Hallo. Mit einem N-Kanal-MOSFET möchte ich größere Leistungen (~500W) dauerhaft (also ohne PWM) high-side schalten. Die üblichen Bootstrap-Treiber-ICs kommen dafür nicht in Frage, bzw. nur mit aufwendiger Zusatzbeschaltung (Ladungspumpe). Sinnvoller scheint mir eine isolierende Ansteuerung. Dazu fallen mir drei Varianten ein: 1. mit einem Trafo 2. mit einem Optokoppler 3. mit einem isolierten DC/DC-Wandler Gibt es noch einfachere Möglichkeiten ? Was sind die Vor-/Nachteile der genannten Möglichkeiten ? Wie genau hat so eine isolierende Schaltung auszusehen ? Reicht es dabei aus, wenn ich auf der Primärseite das Schaltsignal habe und sekundär einfach 15V auf Source schalte ? Für ein paar Hinweise wäre ich sehr dankbar. Schöne Grüße, Felix
Hallo Felix, Ich empfehle Dir zum Anfang mal das http://www.mikrocontroller.net/articles/Treiber als Lektüre. Als nächstes solltest Du Dir beim Reichelt z.B. das http://www.reichelt.de/Wandler-Module-DC-DC/SIM2-0515S-SIL7/index.html?;ACTION=3;LA=444;GROUP=P853;GROUPID=4956;ARTICLE=35057;START=0;SORT=artnr;OFFSET=100;SID=11TbJzz38AAAIAACeAUTE93cb29f911155ddd019441fb89492035 besorgen. Dieser DCDC versorgt die HV-Seite Deines Treibers dauerhaft Gruß ich
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Hallo Du, ;-) den Artikel über die Treiber kenne ich bereits. Ich habe auch schon erfolgreich mit Bootstrap-Treibern gearbeitet. Mein Problem ist momentan die dauerhafte Ansteuerung. Das DC/DC-Modul sieht ganz gut aus. Das Problem dabei ist aber der Preis. Ich würde deshalb eher die Variante 2 (Optokoppler) bevorzugen. Deshalb nochmal konkret die Frage: Was spricht dagegen einen Optokoppler zu nehmen und ihn wie auf dem Bild im Anhang verschalten ? Irgendwo habe ich gelesen, dass OKs für PWM-Anwendungen zu langsam sind, für den kontinuierlichen Betrieb ist die Schaltgeschwindigkeit aber nicht so wichtig. Danke nochmal und frohe Ostern allerseits.
Das funktioniert auf diese Weise nicht, da der FET als Sourcefolger nur eine Spannung von ca. 12V an die Last bringt. Die Gatespannung sollte etwa 10V höher als die Drainspannung sein um den FET voll durchzuschalten. Dazu braucht es aber einen DC-DC Wandler mit galvanischer Trennung oder eine Ladungspumpe z.B. ICL7660 oder MAX232 zweckentfremdet.
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Du hast recht. Die Schaltung oben ist Schwachsinn, denn die beiden Spannungen sind ja trotzdem auf Gnd bezogen. Ich dachte an Optokoppler, weil die DC/DC-Module vergleichsweise teuer sind und ich mehrere dieser Schalter benötige. Aber vielleicht kann man das ja mit einem Modul realisieren. (s. Anhang) Ist das jetzt richtig so ? An Source liegt permanent der '-' Ausgang des Wandlers und am Gate wird '+15V' zugeschaltet. (Der MOSFET hat sich im Vgl. zur obigen Schaltung gedreht, weil ich die Body-Diode als Rückstromblockierung verwenden möchte, das hatte ich oben vergessen)
@ Dieter Werner: Die Idee mit dem Max233 finde ich auch nicht schlecht. Soweit ich mich erinnere gehen die RS232 - Pegel doch aber von +15V bis -15V und sind dem Eingangspegel gegenüber negiert. Es müsste also eine zusätzliche Pegelwandlung erfolgen. Hast Du vielleicht ein Beispiel dazu ?
@ Ben: Wie gesagt, ich habe den FET gedreht, damit die Body-Diode die Rückströme sperrt. Source ist also oben.
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Nach längerer Suche habe ich in diesem Topic eine ähnliche Schaltung gefunden: Beitrag "Re: mit N-Kanal FET 12V schalten (Gatespannungsproblem)" http://www.mikrocontroller.net/attachment/23628/Highside.jpg Dort wird zusätzlich ein OK zur isolierten Ansteuerung verwendet, sowie zwei Z-Dioden um die Gate-Spannung zu begrenzen. Das Ziel meiner Schalter soll sein, verschiedene Quellen (Batterie, Netzteil, evtl. PV-Modul) an die nachfolgende Schaltung anzuschließen. Ein Problem dabei sind die unterschiedlichen Spannungspegel der Quellen. Ich habe mir das nun so überlegt, dass ich gleichzeitig beide Ausgänge des DC-Wandlers auf die entsprechenden MOSFETs schalte. (Anhang, schematisch) Kann man das so machen ? Gibt es solche zweifachen Optokoppler ?
Das funktioniert im Leben nicht. Ist doch gar nicht all zu lange her, wo hier jemand für seine Dreiphasenbrücke sowas gebaut hat, was anschließend geknallt hat. Dafür nimmt man fertige MOSFET Treiber.
Kannst Du mir einen Treiber empfehlen ? Die üblichen Bootstrap-Treiber gehen leider nicht, bzw. nur mit zusätzlicher (aufwendiger) Beschaltung (Stichwort NE555) für meine Anwendung, weil ich, wie gesagt keine PWM verwende sondern der FET dauerhaft ein- bzw. ausgeschaltet sein soll. Was funktioniert, Deiner Meinung nach, nicht an der Schaltung ?
Danke für den Tipp. Scheinbar hat der zwei Ladungspumpen integriert und ich könnte zumindest zwei FETs damit ansteuern. Wahrscheinlich benötige ich aber 4-5 solche FETs. Da wird das ganze schon wieder kostenintensiv. (8€/Stk. bei Farnell u. RS) Was ist denn gegen die obige Schaltung mit dem DC-Modul und dem OK einzuwenden ? Sollte das nicht auch gehen ?
Sieh dich mal hier um: http://www.analog.com/en/interface/digital-isolators/products/index.html Wenn du einen Logiclevel-FET verwendest kommst du z.B. mit einem ADUM5240 aus. Wenn du mehr Spannung brauchst sieh dir mal den ADUM3470 an, der ist nicht ganz so komfortabel. Gruß, Reinhard
> Wie gesagt, ich habe den FET gedreht, damit die Body-Diode die > Rückströme sperrt. Source ist also oben. Watt?! FET gedreht?? Male den Schaltplan neu!
Felix B. schrieb: > Kannst Du mir einen Treiber empfehlen ? > > Die üblichen Bootstrap-Treiber gehen leider nicht, bzw. nur mit > zusätzlicher (aufwendiger) Beschaltung (Stichwort NE555) für meine > Anwendung, weil ich, wie gesagt keine PWM verwende sondern der FET > dauerhaft ein- bzw. ausgeschaltet sein soll. Quatsch. Die normalen Floating Gate Driver kannst du bestimmt genau so mit DC/DC Wandler an der Highside betreiben.
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Ich habe inzwischen einige Treiber gefunden, die passen würden: LM9061 MIC5011 LT1161 MAX1614 Das sind alles High-Side Treiber mit integrierten Ladungspumpen. Wenn man danach sucht, findet man schon ein bisschen was. Diese Lösung gefällt mir sehr gut. Jetzt muss ich nur noch einen für größere Spannungen (bis 70V) finden. @ Simon K.: Das geht garantiert auch. Nur was macht der Treiber dann zusätzlich was nicht ein einfacher npn-Transistor (oder eben ein Optokoppler) nicht auch kann. @Ben: Entschuldige, wenn ich Dich verwirrt habe. Ich möchte beide Varianten verwenden (s. Anhang), das geht so nicht aus dem Text hervor. Zum einen möchte ich die genannten Quellen mit einer "normalen" Drain-Source Schaltung zu- bzw. abschalten (1). Dahinter möchte ich noch zur Absicherung einen "invers" betriebenen FET schalten, der also nur als bessere Diode funktioniert und alle negativen Ströme blocken soll (2). Die Frage der Ansteuerung stellt sich aber in beiden Fällen. Vielen Dank nochmal allerseits für die Hilfe.
Felix B. schrieb: > @ Simon K.: > Das geht garantiert auch. Nur was macht der Treiber dann zusätzlich was > nicht ein einfacher npn-Transistor (oder eben ein Optokoppler) nicht > auch kann. Er bringt dir das Ansteuersignal auf die Floatende High-Side. Und zwar mit extrem geringen Delay und gleichzeitig ziemlich hohem Push-Pull Ausgangsstrom. Mit deiner Anordnung kannst du den MOSFET zwar über deine (ziemlich lahmen Optokoppler) aufladen, aber nie mehr entladen, weshalb die Schaltung eben so wie dargestellt Unsinn ist. Selbst mit Pull-Down Widerstand zum Entladen kriegst du nie und nimmer solche Schaltzeiten und Ströme hin, wie bei einem integrierten MOSFET Treiber. Ganz ehrlich: Du willst relativ große Lasten schalten, versuchst aber gerade an einer so extrem kritischen Stelle zu sparen? Oder was versuchst du? Hier braucht man schon ziemlich fundiertes Wissen, wenn man von der Standardlösung weggehen möchte. Und die Optokoppler Lösung ist keine davon.
Die Schaltzeiten sind in meiner Anwendung, wie gesagt, nicht von Bedeutung und die entsprechenden Ströme kann man schon auch auf diese Weise bereitstellen. Es müssen ja nicht unbedingt Optokoppler sein. Die meisten High-Side-Treiber sind ja auch nicht galvanisch getrennt. Was ich aber eher als kritisch ansehe ist die Synchronität der Schalter. Es müssten auf jeden Fall entsprechende Totzeiten programmiert werden. Den Entladewiderstand habe ich in den Zeichnungen zur Vereinfachung weggelassen, zusätzlich würde ich z.B. auch noch die Z-Dioden aus der verlinkten Schaltung zur Gatespannungsbegrenzung mit rein nehmen. Die beste Lösung sind aber, meiner Meinung nach, die Treiber mit eingebauter Ladungspumpe. Ich habe bislang nur noch keinen passenden gefunden, für meinen Spannungsbereich. Ich hatte mir sowas auch mal selber aufgebaut mit einem High-Side-Treiber und einem 555-Timer, der die Ladungspumpe mit einem Rechtecksignal versorgt, allerdings hat dieser Aufbau ziemliche Probleme bereitet und ich suche deshalb nun nach einer einfacheren Lösung. Du hast schon recht, das ist wirklich die falsche Stelle zum sparen. Das Ganze soll hauptsächlich sicher funktionieren. Wenns am Ende auch noch billig ist, schadet das ja aber nicht, oder. Schöne Grüße, Felix
Wenn die Schaltzeiten aber VIEL zu langsam sind macht der MOSFET beim schalten die Haube auf und lässt Dampf ab. Warum schaltest du die Last nicht zwischen +40V und Drain? Dann liegt Source auf GND und man kann auch GND-bezogene Spannungen zum Schalten verwenden. Ich würd das Gemurkse lassen und besser ein paar Euro in einen Treiber-IC, einen Optokoppler und einen DC-DC-Wandler zur Stromversorgung investieren.
@Andreas K.: Richtig. Zumal dir ein entsprechener MOSFET Treiber noch die Dead Time erzeugt.
dead time braucht er ja nicht wenn er nur schalten und keine halbbrücke bauen will.
Nachdem ich nun festgestellt habe, dass es für diesen Spannungsbereich keine fertigen Treiber gibt, muss ich mir nun doch was "basteln". Die einzige Möglichkeit wäre der o.g. H-Brücken-Treiber HIP4081, davon bräuchte ich aber drei Stück. Für den Preis kann ich auch die DC/DC-Versorgung bauen. Nochmal zum Verständnis: Ich möchte 4-5 dieser Schalter bauen. Bei den Kosten für DC/DC-Wandler, Treiber, MOSFET und Optokoppler kommt da pro Schalter schon einiges zusammen, von den zusätzlich durch den DC/DC-Wandler eingebrachten Störfrequenzen mal abgesehen. Es muss doch einen einfacheren Weg geben einen High-Side-Schalter zu bauen. @Andreas: Low-Side-Schalten ist leider schaltungsbedingt nicht möglich.
Felix B. schrieb: > Nachdem ich nun festgestellt habe, dass es für diesen Spannungsbereich > keine fertigen Treiber gibt, muss ich mir nun doch was "basteln". Die > einzige Möglichkeit wäre der o.g. H-Brücken-Treiber HIP4081, davon > bräuchte ich aber drei Stück. Für den Preis kann ich auch die > DC/DC-Versorgung bauen. Mein Gott, Du bist aber auch ein bisschen schwer von Begriff ;-) Ein mal kurz die Suche bei irf.com angeschmissen kommt unter anderem der sehr günstige IR2117 bei raus...
schau dir mal den IR2110 an. der kann bis 500V high side floating (IR2113 bis 600V). der dc/dc-wandler zur versorgung der high side muß das aber ebenfalls können sonst knallt's dort. der IR2110 hat noch einen low side treiber, den kann man ungenutzt lassen (nur versorgungsspannung anschließen, eingang auf low und alles ist gut).
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Ich meinte Treiber mit integrierter Ladungspumpe, also solche wie ich oben aufgeführt habe. Sorry, für die unklare Ausdrucksweise. Mit den genannten Treibern habe ich mich schon ausführlich beschäftigt und verwende sie auch (spez. den IR2117 und IR2125). Was haltet Ihr von der diskret aufgebauten Ladungspumpe mit dem ICP755 (o.ä.) aus der AN978 (Anhang) ? Die Schaltung zwar verhältnismäßig aufwendig, aber billig ;-)
Kann man so machen, du kannst aber auch einfach einen modularen DC/DC Wandler zur Versorgung nehmen. Ich glaube wir drehen uns im Kreis ;-)
Bei dem Murks, den der TE da zusammenschustert, kriegt er das nie zum laufen. Ich würde stark zu DC-DC-Wandlern raten, alleine schon weil man die nicht erst zusammenbauen muss. Die haben vier Pins und fertig.
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