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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik [Transistor Ansteuerung] Ausgang kein Rechteck?


Autor: Mille (Gast)
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Hallo,

ich verwende einen Transistor (STB40NF10 von ST) als Lowside-Schalter 
und steuere diesen über ein HCT-Gatter mit einem Gate-Widerstand von 
4.7kOhm an.

Ich habe zum Testen einen 33Ohm Leistungswiderstand an +12V 
angeschlossen und steuere den Transistor mit 10kHz an.
Am Ausgang sehe ich aber alles andere als ein schönes Rechteck-Signal 
(sehr starke Verzerrungen).
Kann mir da jemand weiterhelfen?

Der Transistor müsste ja schnell genug sein...
Was verzerrt da meine Rechteck-Ansteuerung so...???

lg mille

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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R341 ist zu hochohmig.
Zusammen mit der Gate-Kapazität bildet der einen Tiefpass...

Zudem hat der Mosfet noch eine recht hohe Ugsth (max. 4V)   :-o

Autor: Mille (Gast)
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Ahhh... der ist wirklich zu hoch - das habe ich übersehen!
Das Datenblatt sagt, dass der 4.7Ohm sein kann.
Ist das bei einer 5V Ansteuerung nicht zu klein?
In welcher Größenordnung sollte ich den Gate-Widerstand wählen?

LG mille

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Das kommt darauf an, was man daraus macht...

Du solltest den so groß wie möglich wählen, gleichzeitig aber so klein, 
dass du mit deiner Kurvenform und den Umschaltverlusten im Mosfet noch 
leben kannst.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Mille (Gast)

>Das Datenblatt sagt, dass der 4.7Ohm sein kann.

Dann nimm 4,7 Ohm.

>Ist das bei einer 5V Ansteuerung nicht zu klein?

Nein. Ausserdem sind die 4,7 Ohm eher für 10..15V, d.h. bei 5V müsste es 
noch weniger sein. Aber so ein HC Gattr hat selber 30..40 Ohm 
Ausgangswiderstand. Das ist der begrenzende Faktor. Normalerweise kann 
man hier das Gatter direkt mit dem MOSFET verbinden.
Und wenn das Gatter keinen Tristate-fähigen Ausgang hat, braucht man 
auch den 100K Pull-Down nicht.

>In welcher Größenordnung sollte ich den Gate-Widerstand wählen?

0..50 Ohm.

MFG
Falk

P S Und lies mal was über Bildformate

Autor: Mille (Gast)
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Dumme Frage:
Das HCT Gatter wird dann nicht überlastet (brennt durch) wenn ich keinen 
Gate-Widerstand verwende?
Das kann ja pro Ausgang nur sowas in der Größenordnung von 20mA.

lg mille

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Das HCT Gatter wird dann nicht überlastet (brennt durch) wenn ich keinen
> Gate-Widerstand verwende?
Mit welcher Geschwindigkeit willst du schalten?
Hohe Schaltgeschwindigkeit (Schaltregler, PWM) => niedriger 
Gatewiderstand
Niedrige Schaltgeschwindigkeit (Lampe) => höherer Gatewiderstand

Ein Gatewiderstand kann u.U. auch zum Schutz der Ansteuerschaltung 
dienen. Wenn der Leistungsfet durchlegiert hast du ohne Gatewiderstand 
12V am HCT. Das ist sein Ende. Wenn dessen Ausgang aber 20mA abkann, 
dann bestünden mit einem Gatewidestand von 300 Ohm noch gewisse 
Überlebenschancen.

Autor: HildeK (Gast)
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Mille schrieb:
> Das Datenblatt sagt, dass der 4.7Ohm sein kann.

So kann man es auch interpretieren.
Das Datenblatt sagt, dass die Messung einiger Parameter bei RG=4.7 Ohm 
durchgeführt wurde. Niedrige Gatewiderstände bringen schnellere 
Schaltflanken und damit bessere Datenblattwerte - schließlich müssen 
rund 2nF an Gate-Kapazität umgeladen werden.
Bei direktem Anschluss des Gatters an das Gate ist dieses zwar 
rechnerisch überlastet. Das wäre aber nur über rund 10ns an jeder 
Schaltflanke der Fall, außerdem liefert das Gatter auch nicht beliebig 
viel Strom (siehe Beitrag von Falk Brunner). Es tut dem Gatter in der 
praktischen (Hobby-)Anwendung nicht weh, das Gate direkt anzubinden.
Und wenn du viel Angst hast, dann nimm 50 Ohm als Gatewiderstand. Wenn 
dann dein 10kHz-Rechteck immer noch bescheiden aussieht, hast du einen 
Fehler an anderer Stelle eingebaut.

Autor: Manfred von Antenne (dipol)
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Der 100k spielt keine Rolle, den dem ist immer der 4,7k parallel 
geschaltet.

Wenn die Gatekapazität 2nF ist, dann brauchst du zwischen dem HCT02 und 
dem Gate einen Gegentakt-Hammertreiber(gabs mal als IC von TI), falls 
die Ansprüche wirklich sooo hoch sind.

Autor: Mille (Gast)
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Ok dankean alle

Autor: Mille (Gast)
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HildeK schrieb:
> So kann man es auch interpretieren.
> Das Datenblatt sagt, dass die Messung einiger Parameter bei RG=4.7 Ohm
> durchgeführt wurde. Niedrige Gatewiderstände bringen schnellere
> Schaltflanken und damit bessere Datenblattwerte - schließlich müssen
> rund 2nF an Gate-Kapazität umgeladen werden.
> Bei direktem Anschluss des Gatters an das Gate ist dieses zwar
> rechnerisch überlastet. Das wäre aber nur über rund 10ns an jeder
> Schaltflanke der Fall, außerdem liefert das Gatter auch nicht beliebig
> viel Strom (siehe Beitrag von Falk Brunner). Es tut dem Gatter in der
> praktischen (Hobby-)Anwendung nicht weh, das Gate direkt anzubinden.
> Und wenn du viel Angst hast, dann nimm 50 Ohm als Gatewiderstand. Wenn
> dann dein 10kHz-Rechteck immer noch bescheiden aussieht, hast du einen
> Fehler an anderer Stelle eingebaut.

Habe jetzt 50Ohm als Gatewiderstand drinnen und die Schaltflanken sind 
nun ausreichend steil. Würde es in diesem Fall Sinn machen, mehrere 
HCT-Gatterausgänge parallel zu schalten um das Gatter nicht zu 
überlasten?

Eine weitere Frage:
Ich habe am LSS einen Elektromotor (in weiterer Folge eine Ölpumpe) 
angeschlossen. Nun erreiche ich zwar eine ausreichend schnelle 
Flankensteilheit, aber sehe Störungen im Stromverlauf des Elektromotors. 
Die Störungen sehen wie Spikes aus und kommen meiner Meinung nach von 
dem schnellen Schalten. Würde es Sinn machen ausgangsseitig (Drain gegen 
Masse) einen kleinen Keramikkondensator (z.B. 1nF/100V) anzubringen?

lg mille

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Mille (Gast)

>Habe jetzt 50Ohm als Gatewiderstand drinnen und die Schaltflanken sind
>nun ausreichend steil. Würde es in diesem Fall Sinn machen, mehrere
>HCT-Gatterausgänge parallel zu schalten um das Gatter nicht zu
>überlasten?

Kann man machen, bringt hier aber eher wenig.

>dem schnellen Schalten. Würde es Sinn machen ausgangsseitig (Drain gegen
>Masse) einen kleinen Keramikkondensator (z.B. 1nF/100V) anzubringen?

NEIN!

MFG
Falk

Autor: Mille (Gast)
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Anbei ein Bild von der Spannung am Drain des LSS Ausgangs.

Kann mir jemand einen Tipp geben vorher die Verzerrungen beim 
Ausschalten des LSS kommen (verwende eine Freilaufdiode)?

LG Mille

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Kann mir jemand einen Tipp geben vorher die Verzerrungen beim
> Ausschalten des LSS kommen (verwende eine Freilaufdiode)?
Messfehler und/oder ungünstig geführte Masse.
In diesem Bild sind etliche Schwinger versteckt... :-o

Autor: Mille (Gast)
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Lothar Miller schrieb:
> Messfehler und/oder ungünstig geführte Masse.
> In diesem Bild sind etliche Schwinger versteckt... :-o

Ich verwende nun einen 200R Gate-Widerstand und da sehe ich nach dem 
Widerstand (am Gate) das selbe Verhalten. Vor dem Widerstand (am 
Gate-Ausgang) ist der Rechteck noch schön...
Sollte eigentlich kein Messfehler sein...

Da dieser Messung wird der LSS nach dem Abschalten noch einmal kurz 
durchgeschalten. Ist das, außer aufgrund eines Messfehelrs, noch 
erklärbar?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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>  Vor dem Widerstand (am Gate-Ausgang) ist der Rechteck noch schön...
Da koppelt wohl was vom Drain aufs Gate über und schaltet den Fet 
nochmal ein...
Wie sieht das Bild mit einer Brücke statt des Gate-Widerstands aus?

Autor: Seiner Einer (Gast)
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Grüße...

Nach dem Oszi-Bild zuurteilen könnte es an der fehlenden Kapazität 
parallel zu Gate und Source liegen. Wenn ich das richtig interpretiere. 
Stichwort Miller-Kapazität

Autor: Mille (Gast)
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@Lothar: Das Bild sieht gleich aus, egal ob och 0R oder 200R drinnen 
habe.

@Seiner Einer: Was bringt mir eine Kapazität zwischen Gate und Source in 
diesem Fall? VOn welcher Größenordnung der C reden wir da?

lg mille

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Stichwort Miller-Kapazität
Danke, damit hat das Kind (m)einen Namen  ;-)
http://de.wikipedia.org/wiki/Millereffekt

> Nach dem Oszi-Bild zuurteilen könnte es an der fehlenden Kapazität
> parallel zu Gate und Source liegen.
Und dann hätte man dann einen kapazitiven Spannungsteiler...  :-o
Richtig wäre, hier die Ansteuerung so hniederohmig zu machen, dass der 
Effekt nicht mehr störend auftreten kann. Ein Kondensator zwischen G und 
S ist lediglich ein Tiefpass und sorgt für flache Schaltflanken (was 
dann auch wieder dazu führt, dass der Miller-Effekt nicht so sehr zum 
Tragen kömmen kann). Aber flache Flanken bei 1/70us = 14kHz sind für die 
Verlustleistung nicht gut...

Ich würde hier mal das Layout näher ansehen.
Wie ist die Schaltung aufgebaut? Das muß besser gehen.

Autor: Seiner Einer (Gast)
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Ich kann hier nur aus Erfahrung sprechen. Vor kurzem hatte ich ein 
ähnliches Oszibild. Im Appnote zum Ir2110 (High und Lowside Gazetreiber) 
wird das ausführlich behandelt. Da ich sowieso nur 3-4 Werte an 
Kondensatoren rumliegn hatte habe ich einfach rumprobiert und mit 22pf 
das beste Ergebnis erziehlt.

Haufig werden in Datenblättern Gatewiderstände kleiner 50 Ohm verwendet 
da ein zu stark begrenzter Gatestrom die Flankensteilheit der 
Gatespannung negativ beeinflusst was wiederum die Schaltverlusste 
erhöht. Da der Fet zwischen 0 und ca 10-12 V je na Typ eine 
Widerstandcharakteristik aufweißt.

Machbar ist allerdings auch, und das kann ich aus eigener Erfahrung 
sagen, auf den Gatewiderstand ganz zu verzichten und statt dem 74HC... 
nen ordentlichen Gatetreiber zu verwenden. In deinem Fall würde ich dir 
einen ICL7667 oder MCP1406/7 empfehlen. Oder Man baut sich sowas diskret 
auf mit OPV und exteren Transistoren.

tata

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