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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Mosfet diskret ansteuern Bitte um Hilfe


Autor: Redegle (Gast)
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HI,

also ich hab folgendes Problem.

Ich würde gerne eine H-Brücke aus 4 Mosfets diskret ansteuern.
Habe jedoch noch nie mit einem Mosfet gearbeitet.

Mein Vorhaben ist es einen Class-D Verstärker zu bauen.
Also der Weg ist das Ziel^^
Nicht das sowas kommt wie kauf dir einen Fertigen etc.

Meine erste Überlegung war es eine integrierte Lösung zu benutzen also 
HIP4081A. Jedoch scheint der nicht für meine Zwecke zu genügen. Also der 
maximale Strom ist zu gering.


Erstmal Kenndaten.

Frequenz beträgt 250kHz.
Ansteuerzeit < 50ns
Q= 250nC
Mosfet: Größe eines IRFB3077 daher komme ich auf die 250nC.

Spannungen

Highside:
Betriebsspannung 12 bis 60V
Ansteuerspannung 24 bis 72V

Lowside:
Ansteuerspannung 12V



Kann Bitte mal wer über meinen Schaltplan schauen?
Also ob die Auswahl der Transistoren in Ordnung ist, ob die Widerstande 
passend dimensioniert sind etc.
Hab zum Beispiel Angst das der Strom entweder nicht groß genug ist und 
die Ansteuerung zu lange dauert oder das der Strom zu hoch ist und meine 
Transitoren brät.

Der Schaltplan ist für Highside für Lowside wollte R1 durch einen 1kohm 
Widerstand ersetzen.

Autor: holger (Gast)
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>Kann Bitte mal wer über meinen Schaltplan schauen?

Den kannst du so wie er ist in die Tonne schmeißen.
Ich sehe keine H-Brücke.

>Mein Vorhaben ist es einen Class-D Verstärker zu bauen.
>Also der Weg ist das Ziel^^
>Nicht das sowas kommt wie kauf dir einen Fertigen etc.

Genau das kann man dir nur empfehlen ;)

Autor: Achim (Gast)
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Der IRFB3077 hat eine Vgs von +-20V.
Und der wird mit 70V angesteuert?

Autor: Redegle (Gast)
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@holger.

Das ist nur die Ansteuerung der Highside nach der ich gefragt habe.

@ Achim

Wenn am Drain eine Spannung anliegt von 12-60V muss doch am Gate ein 
Spannung anliegen die in meinem Fall 12 Volt höher ist oder liege ich da 
falsch also 24-72V oder?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Redegle wrote:

> Wenn am Drain eine Spannung anliegt von 12-60V muss doch am Gate ein
> Spannung anliegen die in meinem Fall 12 Volt höher ist oder liege ich da
> falsch

Wenn der Mosfet leiten soll, aber nicht wenn er sperrt: Lege an Source 
+60V und an Gate 0V. Der Mosfet sperrt, das Gate ist hinüber, da GS -60V 
sieht.
Wenn die Deadtime zu groß ist, dann kann irgendeine Induktivität 
durchaus Source bis auf Drainniveau treiben. Eine ausreichend 
dimensionierte Diode Source->Drain die sowas verhindert ist also 
durchaus sinnvoll.

Autor: Redegle (Gast)
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Ok das ist natürlich einleuchtend.

Wie verhält sich das mit der Drain-Gate Spannung? Da kann nichts kaputt 
gehen?

Du möchtest jetst eine Diode von Source->Drain.

Kannst du das bitte etwas genauer erklären, wie dass das Sourcepotental 
niedrig hält, damit kein Durchbruch entsteht?

Könnte ich vielleicht eine Diode von Source nach Gate schalten, die 
würde die Sourcspannung über die Ansteuerung ableiten, damit die 
Spannungdifferenz nicht zu groß wird.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Sorry, hab mich verschrieben. Ich wollte Source-Gate schreiben.
Dann muss allerdings ein Widerstand in die Gateleitung, damit die 
Gateansteuerschaltung nicht den ganzen Strom durch die Diode abbekommt.

Autor: Redegle (Gast)
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Wenn sich dort nun eine Diode befindet welche von Source nach Gate 
leitet, wenn Source 0,7V höher ist als Gate dürfte normal selbst ohne 
Widerstand nicht passieren weil nur induktive Störungen abgeleitet 
werden.

Im Schaltbetrieb trifft unter normalen Bedingungen nie der Fall ein, 
dass Sourcpotential über Gate ist. Außer es würde am Leitunswiderstand 
mehr als 0,7V abfallen was ich mal nicht hoffe.

U=R*I = 0,02*60 = 1,2V

Wobei vielleicht doch.

Könnte ich ggf. 2 Schottydioden in Reihe schalten?

Kennst du irgendwelche die ich dafür benutzen könnte?

Autor: Starkstromingenieur (Gast)
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Hallo Redegle,

interessant find ich deinen Satz:

>Habe jedoch noch nie mit einem Mosfet gearbeitet.
>Mein Vorhaben ist es einen Class-D Verstärker zu bauen.

Sagen wirs mal so, ein vernünftiger Class-D Amp läßt sich nicht so aus 
dem Stegreif zaubern. V.a. nicht ohne Kenntnisse über die Funktionsweise 
von FETs!
Also mein Vorschlag wäre, lass uns den Amp zusammen entwerfen, genau das 
will ich auch gerade machen. Ich bin in dem Bereich auch kein Profi, 
aber der Weg ist das Ziel.

Praktischerweise würde ich ja vorschlagen die Ansteuerung der MOSFETs 
durch einen geeigneten Treiberbaustein vornehmen zu lassen. Diesen 
selbst diskret aufzubauen ist meiner Meinung nach zu zeitaufwendig und 
teuer (=Zeitverschwendung).

Bevor wir über Spannung und Ströme reden würde ich mal sagen, sollten 
wir uns doch über die Leistung des Amps unterhalten. 100W, 200W, 2kW? 
Ich würd sagen so 200W pro Kanal ist für einen Class-D Amp mit H-Brücke 
schon Pflicht.

Also was sagst Du?

Grüße Georg

Autor: Redegle (Gast)
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Hi Starkstromingenieur

Bis ich soweit bin ans Praktische zu kommen das dauert, muss erstmal auf 
nen Oszi sparen und mir nen "Bastelraum" anschaffen. Sind gerade am 
umbauen.

Ein guter Treiberbaustein währe zum Beispiel ein HIP4081A ist auch eine 
Top Sache. Einziges Problem ist das er bei großen Kapazitäten der 
Mosfets nicht mehr zu gebrauchen ist.

Mein Ziel war es eine "universelle" Ansteuerung zu bauen, die auch 
größere Mosfets Treiben kann. Also hohe Spannungen und hohe Kapazitaten.


Zum Thema Leistung

Guck dir mal das Datenblatt eines IRFB3077 an.
Der schafft locker 60A bei 60V. Eher noch viel mehr Strom aber das ist 
schwachsinn so laut werde ich niemals Musik höhren und so nen Netzteil 
werde ich mir auch nicht zusammenbauen.
Etwas in seiner Größe wollte ich maximal Ansteuern können.

Achso und einfach aus dem Hut zaubern ist natürlich nicht drin aber 
irgendwie muss man langsam sein Know How bekommen.

Autor: Bernd Rüter (Firma: Promaxx.net) (bigwumpus)
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(Fast) alles was ich bisher an MOSFET-Ansteuerungen aus Transistoren und 
Widerständen gesehen habe - ist für die Tonne.

Man konstruiert Heizungen um die Gateströme (1A) zu realisieren. Ein 
paar Kondensatoren über den Widerständen könnten die Flanken noch 
erhöhen etc. pp.

Letztendlich landet man den üblichen High-Side-Treibern von IRF, TI und 
Konsorten und hat einen Treiber, der die High-Side isoliert per 
Boot-Strap-Kondensator mit bis zu 1,5A "fluten" kann.

Vielleicht ist es gerade bei den Audio-Sachen auch noch von Interesse 
definierte Schaltungen zu haben, um den Sound nicht zu verbiegen.
Oder kommt da gar kein gegenläufiges Monster-Cable ran ? ;-)

Autor: Redegle (Gast)
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gegenläufiges Monster-Cable?
Was soll das sein?

Nein ich bin nicht einer dieser sogenannten Audiophilen wenn du das 
andeuten möchtest.

Ok Wenn das alles Heizungen sind wie soll ichs sonst machen?

Nenn mir einen Treiber der 250nC in unter 50ns treiben kann und ich 
nehme den.

Wollte zuerst einen HIP nehmen hab aber dann hier im Forum erzählt 
bekommen das sei Unsinn der würde viel zu Heiß bei 250nC.

Autor: Redegle (Gast)
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Sry wegen doppeltpost.

Also es geht mir um den Weg wie ich dahinkomme.
Hab gehofft das mir ein paar Leute sagen können wie man so Sachen am 
besten Dimensioniert etc.
Bringt mir nichts wenn man immer irgendwo etwas kopiert oder wenn ich 
fertige Treiber ICs verwende und dann alles genau aus dem Datenblatt 
ablesen wie ichs bauen muss.


Und weil du geschrieben hast FAST alle.
Kannst du mir die Ausnahmen zeigen?

Autor: Fralla R (Gast)
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Ich würde den UCC27424 verwenden (4A Lowide) und mittels übertrager an 
das Highside- und Lowside Gate.

Autor: Starkstromingenieur (Gast)
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Hallo

>Wollte zuerst einen HIP nehmen hab aber dann hier im Forum erzählt
>bekommen das sei Unsinn der würde viel zu Heiß bei 250nC.

250nC? Was ist das für ein MonsterFET? Der IRFB3077 verträgt einen 
Konstantstrom von 120A!!! Damit kannst du eine Endstufe realsieren die 
in den KW Bereich geht.


Guck dir mal diesen an:

http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir...

Kommt laut Datenblatt mit Qgmax=30nC aus, desweiteren steht da drin:
"Can delivery up to 300W per channel into
8Ω load in half-bridge configuration
amplifier"

des is schon ne ganze menge Holz und sollte locker ausreichen, meiner 
Meinung nach.

gruß
Georg

Autor: Düsentrieb (Gast)
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betreff d-amp gibts das passende forum...
http://sodfa.de

anmelden...und posten bzw fragen...

Autor: Redegle (Gast)
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Danke erstmal

Hab mir mal den Link zum Forum angeguckt sieht ganz vielversprechend 
aus.

Aber nochmal zurück zu meinem Schaltplan. Auch wenn er ich sage mal 
"schlecht ist" könnte das so Funktionieren ohne das irgendwelche 
Bauteile zerstört werden?

Autor: Starkstromingenieur (Gast)
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Deine Schaltung funktioniert überhaupt nicht. Hab sie gerade mal 
analysiert / simluliert. Bis auf ein paar peaks wird sich nichts 
andeinem gatepotenzial ändern... hab die spannung über deinen TIPS auf 
72V gelegt...

Autor: Starkstromingenieur (Gast)
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achja, als "schaltimpuls" hab ichn rechteck mit f=1Khz und Ton/Toff= 0.5 
angelegt. Amplitude is 12V

Autor: Redegle (Gast)
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Wo hast du genau gemessen?

Am Gate?

Hast du einen Widerstand unter den Mosfet geschaltet gegen 0V?

Das kommt mir sehr komisch vor, dass das Rechtecksignal zwischen 70,94V 
und 70,97V schwankt.

Kannst du bitte mal ein Bild des Schaltplans posten? Kann mir nur sehr 
schwer vorstellen wie du auf die Spannung kommst.

Autor: Arno H. (arno_h)
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Mit den TIPs wirst du keine vernünftige Ansteuerung hinbekommen.
OnSemi hat sich getraut, im Datenblatt die Schaltzeiten zu 
veröffentlichen.
Ausserdem ziehst du über die 2 Dioden am Drain das Mittenpotential nach 
unten.
Mit einem fertigen Treiber bist du echt besser bedient.

Arno

Autor: Starkstromingenieur (Gast)
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>Ausserdem ziehst du über die 2 Dioden am Drain das Mittenpotential nach
>unten.

Genauso siehts aus, hatte da gestern was vergessen, aber das Ergebnis is 
auch net besser

Autor: Starkstromingenieur (Gast)
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hier nochmal die schaltung.... mit dem MEsspunkt ganz rechts

Autor: Starkstromingenieur (Gast)
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Zum Thema Schaltzeiten des TIP122:

TON=1.2µs, TOff= 8.5µs muss ich nochmehr sagen?

Jetz mal einen andere Sache:
Wie kommst du eigentlich auf die Idee, dass du es schaffen wirst eine 
On-Chip-Lösung eines namhaften Herstellers hinsichtlich seiner Parameter 
wie Schaltzeit und "QG"-Fähigkeit zu schlagen? Solche Gate-Driver sind 
jahrelang gefplegte Entwicklungen.
Mit solchen "russischen" Komponenten wie dem TIP wirst du da gar nix 
reißen können. Eine Schaltung zu bauen die eine MOSFET-Brücke treibt ist 
sag ich mal drin, aber das besser zu machen als z.B. IRF ist mit deinem 
Ansatz nicht möglich.
Du müsstest genauso vorgehen wie beim Design der eigentlich Endstufe: 
D.h. Streukapazitäten, Leitungswiderstände und v.A. auch 
Leitungsinduktivitäten auf ein Minimum reduzieren. Genau diese Parameter 
fallen die nämlich auf die Füße wenn die Frequenz steigt.

Dann nochmal eine Frage, warum baust du den Treiber nicht mit MOSFETs 
auf? Wie willst Du Vgs für den Highside erzeugen? Normalerweise 
geschieht das über einen Bootstrap-Kondensator...


Gruß
Georg

Autor: Redegle (Gast)
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Die Treiber wollte ich nicht mit Mosfets aufbauen weil fast überall 
steht das man dafür Bipolartranistoren benutzt.

Vgs wollte ich durch eine Ladungspumpe erzeugen, welche immer die 
Steuerspannung (12V) auf die Betriebsspannung (12-60V) addiert.

Ich komme/kam auf die Idee, da integrierte Lösungen meistens auf 
bestimmste Sachen entwickelt werden. Also einen bestimmten maximalen 
Ausgangsstrom, kleine Baugröße, wenig Eigenverbrauch.

Meine Schlussfolgerung war, dass wenn ich eine höhe Verlustleistung und 
eine höhere Baugröße in kauf nehme ich auch höhere Ströme treiben kann.

Zum Thema:
TON=1.2µs, TOff= 8.5µs muss ich nochmehr sagen?
- Ja z.B. welche Transistoren währen besser geeignet
- Wie kommst du genau auf die Zeiten? Ja Datenblatt lesen ist klar aber 
wo in meinerm hab ich das net gefunden.


Aber naja wenn eh alles nur niedergemacht wird hilft mir das eh net 
weiter.

Autor: Arno H. (arno_h)
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Zum DB, wenn ein Bauteil noch gefertigt wird, lade ich mir schon mal die 
aktuellen Datenblätter der verschiedenen Hersteller direkt von dort 
runter. Bei dem vorherrschenden Trend zum 2-Seiten-Datenblatt mit einer 
Seite Grenzdaten und einer Seite Gehäusezeichnung bleibt oft gar nichts 
anderes übrig. Die Essenz eines Datenblatts liegt aber dazwischen.
Ausserdem weißt du als Bastler nicht immer, welcher Hersteller 
schlussendlich geliefert wird. Gewerblich kann man umgekehrt schon mal 
sagen: den nicht.
Zurück zum Thema: du hättest gerne eine funktionierende Schaltung. 
Verschiedene Hersteller bieten fertige Bausteine an, aus denen du den 
für dich besten aussuchen kannst. Stattdessen versuchst du mit 
ungeeigneten Bauelementen eine Lösung zu finden, die dich nur entmutigen 
wird.
Ein Class-D Verstärker hält sicher noch eine Reihe anderer Fallen für 
dich bereit, deshalb sollte dein erster Versuch von den Bauteilen her 
schon mal funktionsfähig sein. Basteln soll schliesslich keine 
Depressionen erzeugen.
Ansonsten fliegt das Teil irgendwann in die Ecke und vermodert dort.

Du hast oben einen hoffentlich guten Link bekommen und es gibt bestimmt 
auch Seiten mit Grundsatzinformationen, TI könnte eine Anlaufstelle 
sein.
Alle Hersteller dieser Bausteine veröffentlichen AppNotes und 
verschleudern Demoboards. Du musst noch nicht mal Chinesisch können, 
Englisch reicht.


Arno

Autor: Starkstromingenieur (Gast)
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>Meine Schlussfolgerung war, dass wenn ich eine höhe Verlustleistung und
>eine höhere Baugröße in kauf nehme ich auch höhere Ströme treiben kann.

Das ist ja erstmal ein gutes Ziel... nur mit welchem Zweck? So eine 
große Endstufe möchtest du doch gar nicht bauen, dass du so große Ströme 
am Gate treiben musst.

>Aber naja wenn eh alles nur niedergemacht wird hilft mir das eh net
>weiter.

Ich nenn das gerne konstruktive Kritik, bitte nicht falsch verstehen.

Für die Schaltzeiten habe ich diese DB zu Rate gezogen:
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/PowerInn...

Autor: Arno H. (arno_h)
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Das von PI kannte ich noch gar nicht, danke.
Meine Grundlage war das etwas optimistischere von ONS, daraus Fig.3:
http://www.onsemi.com/pub/Collateral/TIP120-D.PDF
Da in der Schaltung von Redegle zumindestens beim ersten Transistor auch 
kein negativer Basisstrom erzeugt wird, dürfte die Realität noch trüber 
aussehen.
In der letzten Simulation sind beim TIP127 übrigens C und E vertauscht.


Arno

Autor: Starkstromingenieur (Gast)
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hallo arno

das stimmt wenn man C und E richtig platziert sieht das ergebnis so aus 
das die spannung am messpunkt zw. 72 u 69V schwankt...

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