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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MosFet ansteuern


Autor: Manfred Schön (Gast)
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Hallöchen

Bin betreffs MosFet noch ein Neuling.
Habe einen PWM Gleichstromsteller mit ca. 2 kHz gebaut. Vom Ausgang des
AVR steuere ich mit einem Treiber den MosFet an. Zwischen dem Treiber
und Gate des MosFet habe ich 100 Ohm geschaltet um den Strom beim
Schalten zu begrenzen. Nach dem Mosfet ( bei der Last) habe ich nun
eine Anstiegszeit von 400 nsec gemessen. Wenn ich die 100 Ohm durch 10
Ohm ersetze habe ich eine Anstiegszeit von ca. 40 nsec. Eingentlich
sollte das Schalten ja so schnell als möglich erfolgen ( betreffs
Erwärmung des Transistor ).
Nun meine Frage bringt es was wenn ich nun statt den 100 Ohm die 10 Ohm
verwende damit der Transistor schneller schaltet ? Oder ist das egal.

Vielen Dank
und hmg (hat mich gfreut )
Mandi

Autor: Heinz Schenk (Gast)
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Was sagt denn der Treiber dazu?

Dessen Ausgangsstrom begrenzt Du ja damit.
Taste Dich halt langsam nach unten mit dem Vorwiderstand.

ts

Autor: Ingo (Gast)
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Du solltest den Widerstand so wählen, dass die maximale Strombelastung
des Ports nicht überschritten wird. Bei 20mA@5V (ja ich weiss, maximum
auf einem Port ist mehr) landest Du bei 250Ohm.

Wenn die Schaltgeschwindigkeit dann nicht ausreicht solltest Du noch
eine Treiberstufe vor den Mosfet hängen

Autor: Manfred Schön (Gast)
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Hallöchen

Der Treiber bringt bis zu 1,5A. Also der sollte nicht das Problem
sein.
Ich möchte aber den Stromimpuls nur so hoch als nötig machen.
Mit der Flankensteilheit wird ja wohl auch die elektromagentische
Abstrahlung höher.

Aber ich möchte den Kühlkörper des Transistors so klein als möglich
machen. Daher soll die Verlustleistung am Transistor so klein als
möglich sein. ( OK das hätte ich bereits beim letzten mal erwähnen
sollen - sorry hab ich übersehen )

Nun noch die Frage :
Wird mit schneller Flankensteilheit die Verlustleistung noch geringer ?
( Wie bereits erwähnt ist die Anstiegszeit jetzt 400 nsec, aber bis
unter 40 nsec sollten möglich sein )

Vielen Dank

Autor: Manfred Schön (Gast)
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Hallöchen

Antwort an Ingo.

Die Flankensteilheit würde mir auch mit 400 nsec reichen.
Es geht darum ob bei höher Flankensteilheit die Verlustleistung am
Transitor merklich geringer wird.

Vielen Dank.

Autor: JÜrgen Grieshofer (Firma: 4CKnowLedge) (psicom) Benutzerseite
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Mit welchem Treiber, bitte? Sind die nicht normalerweise eh für die
Aussteuerung ausgelegt? Sprich ca. 5 Volt (Ugs)

Noch ne Frage: PWM mit 2kHz? Was für träge Geräte steuerst du da an?

Autor: Heinz Schenk (Gast)
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Irgendwie sollte ja dann die Spannungs-Zeitfläche mit der entsprechenden
des Stromes was über die Belastung aussagen.

Messen und dann abschätzen ob alles innerhalb der Grenzwerte ist.

Zur max. Flankensteilheit stimme ich Dir zu. Nicht mehr als nötig.

ts

Autor: Manfred Schön (Gast)
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Hallöchen

Als Treiber verwende ich einen TCA 4427.
Der MosFet ist ein IRF2807.

Ich muss damit einem 12V Gleichstrommotor drehzahlregeln.
Da reichen die 2 kHz leicht.
Wollte zuerst auch schnelle takten, aber auch andere PWM-Regler
verwenden keine höheren Frequenzen. ( siehen Fahrtregler im Modelbau )

Da der uC mit 5V läuft und der  Motor aber mit 12V brauche ich sowieso
eine Pegelanpassung. Das macht der TCA4427 gleich mit.

Die Schaltung funktionert ja schon. Ich möchte nur wisse ob bei höher
Flankensteilheit, die Verlustleistung am Transistor geringer wird.

hmg ( hat mich gfreut )
Mandi

Autor: JÜrgen Grieshofer (Firma: 4CKnowLedge) (psicom) Benutzerseite
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Ja, desto weniger du Flanke hast (bzw. desto steiler diese ist) desto
weniger Verlustleistung erhältst du, d.h. man muss auch weniger
kühlen...

Autor: Dominik Friedrichs (Gast)
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Ist doch klar - solange der FET sich in der Flanke befindet, hat er
einen Widerstandswert der hohe Verlustleistung verursacht (nicht
richtig hochohmig und auch nicht richtig durchgeschaltet). Daher Flanke
so steil wie möglich, wenn dann komplett an ist, hat er nur noch einen
On-Widerstand von wenigen milliOhm je nach Typ, da wird dann kaum noch
was Warm.

Gruß
Dominik

Autor: Hauke Radtki (Gast)
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Probiers einfach aus! mach als Wilderstand am besten mal n poti rein und
dann stellst du es erst mal auf maximum. Wenn der MosFet jetzt warm wird
dann regelst du das poti runter bis zu dem wert, den du für akzeptabel
hälst. Bei mir werden die meisten mosfets garnicht warm. (ich verwende
einfach nen transistor zur pegelanpassung, der low side schaltet und so
das mosfet gate auf low zieht. Zum laden benutze ich nen 1k widerstand
gegen 12V) So hab ich schon ströme bis 15A per PWM gedimmt ohne dass
die mosfets n kühler brauchten bzw wirklich warm wurden)

Autor: jmoney (Gast)
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Wenn du die Zeit, in der der MOSFET in der Schwebe ist, verkürzt, dann
verringert sich proportional auch die Verlustleistung am MOSFET
(näherungsweise). Auf der anderen Seite hast du natürlich Recht, dass
die EMV deines Gerätes mit großen schnellen Strömen unter Umständen
schlechter wird.
Du musst es also von der anderen Seite her aufziehen. Wieviel Leistung
kann die gewünschte Kühllösung verheizen (natürlich mit Spielraum für
heiße Umgebung und schlechte Ventilation)? Danach setzt du fest, wie
schnell der Transistor durchgesteuert werden muss. Danach wird gemessen
(oder geschätzt/ausprobiert, je nach Anforderung), ob die EMV noch im
Rahmen bleibt.

Autor: Thomas O. (Gast)
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eine niedrige Frequenz verringert auch die Verluste, zusätzlich sollte
man nah an die Maximalspannung des Gates gehen da man durch die höhe
Spannung das Gate schneller umladen kann wodurch die Flankensteilheit
noch höher wird. Ich versorge das Gate immer mit einer
Spannungsbegrenzung mittels Widerstand und Z-Diode und ziehe es dann
durch einen Transistor (Optokoppler) gegen Masse um den Fet zu
unterbrechen.

Autor: Unbekannter (Gast)
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> zusätzlich sollte man nah an die Maximalspannung des Gates
> gehen da man durch die höhe Spannung das Gate schneller
> umladen kann wodurch die Flankensteilheit noch höher wird.

So ein Nonsens. Das Gate wird mit Strom ge- oder entladen, und nicht
mit Spannung.

Autor: Thomas O. (Gast)
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umso höher die Spannung desto höher ist auch der Strom der fließt. Die
Kapazität des Gates kann man mit einer höheren Spannung schneller
umladen als mit einer niedrigeren.

Überleg dir mal warum eine 6V Birne mit 12V durchbrennen wird. Dann
wird dir klar werden ob bei 6 oder bei 12V mehr Strom fließt.

Autor: Heinz Schenk (Gast)
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@Unbekannter

nimm Dir mal eine R/C Schaltung vor, die Ladung der Gatekapazität ist
nämlich sowas, und guck wie die Ladespannung am C verläuft.
Mach' diese Versuch einmal mit z.B. 5V, und das andere Mal mit 10V.

Dann ziehst Du eine Grenzspannungslinie in das Diagramm bei sagen wir
mal 4V. Du wirst sehen, dass diese Grenzspannung bei angelegten 10V
deutlich schneller erreicht wird als bei angelegten 5V.
Schnelles Umladen macht man halt so.

ts

Autor: Unbekannter (Gast)
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> umso höher die Spannung desto höher ist auch der Strom der fließt.
> Die Kapazität des Gates kann man mit einer höheren Spannung
> schneller umladen als mit einer niedrigeren.

Das ist völliger Unsinn.

Die Spannung am Gate steigt oder fällt mit dem Strom, der ins Gate rein
oder raus fließt. Das Gate ist ein "Kondensator" praktisch ohne
Innenwiderstand.

Wenn ihr nun eine Spannungsquelle mit einem Widerstand verseht, macht
ihr aus dieser Spannungsquelle eine (schlechte) Stromquelle.

Autor: johnny.m (Gast)
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@Unbekannter:
Heinz und Thomas haben völlig recht. Schau Dir mal ne MOSFET-Kennlinie
an und überleg Dir das mit dem RC-Glied mal. Je höher die Spannung, mit
der das RC-Glied gespeist wird, desto höher auch der Strom im Anstieg
(exponetieller Anstieg, U_G = U_1 * (1 - e^(-t/tau)) mit tau = RC und
U_1 als Eingangsspannung) und umso schneller erreicht der MOSFET
Gefilde besserer Leitfähigkeit -> Weniger Verluste. Das Ganze steht und
fällt allerdings mit der Strombelastbarkeit der Spannungsquelle (an der
Stelle hast Du sicher NICHT GANZ Unrecht). Aber von 'Unsinn' zu reden
ist hier überhaupt nicht angebracht!

Autor: Dennis Strehl (Gast)
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Beim Einschalten bringt die höhere Spannung vielleicht Vorteile, beim
Ausschalten hat man aber weiterhin nur 0V zur Verfügung. Durch die
größere Gateladung ergibt sich ne Verzögerung bis der MosFET abschaltet
und das Ausschalten an sich wird nicht schneller.

Wenn man aber den Widerstand einfach weglässt, erreicht man ne
schnellere Umschaltung bei beiden Flanken und verheizt weniger Strom in
die Umschaltung -> besserer Wirkungsgrad.

MfG

Autor: johnny.m (Gast)
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@Dennis:
Das Abschalten verzögert sich sogar im Vergleich zur niedrigeren
Spannung. Es gibt ja auch (v.a. für IGBTs höherer Leistungen) Treiber,
die mit einer (temporär) negativen Spannung abschalten, um den Vorgang
zu beschleunigen. Allerdings gehe ich davon aus, dass Manfred so einen
nicht benutzt...

Mein Posting bezog sich auch eigentlich nur auf die Behauptung von
Unbekannter (Nr. ?), dass es sich nicht um ein RC-Glied handelt, was
den Verlauf angeht.

Grundsätzlich sollte man sich überlegen, wieviel Strom man überhaupt
schalten möchte (und das hat der Thread Opener glaub ich bisher
verschwiegen) und ob das ganze überhaupt kritisch ist. Der IRF2807
lässt sich bei Drainströmen bis über 20 A noch ganz gut mit 5 V
ansteuern, obwohl er kein ausgewiesener Logic Level MOSFET ist
(statische Verlustleistung @I_D = 20 A, U_GS = 5 V: ungefähr 6 W). Bei
den Daten ist der MOSFET noch im ohmschen Bereich der Kennlinie. Sollte
also kein Problem sein. Und das mit dem Gatewiderstand muss man
tatsächlich durchspielen wegen der Schaltspannungsspitzen. Das System
braucht eine gewisse Zeit für den Kommutierungsvorgang auf die
Freilaufdiode, also gehen 'unendlich kurze' Schaltzeiten nicht.

Gruß

Johnny

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