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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Frage zu Labornetzgerät mit MOSFET


Autor: Johannes (Gast)
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Bei den Agilent Labornetzteilen E3612A werden MOSFETs als 
Leistungstransistoren eingesetzt, im Service-Manual ist der Schaltplan 
abgebildet:
http://www.mikrocontroller.net/attachment/95693/59...

Dazu habe ich eine Frage, weil ich den Sinn von zwei Transistoren nicht 
so ganz verstehe:

Der NPN-Transistor Q4 bzw. Q5 liegt mit der Basis am Source-Anschluss 
des Leistungs-MOSFET, der Emitter geht zum MOSFET-Gate (über 75 Ohm 
Widerstand).
Über den Widerstand R43 (100 kOm) ist der Kollektor gegen -12V 
geschaltet.

Vermutlich soll damit der MOSFET gegen zu hohe negative Gate-Spannung 
geschützt werden.

So wie ich das verstehe, wirkt vor allem die Basis-Emitter Diode, über 
R43 fließt erst dann ein Strom, wenn die Spannung am MOSFET-Source 
niedriger als -12V ist, was ja eigentlich gar nicht passieren kann. Und 
wenn, dann ist dieser Strom sehr klein, da R43 = 100 kOhm.

Hat von Euch jemand eine Erklärung, was Q4/Q5 für eine Funktion haben 
und warum R43 so hochohmig ist?

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Johannes schrieb:
> Bei den Agilent Labornetzteilen E3612A werden MOSFETs als
> Leistungstransistoren eingesetzt, im Service-Manual ist der Schaltplan
> abgebildet:
> http://www.mikrocontroller.net/attachment/95693/59...
>
> Dazu habe ich eine Frage, weil ich den Sinn von zwei Transistoren nicht
> so ganz verstehe:
>
> Der NPN-Transistor Q4 bzw. Q5 ...
> Vermutlich soll damit der MOSFET gegen zu hohe negative Gate-Spannung
> geschützt werden.

Nein.

>
>
> Hat von Euch jemand eine Erklärung, was Q4/Q5 für eine Funktion haben
> und warum R43 so hochohmig ist?


Q4/Q5 dienen der Strombegrenzung. Aus 2 Gründen:
1. Eine typische Variante, um bei Ausfall anderer Regelungen doch noch 
die Linearendstufe zu schützen.
2. Um doch noch zu erzwingen, das sich nicht eine der 
parallelgeschalteten Linearendstufen komplett mit dem vollen Nennstrom 
abmüht (== Verteilung erzwingen).

Autor: Johannes (Gast)
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> Q4/Q5 dienen der Strombegrenzung....

Danke für den Hinweis, ich muss allerdings gestehen, dass ich die 
Funktion immer noch nicht so richtig nachvollziehen kann.

Kann es sein, dass Q4/Q5 irgendwie rückwärts betrieben werden. Es fließt 
ja im Normalbetrieb ein Strom durch die Basis-Kollektor-Diodenstrecke 
und R43 nach -12V. Um den Strom durch die MOSFETs zu begrenzen müsste 
ein Strom in den Emitter reinfließen.

Oder ist das vielleicht falsch rum gezeichnet.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Q4, Q5, R43, R44 und R45 bilden einen Differenzverstärker. An R35 und
R36 entsteht jeweils ein Spannungsabfall, der abhängig von dem jeweils
fließenden Strom ist. Der Differenzverstärker korrigiert die Gatespan-
nungen der beiden Mosfet-Pärchen so, dass in beiden Zweigen der gleiche
Strom fließt.

Warum die Transistoren invers betrieben werden, verstehe ich auch nicht.
Durch den Inversbetrieb erhöhen sich die Eingangsströme des Verstärkers
deutlich, was aber in diesem Fall keine (schon gar keine positven)
Auswirkungen hat. Unter bestimmten Voraussetzungen könnte es bei den
Transistoren zu einem BE-Durchbruch kommen, was aber sicher nicht
erwünscht ist. Sonst ändert sich durch den Inversbetrieb das Verhalten
des Differenzverstärkers kaum.

Autor: Jens G. (jensig)
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Ih hoffe, euch ist aufgefallen, daß dies reverse betriebene 
npn-Transistoren sind, und zwar relativ schnelle. Und daß die 
Sourcewiderstände absolut nicht die Funktion dieser Transistoren 
beeinflußen. Also nix Stromregelung/-verteilung irgendwie.
Ich tippe einfach auf schnell schaltende Dioden (BE-Strecke dieser 
Transitoren) - und zwar für den Fall, daß Q2 aus irgendwelchen 
Regelgründen zu stark gegen Masse zieht, während die Sources noch auf zu 
hohem Pegel liegen (diese Beschaltung gilt schließlich nur für die 
Hochvoltvariante des Netzteils).
Diese "Dioden" ziehen an, sobald Us>Ug.

Autor: Jens G. (jensig)
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Die idee mit der Stromverteilungsregelung bzw. Differenzverstärker finde 
ich zwar interessant, aber da die Schaltung potentiell die Gefahr hat, 
daß Ugs die max. -Ube der Q4/Q5 (6V) übersteigen könnte, und somit nicht 
mehr als (invers betriebene) Transistoren funktionieren können, glaube 
ich nicht so recht daran, daß man damit eine Stromregelung mittels 
Differenzverstärker realisieren wollte.
Ich bleibe also bei meiner Meinung, daß die eine zu hohe -Ugs vermeiden 
sollen.

Autor: Jens G. (jensig)
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also wenn die Transistoren nur verkehrtherum eingemalt wurden, dann kann 
die Stromverteilungstheorie stimmen.
Aber warum nur bei der Hochvoltvariante?

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Jens G. schrieb:
> Die idee mit der Stromverteilungsregelung bzw. Differenzverstärker finde
> ich zwar interessant, aber da die Schaltung potentiell die Gefahr hat,
> daß Ugs die max. -Ube der Q4/Q5 (6V) übersteigen könnte, und somit nicht
> mehr als (invers betriebene) Transistoren funktionieren können, glaube
> ich nicht so recht daran, daß man damit eine Stromregelung mittels
> Differenzverstärker realisieren wollte.

Mich hat's ja auch etwas gewundert, warum man das Risiko eines EB-Durch-
bruchs eingeht, obwohl die Transistoren anders herum eingebaut ihren
vermuteten Zweck als Differenzverstärker mindestens genauso gut erfüllen
würden. Allerdings wird der Durchbruch im normalen Betrieb nicht passie-
ren, da das Netzgerät auf 0,5A begrenzt ist. Diesen Strom liefert schon
ein einzelner IRF440 bei Ugs = Uebmax = 6V locker, so dass höhere Span-
nungen gar nie auftreten sollten.

Falls die Transistoren nicht der Stromverteilung, sondern als Dioden dem
Überspannungsschutz für die Mosfets dienen, frage ich mich:

- Wozu braucht man diesen Schutz? Selbst bei kaputten Q2 und CR8 kann
  Ugs höchstens ±12V (zuzüglich dem nicht sehr großen Spannungsabfall an
  den Shunts R35/R36 und R2) erreichen, was aber noch deutlich innerhalb
  des zulässigen Bereichs liegt.

- Wozu ist dann der gemeinsame Kollektorwiderstand R43 da?

- Warum nimmt man dazu nicht gewöhnliche Dioden? Sind die BE-Dioden der
  2N2222 wirklich schneller oder sonstwie besser als billige 1N4148?

- Und das potentielle Durchbruchproblem hat man ja immer noch.

Langsam keimt auch in mir der Verdacht, dass die Transistoren einfach
falsch herum in den Schaltplan eingezeichnet wurden.

> also wenn die Transistoren nur verkehrtherum eingemalt wurden, dann kann
> die Stromverteilungstheorie stimmen.
> Aber warum nur bei der Hochvoltvariante?

Nur so eine Vermutung:

In den Niedervoltvarianten werden Darlingtons anstelle der Mosfets
eingesetzt. Da Mosfets anders als Bipolartransistoren nicht so gut für
den leistungsverbratenden Analogbetrieb geeignet sind, hat man mehr
Aufwand in die Stromverteilung gesteckt, um sicher zu gehen, dass jeder
der vier Mosfets tatsächlich nur ein Viertel der Gesamtverlustleistung
abbekommt. Die Darlingtons sind etwas robuster, so dass die nachgeschal-
teten Widerstände R35 und R36 evtl. schon ausreichen, um den Strom
halbwegs gleichmäßig zu verteilen, zumal bei den Bipolartransistoren ja
auch der Gegenkopplungseffekt dieser Widerstände stärker als bei den
Mosfets ist.

Autor: Johannes (Gast)
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> also wenn die Transistoren nur verkehrtherum eingemalt wurden, dann kann
> die Stromverteilungstheorie stimmen.

Ich denke auch, dass das ein Fehler im Schaltplan ist. Könnte es sein, 
dass Agilent da absichtlich kleine Fehler einbaut, um den (chinesischen) 
Mitbewerbern den Nachbeu etwas schwerer zu machen bzw. um die Kopie 
daran zu erkennen, dass der Fehler mitkopiert worden ist?

Ich bin mir mitlerweile ziemlich sicher, dass diese Transistoren für 
eine symmetrische Stromverteilung zuständig sind; einen Schutz gegen 
negative Gate-Spannung bieten sie zusätzlich auch, aber die sollte 
eigentlich nicht auftreten.

> Aber warum nur bei der Hochvoltvariante?

Nur hier sind MOSFETs eingesetzt, die Niedervolt-Geräte haben 
Bipolartransistoren, da braucht man das nicht.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Johannes schrieb:
>> Aber warum nur bei der Hochvoltvariante?
>
>
>
> Nur hier sind MOSFETs eingesetzt, die Niedervolt-Geräte haben
>
> Bipolartransistoren, da braucht man das nicht.

Und da man für die Niedervolt-NTs schon bei Motorola die Halbleiter 
gekauft hat,
wundert es umso mehr das man bei den 120V NT nicht auch Motorola Bipolar 
genutzt hat. Für solch ein 30W NT nun wirklich kein großes Thema. 
Vermutlich/Möglicherweise Kostengründe.

BTW: Es geht aber mit derartigen 200V/250V npn von Motorola auch, wir 
haben hier mal sowas reparieren müssen und es war gerade kein IRF Ersatz 
auf die Schnelle greifbar .-)

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