Hallo, ich habe ein kleines Problem bei der elektronischen Schaltung im Anhang. Ich möchte die Aufladung eines Kondensators beeinflussen. Falls der der Kondensator geladen werden soll, möchte ich über PWM-Taktung des MOSFETs Energie in den Kondensator laden. Über die Diode kann jeder Zeit Energie dem Kondensator entnommen werden. Der Widerstand im Drain Zweig, soll den Ladestrom begrenzen. Das Problem ist nun, dass sich bei der Ansteuerung der MOSFET extrem aufheizt. Der Spannungsabfall über Drain-Source scheint scheinbar zu groß zu sein. Ich weis aber einfach nicht woran das liegen kann. Könnte mir jemand bitte hierbei helfen? Viele Dank und viele Grüße opillio
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Hallo, wie wärs mit ein paar kleinen Details? - Frequenz der PWM - welcher MOSFET, wegen R_DS - Kapazität Kondensator ohne die Details kann man nur raten, um diese Uhrzeit sowieso. Grüße, Christian G.
Ja gerne! Frequenz: 5 kHZ Kapazität: 6,5 F (Epcos Ultracaps) R_DS: 5,3 mOhm (IRF1405) Zurzeit steuer ich die PWM nur so an, dass es 80% High ist. Hätte ich auch gleich angeben können... ;-) Gruß
Vorausgesetzt, dass Dein Schaltplan korrekt ist: Du hast einen N-Kanal-Mosfet als Source-Folger geschaltet. Wenn der Kondensator leer ist, und Du das Gate auf (maximal) 20 Volt legst, ist erst mal alles in Ordnung. Der Source des Mosfets liegt über den Kodensator auf Masse, und es beginnt ein Strom über den Widerstand und über die Drain-Source-Strecke des Mosfets in den Kondensator zu fließen. Der Kondensator beginnt sich aufzuladen. Da der Kondensator sich aber immer mehr auflädt, wird natürlich seine Ladespannung immer größer. Als Folge davon steigt die Spannung am Source des Mosfets an. Wenn aber die Spannung am Source größer wird, wird ja logischerweise die Spannungsdifferenz zwischen Gate und Source kleiner. Je kleiner diese Gate-Source-Spannung wird, desto mehr wird der Mosfet zum Widerstand. Und an einem Widerstand fällt bei einem Strom natürlich Spannung ab. Und Spannung * Strom ist Leistung. Und Leistung macht warm... Das ist der Grund. Lösungsvorschlag: Du musst in Deiner Schaltung den N-Kanal-Mosfet durch einen P-Kanal-Mosfet ersetzen. Der Source von P-Kanal-Mosfet kommt an die 40 Volt, und an das Drain kommt der Widerstand und dann geht es an den Kondensator. Die Ansteuerung musst Du auch ändern: Wenn der Mosfet aus sein soll, müssen am Gate die 40 Volt anliegen, und wenn er an sein soll, muss am Gate 10 Volt weniger als am Source anliegen, in Deinem Fall also 30 Volt. Was soll das ganze eigentlich geben? Doch nicht hoffentlich irgendeine Art "Schalt"-Netzteil? Wenn ja, das gibt so nix.
Mosfet Gate und 40V = geht nicht (zumindest bei gängigen Typen ist Ugs auf 20V beschränkt). Außerdem stimmt das nich so ganz @ Unbekannter. Man steurt mit der Gatespannung den Source-Drainstrom
Simon, bitte ankreuzen: ( ) Du kennst den Unterschied zwischen N-Kanal und P-Kanal ( ) Du hast keinen blassen Schimmer Um genau zu sein: a.) Ein P-Kanal-Mosfet ist bei einer Gate-Source-Spannung von 0 Volt geschlossen, und bei einer Gate-Source-Spannung von üblicherweise -10 Volt geöffnet. (Und wo habe ich geschrieben, soll opillio das Source vom P-Kanal-Mosfet ranhängen? Und was für Spannung müssen dann am Gate anliegen? Was gibt 40 Volt - 0 Volt? Und was gibt 40 Volt - 10 Volt? Na dämmert's?) b.) Mit der Gate-Source-Spannung steurt man beim Mosfet den Drain-Strom. Der Drainstrom ist bei einem N-Kanal-Mosfet positiv, und bei einem P-Kanal-Mosfet negativ. (Na, und wie fliesst dann der Strom, wenn in den Drain eines P-Kanal-Mosfets ein negativer Strom reinfliesst? Na dämmert's auch hier?)
Hallo Unbekannter, ich danke dir vielmals für deine sehr hilfreiche Antwort. Mir ist jedoch leider noch nicht ganz klar wie die Ansteuerung des Fets so realisieren kann. Nein, es soll kein Schaltnetzteil werden! Der Kondensator liegt parallel mit einer Brennstoffzelle. Durch das Verhalten der BZ kann der Kondensator minimal bis ca. 24 V entladen werden. Damit ich mehr Energie aus dem Kondensator entnehmen kann, habe ich einen Aufwärtswandler gebaut, der den Kondensator weiter entladen kann. Damit aber in dieser Zeit keine Ladung in den Kondensator geht brauche ich den MOSFET. Ich möchte also den Fet nutzen um zu sagen, wann der C geladen werden darf.
Also, die 40 Volt können in Wirklichkeit 24 Volt bis 40 Volt sein? Und wie groß ist denn das Steuersignal von der PWM?
Das ist korrekt. Das PWM aus dem Controller hat 5 V (High-Pegel). Durch eine kleine Transistorstufe erhöhe diese auf 20 V. Könnte ich nicht einfach den Fet und die Diode an den negativen Ausgang des Kondensators hängen?
Wieviel Milliampere könntest Du von den 24 bis 40 Volt für die
Pegelwandlung denn verbraten?
Wenn man da, sagen wir mal 50 mA abzwacken könnte, könnte man den Pegel
mit einem Transitor und zwei, besser drei Widerstände wandeln. Das
müsste dann auch mit den 4 kHz gehen. Aber nicht viel mehr.
Schaltung wäre so:
P-Kanal-Mosfet-Gate
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24/40V o---R1---*---R2---T1_Kolletor T1_Emitter---R3---o GND
T1_Basis
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O
PWM-Signal (5V)
R1 = 220 Ohm / 0,5 Watt
R2 = 180 Ohm / 1 Watt
R3 = 100 Ohm / 0,25 Watt
T1 muß auch gut gekühlt werden.
Ansonsten eben die Widerstände größer machen, und nochmals zwei
Transitoren als Gegentaktendstuffe vor's Gate machen. Vielleicht kann
man die Sache auch so eine Nummer hochomiger (470, 330, 220) machen,
dann würden sich die Verluste halbieren. Aber ob's dann noch mit 4 kHz
geht? Berechnen, simulieren oder ausprobieren...
Hallo Unbekannter, vielen vielen Dank. Hört sich echt gut an! Du hast mir erst einmal sehr weitergeholfen! Ich habe im Prinzip 10 A, mit den ich die Kondensatoren laden möchte. 50 mA kann ich also ohne Probleme verbraten. Ich werde die Schaltung so ausprobieren und dann berichten, ob es so geht... Danke noch mal und schöne Grüße opillio
Ach, sehe gerade: Für R2 reicht natürlich auch ein 0,5 Watt Widerstand. Habe da gestern Abend wohl nicht mehr so genau aufgepasst... Aber T1 muss wirklich gut gekühlt werden, bei 40 Volt entsteht an dem knapp 0,8 Watt Verlustleistung... Das darf also kein kleiner BC547 oder sowas sein... Ein BC637 würde gerade noch so gehen, wenn die Umgebung nicht wärmer als 25°C wird. Also hart an der Grenze. Es sei denn, die PWM geht nie auf 100%, oder nicht für sehr lange Zeit. Naja, am Besten doch ein Transistor in einem anderem Gehäuse wählen, TO-92 ist bei dieser Leistung einfach an der Grenze...
Die PWM ist zwar auf 80% begrenzt, aber man sollte die Grenze des Transistors vielleicht nicht voll ausreitzen... Ich werde mich mal nach einem umschauen, ich denke ein T0-3 Gehäuse macht hier sinn. Du kennst nicht zufällig die Bezeichnung von einem in dieser Größeordnung?
Hallo Unbekannter, wollte noch kurzes feedback geben. Die Schaltung funktioniert einsA. Danke, du hast mir sehr weitergeholfen. Ich könnte dich glatt als Engel bezeichnen. Gruß opillio
Gut. Vielen Dank für die Blumen. Und: Keine Ursache. ;-)
40Volt aufs Gate gibt Stress (!) 24V auch wofür R2 und R3 ?
das ist dem P-Kanal-MOSFET ziemlich egal, solange UGS nicht zu groß wird. Mit den Widerständen kann UGS aber maximal 17,6V (?) groß werden bei 40V Versorgung, sofern T1 komplett durchschaltet - ist bei Spannungsteilern meistens so... Bei R3 würde ich sagen, dass man durch die Anordnung im Emitter-Strang etwas weniger Leistung über ihn verbrät.
@Simon: ich habe Dir weiter oben schon mal nahegelegt, dass Du Dir den Unterschied zwischen P-Kanal und N-Kanal aneignen solltest. @Rahul: Naja, Du bist zwar mit dem Verstehen auf dem richtigen Weg, aber noch nicht ganz. @Alle: Nun werde ich auch den Level-Shifter erklären, also bitte gut aufpassen: a.) T1 (NPN) und R3 bilden eine Konstantstrom-Senke Wenn an der Basis von T1 5 Volt anliegen, liegt am Emitter von T1 4,3 Volt an, nämlich wegen dem Spannungsabfall der Basis-Emitter-Strecke von 0,7 Volt. Wenn nun aber am Emitter vom T1 4,3 Volt anliegen, liegt diese Spannung auch an R3 an. Also fließt durch R3 ein Strom. Und zwar 4,3 Volt / 100 Ohm = 43 mA. Wenn durch R3 aber 43 mA fließen, kommen diese 43 mA auch aus dem Emitter von T1 raus. Und da T1 nicht zaubern kann, und unter Vernachlässigung des kleinen Basis-Stroms, müssen die 43 mA auch in den Kollektor von T1 reinfließen. Also: Die Kombination T1/R3 sorgt dafür, dass sobald an der Basis vom T1 5 Volt anliegen, der Transistor T1 alles macht, um 43 mA in den Kollektor zu saugen. Diese Schaltung nennt man eine Konstantstrom-Senke. "Senke" deshalb, weil sie Strom haben will und nicht liefern will, im Gegensatz zu einer Konstantrom-Quelle. b.) In den Kollektor von T1 fliessen 43 mA rein, wie wir nun wissen. Diese 43 mA müssen aber irgendwo her kommen. Und die 43 mA fließen über R1 und R2. Und was passiert, wenn ein Strom durch einen Widerstand fließt? Richtig. Es fällt eine Spannung ab. Und zwar U = R * I. Das wären dann für R1: U1 = 220 Ohm * 43 mA = 9,5 Volt (gerundet). Und für R2: U2 = 180 Ohm * 43 mA = 7,7 Volt (gerundet) c.) Und was haben wir nun zusammen: U1 + U2 + U3 = 9,5 + 7,7 + 4,3 = 21,5 Volt. Bei 24 Volt fällt an Kollektor-Emitter von T1 ab: 24 - 21,5 = 2,5 Volt / P = U * I = 2,5 Volt * 43 mA = 0,22 Watt Und wenn wir 40 Volt haben, vernichtet T1: 40 - 21,5 = 18,5 Volt / P = U * I = 18,5 Volt * 43 mA = 0,8 Watt Fazit: Bitte auch mal andere Beiträge genau lesen, und nicht immer blind das gleiche widerholen. Es besteht immer die Möglichkeit, dass es jemanden gibt, der ein bischen mehr Ahnung hat als man selbst! Wer etwas lernen will, googelt also nach "Grundlagen Konstantstromquelle" und "Konstantstromsenke". So. Ich habe kein Problem mit Anfängern und auch kein Problem damit, alles haarklein zu erklären. Was ich aber nicht leiden kann, ist Fakten- und Lese-Resistenz!
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