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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Warum FET-Ansteuerung mit Trafo?


Autor: Sporadischer Fragensteller (Gast)
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Hallo,

ich frage mich immer wieder, warum in den Datenblättern von 
PWM-Controllern, die mehrere FETs ansteuern, diese immer mit Trafos 
angesteuert werden und nicht mit "normalen" Treibern.
Das ist jedoch meißtens nicht so bei Controllern, die nur einen FET 
ansteuern, wie Step-Up/Down-Controller, die meißt den Treiber schon 
integriert haben.
Ist es billiger, einen Trafo mit entgegengesetzten Wicklungen statt 
einen High- und Lowside-Treiber einzusetzen oder hat das einen anderen 
Grund?

Kann man also die Gate-Steuerungs-Trafos durch normale Treiber ersetzen, 
beispielsweise in dem im Anhang befindlichen Schaltplan (S.3)?

Danke für Aufklärung!

: Verschoben durch Admin
Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Sporadischer Fragensteller schrieb:
> die mehrere FETs ansteuern, diese immer mit Trafos
> angesteuert werden und nicht mit "normalen" Treibern.

Da die beiden oberen FETs direkt an Netzspannung haengen muesste der 
Treiber fuer die oberen FETs auch um diese Spannung gegenueber GND 
angehoben sein. Das geht aber besser mit einem Trafo bzw. mit einem 
Optokoppler. Wobei der Trafo den Vorteil hat die ansteuerleisting fuer 
den FET direkt mit zu uebertragen gegenueber dem Optokoppler der nur das 
Signal uebertraegt.

Autor: mhh (Gast)
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Treiber brennt durch. Mit Trafo: FETs bleiben aus. Ohne Trafo: FET kann 
dauerhaft angesteuert sein. Er dient also u.A. zur Schadensbegrenzung.

HighSide Ansteuerung macht ein Trafo einfacher und erlaubt gleiche FETs 
in der Brücke, welche billiger sind.

Und es gibt sicher noch mehr Gründe.

Autor: Sporadischer Fragensteller (Gast)
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Ein normaler Highside-Treiber mit Bootstrap-Kondensator ist ja an sich 
einfacher als ein Trafo anzusteuern (der z.B. im angehängten Datenblatt 
noch extra zwei push-pull-Treiber und benötigt). Mit Treibern aus der 
IR21xx-Reihe kann ich genauso 2 identische FETs verwenden und die 
Spannung für die Highside ist auf schlappe 600V begrenzt.

Abgesehen vom Todesfall des Treibers/Controllers/FETs hat es noch einen 
Grund, der mich davon abhält, die FETs so, wie ich es gewohnt bin, mit 
Treibern anzusteuern?

Autor: Reiner S. (chickstermi) Benutzerseite
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Mit deiner Bootstrap-Lösung ist es nicht möglich 100% Duty Cycle im 
HighSide-Zweig zu fahren...

Gruß, der Icke

Autor: Andreas Lang (andi84)
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Trafo ist zuverlässiger, quasi unkaputtbar und (spott)billig.
Gute Bridge-Treiber sind vergleichsweise teuer.

Autor: Andreas Lang (andi84)
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Reiner S. schrieb:
> Mit deiner Bootstrap-Lösung ist es nicht möglich 100% Duty Cycle im
> HighSide-Zweig zu fahren...

Mit nem Trafo aber auch nciht.

Gruß
Andreas

Autor: Reiner S. (chickstermi) Benutzerseite
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>Reiner S. schrieb:
>> Mit deiner Bootstrap-Lösung ist es nicht möglich 100% Duty Cycle im
>> HighSide-Zweig zu fahren...

>Mit nem Trafo aber auch nciht.

Ja, seh ich in diesem Fall ein...

Gruß, der Icke

Autor: Andreas K. (derandi)
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Was gut funktioniert: Eine Vollbrücke aus vier Schaltern mit nur einem 
Trafo und einem Signal ansteuern. Primär eine, Sekundär vier Wicklungen, 
je zwei gegensinnig.
Weiterer Vorteil dürfte die simple aber verlässliche, galvanische 
Isolation sein. Wenn ein Treiber durchbrennt kann es passieren das die 
High-Side plötzlich einen Weg in die Logik findet, kein guter Gedanke...

Treiber bieten dafür Vorteile wenn man größere Totzeiten einplanen muss 
aber trotzdem steile Flanken will, mit externer 
Spannungsversorgung/DC-DC-Wandler kann man auch 100% Duty-Cycle anfahren 
oder jeden Schalter in der Brücke einzeln ansteuern.

Autor: Sporadischer Fragensteller (Gast)
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Abgesehen von den genannten Nachteilen könnte man theoretisch aber einen 
normalen Treiben an den Controller hängen? Oder verlassen sich die sich 
auf irgendeine Eigenschaft, die nur eine Ansteuerung mit Trafos hat?

Mir sind zwar schon einige Treiber gestorben, als sie allzu frei 
fliegend verdrahtet wurden, aber die Spannung ist nicht auf die andere 
Seite gekommen und die FETs haben auch nur dauerhaft gesperrt. Das gibt 
natürlich keine Garantie!


Kennt jemande einen robusten Vollbrücken-Controller? Die Auswahl scheint 
bisher sehr begrenzt zu sein.
Ist es ratsam, einen anderen Controller dafür zu "missbrauchen"?
Eine mikrocontrollergesteuerte Vollbrücke baue ich so schnell nicht 
nocheinmal - erst recht nicht Stromgeregelt, das ist den Aufwand nicht 
wert.

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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Trafos haben einen großen Vorteil bei Anwendungen mit höheren 
Leistungen:
Sie bieten eine sehr einfache Möglichkeit, jeden Zweig einer Brücke 
völlig potentialfrei anzusteuern. Man kann das Steuersignal direkt an 
den Transistor jedes Brückenzweiges zwischen Gate und Source bzw. 
Emitter heranführen. Mit Gate-Treibern ist das nicht möglich, da beim 
schnellen Schalten großer Ströme erhebliche Induktionsspannungen auf der 
Source- bzw. Emitterleitung auftreten. Dadurch läßt sich kein 
definiertes Massepotential für alle Low-Side-Treiber herstellen. Bei den 
High-Side-Treibern ist demzufolge auch die einfache Aufladung des 
Bootstrap-Kondensators über eine Diode auf eine definierte 
Betriebsspannung schwierig. Durch eigentlich harmlose Spikes von z.B. 50 
V auf der Emitterleitung eines 1200-V-IGBTs kann so die Betriebsspannung 
des High-Side-Treibers mal eben von 15 auf 65 V steigen. Auf der 
Low-Side würden sich solche Spikes direkt zur Gatespannung addieren, was 
ebenso ungesund für Treiber und Transistoren wäre.
Bei IGBT-Modulen hoher Leistung werden deshalb die Emitteranschlüsse 
doppelt herausgeführt: Einmal für den Laststrom und einmal als Referenz 
für die Gatespannung. Ein einzelnes Modul (Halbbrücke) könnte man 
vielleicht noch problemlos mit Gate-Treibern ansteuern. Bei mehreren 
Modulen wird es dann aber schwierig, weil ja auch jeder 
Low-Side-Transistor sein eigenes Massepotential hat, selbst wenn die 
Emitter über eine Stromschiene fest miteinander verschraubt sind.

Jörg

Autor: Alex S. (thor368)
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Tach allerseits!

Mittlerweile habe ich auch schon einen Hass auf die 
bootstrapping-Treiber. Das fing damit an, dass ich den IR2183 mit 22V 
betrieben habe und der sich sporadisch dazu entschieden hat einfach 
dicht zu machen. Nach einem powerreset kam er dann wieder. Runtergedreht 
auf 12V und die Welt war wieder in Ordnung. Ich kann nicht 
nachvollziehen, warum der Hersteller sein chip mit 25V spezifiziert 
obwohl das nachweislich nicht funktioniert.

Ein wichtiger Aspeckt der hier schon mehrmals angesprochen wurde ist die 
galvanische Trennung von Treiber/Logik und Leistungsteil. Das hat nicht 
nur abergläubische Gründe, sondern ist in vielen Fällen auch praktisch.

Trotzdem wird es wohl nie passieren, dass ich mich mit Trafos zur 
Signalübertragung anfreunde. Ein guter Mittelweg ist der TLP250 oder 
Derivate. Optokoppler und Gatetreiber in eins. Man braucht auf der 
Treiberseite nur eine Versorgung. Praktischerweise kann man den dann mit 
+-12V versorgen um das Gate gegen Millertransienten zu sichern. Das 
klappt wirklich gut, wenn man mit höheren Spannungen mit ordentlich 
Dampf zu tun hat.

Thor

Autor: Frank Xy (flt)
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Andreas Lang schrieb:
> Reiner S. schrieb:
>> Mit deiner Bootstrap-Lösung ist es nicht möglich 100% Duty Cycle im
>> HighSide-Zweig zu fahren...
>
> Mit nem Trafo aber auch nciht.
>
> Gruß
> Andreas

Wieso nicht?

Ich erinnere mich an ein Buch von Franzis, "MOS-Bauelemente in der 
Leistungselektronik" von Felix Schörlin. Darin wurde eine Ansteuerung 
mittels Übertrager und Trägerfrequenz(700...1000kHz) beschrieben. Damit 
kann man auch 100% übertragen. Leider habe ich das Buch grade nicht 
greifbar und Google hat es auch nicht. Aus dem Kopf kann ich das Ganze 
nicht skizzieren, ist schon etwas länger her.

Wenn es nicht eilt dann schaue ich mal am Wochenende danach.

mfg

Frank

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