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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Antiserielle MOSFETs ansteuern


Autor: mumpitz (Gast)
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Hallo! Ich hab jetzt schon das halbe Internet durchforstet und komm 
einfach nicht drauf.
Überall steht schön beschrieben, wie man mit zwei antiseriell 
geschalteten Mosfets Wechselspannung im Wesentlichen wie ein Relais zu 
jeder Zeit an und ausschalten kann. Es gibt auch unzählige Beispiele, 
wie dieses im Anhang.

Bei der Simulation allerdings will das Ganze nicht so richtig 
funktionieren, weil ich nicht dahinter komme, wie dieser mysteriöse 
Gate-Treiber funktioniert. Hat jemand von euch eine Idee, wie man diesen 
Treiber basteln könnte oder wie genau das Gate Signal aussehen muss?

Grüße
Markus

: Verschoben durch Admin
Autor: Daniel (Gast)
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Die Schaltungsmasse des Treibers muss die Source der beiden Transistoren 
sein. Dann lassen sich beide Gates mit gegenüber Source positiver 
Spannung ansteuern, ganz einfach.

Der Trick ist also, dass die Stromversorgung des Treibers nicht direkt 
mit einem der Pole der geschalteten Wechselspannung verbunden ist. Man 
kann z.B. den N-Leiter des Versorgungsnetzes mit Drain des unteren 
Transistors verbinden und dann über Diode, Vorwiderstand und Z-Diode die 
Treiberversorgung gewinnen.

Versuch mal, bei ELV Schaltpläne zu deren Dimmern zu finden. Vermute, 
dass man daraus was lernen kann.

Autor: mumpitz (Gast)
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Hallo!

Hm... das die zwei Sourcen das Bezugspotential der Treiberschaltung sein 
sollte, hab ich mir schon gedacht. Darum hab ich das ganze kurzerhand 
mal Simuliert, wie im Anhang zu sehen ist. Ohne Erfolg.
Die positive Halbwelle wird wie gewollt geschaltet. In der negativen 
Halbwelle kommt kein Stromfluss zustande. Das ganze ist also doch nicht 
so panal wie gedacht...

Was ist da falsch daran?


Grüße
Markus

Autor: Daniel (Gast)
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Vermutlich nur, dass der untere FET keinen geeigneten Typ hat.

Der BSS123 ist aber auch bloß ein 100V-Typ, nur das scheint der 
Simulation hier mal egal zu sein.

(Anhang)

Autor: mumpitz (Gast)
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Ja Sakrablöde, jetzt funktioniert es bei mir auch!

Hat vermutlich wirklich nur an der fehlenden Bauteildefinition gelegen. 
Auf das hab ich jetzt gar nicht mehr geachtet.

Jetzt stellt sich aber immer noch die Frage, wie ich den Treiber 
gestalten könnte. Ich könnte über einen kleinen Übertrager nehmen und 
somit die Ansteuerspannung potentialfrei machen. Allerdings müsste die 
Induktivität verdammt groß sein, denn nur wenn der Strom größer wird, 
wird Spannung in der Sekundärwicklung induziert.

Mit den Daten aus der Simulation und max 0.1A Spulenstrom:

Ul=L*(di/dt)
L=(Ul*dt)/di
L=(10V*2ms)/0.1A
L=0.2A

Das kann doch nicht die Lösung sein oder?

Grüße
Markus

Autor: Martin (Gast)
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... Das kann doch nicht die Lösung sein oder? ...

Da bin ich ganz deiner Meinung.

Autor: Daniel (Gast)
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Da gibt's verschiedene Möglichkeiten.
Z.B. ein normales Trafo-Netzteil, dessen ausgangsseitige Masse eben mit 
den Sourcen verbunden ist.

Oder schau noch mal hoch zu meinem ersten Beitrag und überlege, wie man 
die genannten Bauteile sinnvollerweise verschaltet. :)

Autor: Sven (Gast)
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Du musst die Bode-Dioden der Fets mit nutzen. Zeichne die mal ein, dann 
kommt die Idee ganz schnell.

Autor: mumpitz (Gast)
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Hallo!

Hab hier mal was übles zusammengebastelt, das funktioniert. Die 
Versorgungsspannung für die Ansteuerung kommt dabei aus einer Trafospule 
V3. Allerdings ist jetzt auch keine Potentialtrennung vorhanden! Das 
ganze funktioniert, da der NE555 über einen push-pull Ausgang verfügt.
Ich würde gerne das Ganze über einen Optokoppler machen, sodass der 
NE555 (oder µC) galvanisch Getrennt arbeitet.

Ich hab versucht eure Tipps in eine Schaltung zu basteln. Allerdings 
ohne Erfolg.

Zitat:
Man kann z.B. den N-Leiter des Versorgungsnetzes mit Drain des unteren
Transistors verbinden und dann über Diode, Vorwiderstand und Z-Diode die
Treiberversorgung gewinnen.


Wie soll das funktionieren? Wenn ich das Teil in die Steckdose stecke, 
weiß ich ja nicht, wo mein N-Leiter ist. Klar kann ich mit den 230V über 
eine Gleichrichterdiode, Vorwiderstand und Z-Diode (+Kondensator) eine 
Gleichspannung gewinnen. Siehe Bild 2. Allerdings kann ich die gewonnene 
Spannung nicht an die Sources anhängen. - die ist ja nicht 
potentialfrei!

Ich seh das Ganze mit Sicherheit viel zu kompliziert. Könnt ihr mir noch 
ein paar hilfreiche Tipps geben?

Grüße
Markus

Autor: Ober-Guru (Gast)
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Schau mal, in Deiner NE-555-Version verwendest Du die gemeinsamen 
Source-Anschlüsse als "Masse" für die Ansteuerung.

Genauso musst Du es auch bei der Einweg-Gleichrichtung machen.

Autor: Daniel (Gast)
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mumpitz schrieb:
> Allerdings kann ich die gewonnene
> Spannung nicht an die Sources anhängen. - die ist ja nicht
> potentialfrei!

Muss sie auch nicht sein. Probier es mal: Häng die unteren Enden von 
Z-Diode und Kondensator an die Sourcen.
Und denk dran, was Sven schrieb: Die FETs haben eine Body-Diode, die 
leitet von Source nach Drain.

Autor: Sven (Gast)
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Bin mal nicht so. R11 und R13 brauchst Du für den Rückstrom durch den 
Zerocross-Detektor, wenn die Mos gesperrt sind. Anschluss ist klar, 
Trafo an AC1 und AC2, Lampe zwischen AC2 und LAMP.

Der Transi oben regelt die Spannung auf grob 15V vor für einen 78L05 und 
die Mos-Gates.

Getestet ist die Schaltung bis 24V AC mit 250W Halogen. Ohne Gewehr und 
Pistole.

Autor: mumpitz (Gast)
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Hallo!

Vielen Dank für eure Hilfe!

Ich hab gestern unermüdlich simuliert und bin auf ein ähnliches Ergebnis 
gekommen wie in deinem Schaltplan, Sven.

Die Erzeugung der Hilfsspannung mit einem Längsregler ist raffiniert. 
Könnte ich auch noch simulieren. Allerdings sehe ich da Probleme mit der 
Leistung. 230V~ ist doch noch eine Stufe höher als 24V~.
Meine Schaltung mit dem einfachen Gleichrichter an den 230V ist sowieso 
eine harakiri Lösung. Für das Nachladen des Kondensators für die 
Hilfsspannung fallen um die 4W Spitzenleistung in der positiven 
Halbwelle ab. Man könnte mit Sicherheit noch einiges optimieren (bis 
jetzt hab ich nur die prinzipielle Funktion simulier) allerdings ist das 
Ganze Energieverbraten pur. Wenn man da noch einen Kühlkörper drauf 
schraubt, kann man glatt damit auch noch Spiegeleier braten. xD

Die zweite Lösung ist da schon wesentlich effizienter. Man braucht 
allerdings für die Hilfsspannung einen Trafo mit 2x15V 
Sekundärwicklungen. Dürfte allerdings nicht so schwer zu finden sein.

Es geht ja nicht um ein serienreifes Projekt. Es geht um meinen 
Entwicklungs- und Basteltrieb, der mich dazu treibt. ;-)

Könnte der Entwurf mit der zweiten Trafospule (W2 im Schaltplan) 
prinzipiell funktionieren? Oder hab ich etwas übersehen?

Grüße
Markus

Autor: Daniel (Gast)
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mumpitz schrieb:
> eine harakiri Lösung. Für das Nachladen des Kondensators für die
> Hilfsspannung fallen um die 4W Spitzenleistung in der positiven
> Halbwelle ab.

Ja, aber was zählt, ist der Effektivwert. Also 230²/22k = 2,5W. Je nach 
Last fällt das nicht ins Gewicht, gesetzt den Fall, es gibt irgendwo 
noch einen Ein-/Aus-Schalter und Du bekommst die Wärme abgeführt.

Brauchst Du denn die Isolation zwischen Steuer- und Leistungsteil? Wenn 
der Steuerteil nicht berührbar ist, reicht ja im zweiten Bild eine 
Trafowicklung.

Vielleicht kannst Du auch die Treiberstufe mit den beiden 
Bipolartransistoren sparen. Wenn es wirklich ein Dimmer wird, schaltest 
Du ja nur 2x pro Netzperiode, d.h. die Schaltverluste sind klein, auch 
wenn die Schaltflanken nicht so steil sind.

Am meisten Strom verbrauchst Du in dem Hilfskreis, wenn die Last aus 
ist. Versuche, den Pullup am Optokoppler und den Vorwiderstand R2 im 
zweiten Bild noch zu vergrößern. Auch dieser Strom fällt aber weg, wenn 
Du auf den Optokoppler verzichten kannst und die Endstufe direkt an den 
NE555 hängst. Der sollte dann auch ein CMOS-Typ (ICM7555 o.ä.) sein.

Autor: Daniel (Gast)
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Daniel schrieb:
> Ja, aber was zählt, ist der Effektivwert. Also 230²/22k = 2,5W.

Sogar nur die Hälfte, wegen der Einweggleichrichtung.

Ach ja, und wenn es ein Dimmer werden soll, der mit Netzfrequenz 
schaltet, brauchst Du, wie Sven andeutete, noch eine 
Nulldurchgangserkennung. Oder Du musst doch mit deutlich höherer 
Frequenz schalten (PWM-Dimmung), dann klappt es möglicherweise auch ohne 
Netzsynchronisation.

Autor: Sven (Gast)
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Du könntest die Hilfsspannung über ein Kondensatornetzteil 
bereitstellen. Musst halt sehen, ob das mit den Strompfaden machbar ist, 
ich hab grad keine Zeit die Simu dafür anzuwerfen.

Autor: thomas (Gast)
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Gibt es auch eine ähnlich einfache Schaltung wie die erstem im Beitrag, 
um mehrere Verbraucher mit nur einer potentialgetrennten 
Versorgungsspannung zu schalten?
Konkret würde ich gerne eine Steckdosenleiste per uC schalten und dabei 
möglichst wenig Strom verheizen. Bistabile Relais scheinen nicht so 
einfach zu beschaffen zu sein und Triacs brauchen fürs Zünden auch recht 
viel Strom, was sich gerade bei kleinen Vebrauchern negativ bemerkbar 
machen würde.

Aber wenn ich die oben gepostete Schaltung für mehrere Mosfets-Paare 
verwenden will gibts bestimmt Probleme, wenn die Sourcen aller Mosfets 
miteinander verbunden sind. Wird ein Paar eingeschalten, liegen alle 
anderen Sourcen auf dem selben Potential. Dadurch werden die Bodedioden 
ja wieder leitend.

Also gibt es da eine einfache Lösung um mehrere Verbraucher zu schalten?

Danke im vorraus,

Thomas

Autor: Steffen Warzecha (derwarze)
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Eine einfache Möglichkeit wäre ein Photovoltaik Optokoppler wie zB. der 
APV1122. Den gibt es für etwas über einen € und man braucht keine extra 
Spannungsversorgung.
Bei 220V Sachen würde ich aber ein Solid State Relais bevorzugen

Autor: thomas (Gast)
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Ah danke, wunderbar. "Normale" Optokoppler kommen ja nicht in Frage, da 
hier die Massen auch wieder verbunden werden müssen. Hab deshalb zuerst 
an sowas wie Mini-Trafos gedacht, aber sowas wie ein Photovolatik 
Optokoppler scheint mir eine prima Lösung.

Mal schaun ob ich da auch noch was günstigeres finde.
Zwecks Solid State Relais, kennst du welche die nicht allzuviel kosten 
(<5 Eur), aber dafür auch nicht soviel Strom aushalten müssen (< 5A)?

Autor: thomas (Gast)
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Hm, eignen sich solche Übertrager eigentlich auch dafür? 
http://www.neuhold-elektronik.at/catshop/product_i...

Würde die Eingangsseite dann per PWM ansteuern und am Ausgang einen 
simplen Einweggleichrichter anbringen.

Autor: thomas (Gast)
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Anbei noch ein Bild wie ich mir das vorstelle (bitte den unfertigen 
Digitalteil nicht beachten, den mach ich später fertig).

Hab die Einweggleichrichter gegen Ladungspumpen getauscht damit ich bei 
5V Versorgung auf schöne (in etwa) 10V für die Mosfet-Ansteuerung 
kommen.
Die Mosfets haben ein RDS-ON von nur etwa 0.08 Ohm, damit ich hier mit 
einem kleinen Kühlkörper auskomme (maximaler Strom 5A).

Also, wird das so funktionieren?

Autor: Steffen Warzecha (derwarze)
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Hmm, habe die Ansteuerung noch nie mit Trafos probiert, kann also wenig 
dazu sagen. Ich hätte Bedenken wegen der Kondensatoren da so doch recht 
langsame Anstiegs- Abfallzeiten der Flanken auftreten, so die FETs mehr 
Verluste im Umschaltzeitpunkt haben.
Die APVs gibt es bei Conrad zu einem  akzeptablen Preis.
Habe lange keine SS-Relais gebraucht kenn da die aktuellen Preise nicht, 
suche mal bei den einschlägigen Händlern.

Autor: thomas (Gast)
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Also momentan hab ich die Zeitkonstante auf etwa 10ms festgelegt. Da 
Umschaltvorgänge bei meiner Anwendung nur sehr selten auftreten glaub 
ich nicht, dass die Verluste beim Schaltvorgang hier ins Gewicht fallen.
Weiters kann ich Zeitkonstante sicher noch weiter herabsetzen. Zur Not 
müsste ich dann mit Schaltfrequenz am Trafo auch noch nach oben gehen. 
Momentan sind 10khz angedacht, weil die Übertrager mal für eine 
Telefonleitung gedacht waren. Das sollte sie also hoffentlich noch 
mitmachen.

Die günstigstens SSR die ich gefunden habe, kosten um die 5Eur auf ebay. 
Das wär schon in Ordnung, aber die sind mir leider doch etwas zu groß 
und der Haltestrom war dort auch ziemlich hoch.

Mich würde nur interessieren ob ich bei meiner Schaltung noch 
irgendetwas beachten muss. Kurze Spannungsspitzen oder dergleichen.

Autor: mischu (Gast)
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1. Freilaufdioden auf Primärseite der Trafos vergessen. -> Kabumm für 
die Transistoren / den uC

2. Treiberschaltung ist unsinnig. Leg den Mittelabgriff auf VCC und 
ziehe mit zwei NPN je eine Seite nach GND.

3. Mit welcher Schaltfrequenz arbeitest Du?
Bei sehr niedrigen Frequenzen (100Hz) muss der Trafo ordentlich groß 
sein, da er sonst sättigt.
Bei sehr hohen Frequenzen werden die MOSFETs gigantische Verluste 
machen, wenn das Gatesignal durch die Zeitkonstante von 10ms nur 
freigeschaltet werden.

4. Sieh am Besten noch eine Spannungsbegrenzung (< 20V) für die 
Gatespannung vor.

Autor: thomas (Gast)
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mischu schrieb:
> 1. Freilaufdioden auf Primärseite der Trafos vergessen. -> Kabumm für
> die Transistoren / den uC

Ja an Freilaufdioden hab ich schon gedacht. Hab auch ezxplizit danach 
gesucht, ob man sowas bei einem Tafo auch braucht, aber nichts gefunden.
Werd sie halt sicherheitshalber einbauen, danke.

> 2. Treiberschaltung ist unsinnig. Leg den Mittelabgriff auf VCC und
> ziehe mit zwei NPN je eine Seite nach GND.

Die Übertrager haben keinen Mittelabriff. Könnte eventuell auf der 
Primärseite nur eine Wicklung nehmen und die beiden am Ausgang 
zusammenschalten, aber dann brauch ich wieder mehr von den Übertragern. 
Mit der Ladungspumpe geht das doch eleganter.

> 3. Mit welcher Schaltfrequenz arbeitest Du?
> Bei sehr niedrigen Frequenzen (100Hz) muss der Trafo ordentlich groß
> sein, da er sonst sättigt.

Hab ich oben geschrieben. Angedacht sind 10kHz. Wie schnell die sättigen 
kann ich nicht sagen, da ich kein Datenblatt zu den Teilen gefunden 
habe. Aber die wenigen uA zum Ansteuern der Gates werden sie wohl 
liefern. Wobei mein RC Glied momentan noch mehr zieht, aber das kann ich 
ja noch ändern.

> Bei sehr hohen Frequenzen werden die MOSFETs gigantische Verluste
> machen, wenn das Gatesignal durch die Zeitkonstante von 10ms nur
> freigeschaltet werden.

Die Mosfets selbst werden kaum mal geschalten. 1-10 mal pro Tag 
vielleicht.

> 4. Sieh am Besten noch eine Spannungsbegrenzung (< 20V) für die
> Gatespannung vor.

Ok, werd einfach noch ein paar Zener Dioden an die Ausgänge heften.

Sonst noch Vorschläge, damit mir das Haus nicht abfackelt?

Autor: thomas (Gast)
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Ah jetzt seh ich erst das Problem mit der Ladungspumpe. Das PWM Signal 
wechselt ja nur zwischen 0 und 5V. Damit die Ladungspumpe funktioniert 
brauch ich aber noch eine negative Spannung. Hm das  muss ich mir was 
anderes einfallen lassen.

Autor: thomas (Gast)
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Ok ich denke die einfachste Lösung wäre nur eine Ladungspumpe auf der 
Eingangsseite, damit spar ich auch noch Bauteile.

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