieser einfachen Ansteuerung mit ihrer Dauer von 2...3 µs in der Tat schon zu zu großen Verlusten führen. Den Widerstand rgs kann man sicher noch bis 100 Ohm verkleinern, aber dann fließen im eingeschalteten Zustand durch ihn schon 40 mA. Wenn das nicht genügen sollte, braucht man eine aktive Gate-Ansteuerschaltung.
Jörg, also ehrlich: VIELEN VIELEN HERZLCIHEN DANK FÜR DEINE HILFE!!!!! Ich bin sprachlos, dass Du dir diese Mühe gemacht hast, aber Du hast mir wirklich sehr geholfen! Denn alleine wäre ich auf dieses Zusammenspiel der einzelnen Segmente nicht gekommen...dazu fehlt mir die schaltungstechnische Erfahrung! Gut, dass Du ein Blick auf meine Anfrage geworfen hast ;-)) Nochmals vielen Dank!
Bitte sehr, es hatte mich einfach selbst interessiert, wie weit so eine einfache Ansteuerung geeignet sein könnte, die Aufgabe zu lösen. Und mal wieder zu simulieren, macht ja ohnehin Spaß. ;-)
OK, mich hat nun auch die Qucs-Simulation nochmal hinreichend interessiert. Deren Verfahren ist ja ein ganz anderes als bei Spice, und es scheint verfahrensbedingt anfällig gegen Oszillationseffekte zu sein. Hier im Anhang erstmal die Schaltung. Die Benennung der Elemente habe ich genau so vorgenommen, wie in obiger Spice-Netzliste.
Hier die Simulationsergebnisse. Leider war die Simulation nach 35 ms wieder in ein `Jacobian singular' gelaufen, eigentlich wollte ich 100 ms simulieren wie im Spice. Aber ansonsten sind die Ergebnisse vergleichbar mit der Spice-Simulation.
So allmählich begreife ich die Simulationsparameter von Qucs, wie's scheint. Nun ist mir noch eine komplette Simulation aller 100 ms gelungen, ohne in das berüchtigte Jacobian singular zu laufen. Hier also nochmal paar Diagramme, wie Qucs es simuliert, stimmen eigent- lich im Wesentlichen mit denen von NGspice überein.
Hallo, ich hab auch mal ne Frage zum Schaltnetzteil. Kann ich nicht statt des P-Kanal Mosfet ein N-Kanal nehmen. Komparatorausgang mit PullUp versehen und direkt ans MOSFET Gate, Source an die Spule und Drain an VCC. Dann spar ich mir doch den Bipolartransistor und belaste den OP Ausgang nicht. Oder hab ich da was nicht berücksichtigt? Viele Grüße
Nee, so einfach geht das nicht. Ein P-Kanal wird mit -Ugs angesteuert (ist hier vorhanden) und ein N-Kanal mit +Ugs Wenn also der N-Kanal in der + Leitung liegt, müsste er mit einer Spannung angesteuert werden, die etwa 10V über der + Leitung liegt. Also separate Hilfsspannung erzeugen oder mit einem High-Side Treiber (Ladungspumpe) arbeiten. Alles zuviel Aufwand...........
Ah hab kapiert, danke... Die Daten meiner Schaltung: Vcc=10V Ua=~0V..10V mit Poti einstellbar hatte source des schalter mosfets an der spule zu ua... pwm kommt mit ca. 10V vom Komparator, hatte Ua < 5V Simuliert da hats funktioniert, über 5V dann natürlich nimmer weil Ugs nimmer groß genug war. Danke für die Info. Hab das ganze jetzt so wie im Bild gemacht... meint ihr das wird funktionieren? PWM kommt mit ca. 10V an M1 der zieht die Ugs von M2 auf -10V dadurch schaltet er. Kleines Problem(?) ist dass durch den R7 die Gate Platte von M2 recht langsam geladen wird und bei schneller PWM die Schaltimpulse net schön steil sind. Meint ihr das kann so funktionieren?
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