P-Ch MosFET High Side Switch / PWM Treiber

[Thomas B. (tomcheck1212)]

Hallo zusammen,


ich möchte für einen Buck-Converter einen P-Ch MosFET (IRF5305) mit 
einem 5V µC und 250 kHz PWM schalten.


Dafür habe ich bisher die angehängte Treiber-Schaltung 
(fet_Driver_Schematic.png) verwendet. Diode, Induktivität und 
Kondensator am Drain des MosFETs habe ich zu Gunsten der Simulationszeit 
zu einer Ohm’schen Last reduziert. Die Simulation (LTSpice) 
(fet_Driver_Simulation.png) zeigt, dass die Treiber-Schaltung den MosFET 
auch schön schnell und sauber durch schaltet. Zur Info: V(n002) 
Drain-Spannung, V(n006) Gate-Spannung, V(n001) Source / 
Versorgungs-Spannung, V(n003) Basis-Spannungen von Q2 & Q4, V(n004) µC 
PWM Signal.


Auf einem Protoboard aufgebaut zeigt die Schaltung am Oszilloskop gute 
Übereinstimmung zur Simulation.


Ich suche nun nach einem Weg, die Gate-Spannung nicht bis auf 0V, 
sondern nur auf die für den IRF5305 nötige VGS(th) (in dem Falle bei 15V 
Source-Spannung z.B. 10-11V) runter zu ziehen. Gewünschter Effekt: 
deutliche Reduzierung des zum Umladen der Gate-Kapazität benötigten 
Stroms. Vor allem, wenn die Versorgung / Source Spannung mal höher 
werden sollte. Geplant sind (wenn möglich) 30-40V.


Ich hab schon mal an eine Zener Diode (z.B. 1N750, 4,7V) gedacht, die 
die nötige Spannung liefern könnte. Aber wie man sie in die verwendete 
Schaltung entsprechend integrieren könnte, fiel mir aber noch nicht ein.


Habt ihr eine Idee oder einen Tipp?

Thomas

[Ralf L. (ladesystemtech)]

Eine 4v7 Z-Diode in die Kollektorleitung des BC327-40 nach Masse 
einbauen und die beiden Kollektoren mit einem 100µF Kondensator 
überbrücken.

Evtl. parallel zum Kondensator noch einen 47k Widerstand schalten, damit 
die Z-Diode korrekt arbeitet.

[Axel R. (Gast)]

In den Emitter von Q1 einen Widerstand.

[ArnoR (Gast)]

Thomas B. schrieb:
> Ich suche nun nach einem Weg, die Gate-Spannung nicht bis auf 0V,
> sondern nur auf die für den IRF5305 nötige VGS(th) (in dem Falle bei 15V
> Source-Spannung z.B. 10-11V) runter zu ziehen. Gewünschter Effekt:
> deutliche Reduzierung des zum Umladen der Gate-Kapazität benötigten
> Stroms. Vor allem, wenn die Versorgung / Source Spannung mal höher
> werden sollte. Geplant sind (wenn möglich) 30-40V.

Der Mosfet braucht mehr als 4...5V um richtig einzuschalten, das ist ein 
"10V-Typ".

Deine Schaltung ist auch ziemlich blöd. Du willst schnell schalten, aber 
du baust einen übersteuerten Transistor ein. Du willst die 
Gate-Source-Spannung begrenzen, aber du baust einen Schalter ein, der 
den vollen Versorgungshub macht.

Schneller und mit begrenzter UGS ist eine Schaltung, die die Basis des 
Q1 direkt an das 5V-Schaltsignal legt, einen Widerstand von z.B. 470R in 
der Emitterleitung des Q1 nach Masse hat und einen R5 mit 1k hat.

[Ralf L. (ladesystemtech)]

Axel R. schrieb:
> In den Emitter von Q1 einen Widerstand.

Diese Maßnahme reicht vermutlich nicht aus, denn das Umladen der 
G-S-Kapazität soll weiterhin zügig erfolgen.

[THOR (Gast)]

Axel R. schrieb:
> In den Emitter von Q1 einen Widerstand.

Das verringert nur den maximalen Gateentladestrom, ändert aber nichts am 
0V Low Pegel.

Ralf L. schrieb:
> Eine 4v7 Z-Diode in die Kollektorleitung des BC327-40 nach Masse
> einbauen und die beiden Kollektoren mit einem 100µF Kondensator
> überbrücken.

Idee im Grunde richtig, aber die Pegelwandlung an Q1 zu machen ist 
sinniger weil da die Ströme kleiner sind.

[Thomas B. (tomcheck1212)]

ArnoR schrieb:
> Der Mosfet braucht mehr als 4...5V um richtig einzuschalten, das ist ein
> "10V-Typ".
>

Ok danke, gut zu wissen. Wo hätte ich die Info nochmal im Datenblatt 
gefunden?

>
> Schneller und mit begrenzter UGS ist eine Schaltung, die die Basis des
> Q1 direkt an das 5V-Schaltsignal legt, einen Widerstand von z.B. 470R in
> der Emitterleitung des Q1 nach Masse hat und einen R5 mit 1k hat.

Danke! Hab ich mal (simulativ) umgesetzt. Sieht vielversprechend aus! 
Widerstand an den Emiter von G1 geht ja konform mit Axel R.'s Vorschlag.

Dachte aber irgendwie immer, man muss immer einen Basiswiderstand haben. 
Dann war das ganze nicht schnell genug und ich hab den 
Parallel-Kondensator hinzugefügt.. Aber so klappt's ja noch besser.

Vielen Dank!

Den Vorschlag von Ralf L. hab ich noch nicht probiert, versteh aber ihn 
aber auch noch nicht ganz:

Ralf L. schrieb:
> Eine 4v7 Z-Diode in die Kollektorleitung des BC327-40 nach Masse
> einbauen und die beiden Kollektoren mit einem 100µF Kondensator
> überbrücken.

Du meinst an Q4 oder?

>
> Evtl. parallel zum Kondensator noch einen 47k Widerstand schalten, damit
> die Z-Diode korrekt arbeitet.

Ich denke ich bleibe bei der Version von ArnoR und Axel R.

Danke euch allen!

[Ralf L. (ladesystemtech)]

Thomas B. schrieb:
> Du meinst an Q4 oder?

Ja, ich meinte Q4.
Ja, bleibe bei der Lösung von Arno und Axel (sieht besser aus).

[Homo Habilis (Gast)]

Thomas B. schrieb:
> Wo hätte ich die Info nochmal im Datenblatt gefunden?

a.) Bei FET-Typen für 5V und weniger V(GS) steht gleich oben auf der 
ersten Seite f. g. "Logic Level (Type)" dabei. (Oder auch "2,5V V(GS) 
specified" o.ä.) In den Datenblättern von "normalen" FETs steht das dann 
eben nicht.

("Normale" sind allgemein für + o. - 10V "gedacht" - und auch (nur) für 
diese ist der Einschaltwiderstand definiert/spezifiziert. "Logic Level 
Typen" gab es früher nicht, weshalb sich das halt so entwickelt hat.)

b.) Sogar, wenn auf der 1. Seite nichts stünde - die Information, für 
welche V(GS) der R(DS)ON spezifiziert ist, findet man dort, wo dieser in 
der Tabelle "Electrical Characteristics" aufgeführt ist - und zwar in 
der Spalte "Conditions". In dieser stehen immer die Voraussetzungen, 
unter denen die Werte bestimmt wurden.

[Homo Habilis (Gast)]

Homo Habilis schrieb:
> - und auch (nur) für diese _Spannung_
> ist der Einschaltwiderstand definiert/spezifiziert.

Zum besseren Verständnis.