www.mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Mosfet-Treiber so in Ordnung ?


Autor: Stefan (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo!

Nachdem ich mit dem MOSFET-Treiber aus der Atmel Application Note AN450 
nicht zufrieden war (Flanken am MOSFET-Gate sehr rund, daher wurde 
selbiger relativ warm), habe ich versucht mir selber einen MOSFET 
Treiber (mit Gegentaktstufe) zu stricken. Das Ergebniss ist im Anhang. 
Hätte da jemand vielleicht noch den ein oder anderen 
Verbesserungsvorschlag dazu ? Das Signal am Gate sieht damit schon 
deutlich besser aus, aber noch nicht perfekt, und beim Anblick des 
Schaltplans würde ich aus dem Bauch heraus sagen dass da noch irgend ein 
"Gewürz" fehlt.
Zum Vergleich habe ich noch die beiden Atmel-Vorschläge darunter 
gepackt.
Und schließlich noch die Daten der ganzen Schaltung, es handelt sich um 
einen Schaltregler für ein Akkuladegerät mit folgenden Vorgaben:

Eingangsspannung: 16 V
Ausgangsspannung: 6 V - 14.8 V
Schaltfrequenz: 62.5 kHz
Max. Strom: 1 A

Schönen Gruß und Danke für Tips

Stefan

Autor: Stefan Gemmel (steg13)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
die Flanken am Gate sind nicht perfekt wenn Strom fließ, sie dir die 
Flanken ohne Last an.
Plane auf jeden Fall einen Gate-Vorwiderstand ein (etwa 47 Ohm).
Dann kannst du später den Anstieg variieren z.B. etwas langsamer 
schalten um Störimpulse zu veringern.
Welche Anstiegs- und Abfallzeiten am Gate haben deine Flanken denn?

Autor: Matthias (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Diese Gegentaktendstufe die du verwendet hast(Bild eagle), die nehme ich 
seit Jahren.
Funktioniert bestens.
Würde dir allerdings folgendes raten:
Den 2k2 Widerstand auf viell. 470Ohm verkleinern.
und
direkt über die beiden T1 und Q1 im Layout einen 100nF 
Abblockkondensator zu setzen.

Die unteren Beiden würde ich nicht nehmen...

Falls irgendwann mal die Spannung 16V über 20V steigt, habe ich noch ne 
Erweiterung bei Bedarf..

Gruß

Autor: Stefan (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi!

@Stefan: Interessante Anregung, ich werde mal am Ausgang der 
Gegentaktendstufe messen wenn keine Last dranhängt. Wenn dann die 
Flanken genauso aussehen stimmt wohl was anderes noch nicht. Auch einem 
Gatewiderstand werde ich mal versuchen, habe aber den Verdacht dass ich 
mir damit wieder die Flanken rund mache. Genau Anstiegszeiten kann ich 
gerade nicht nennen, weil die Schaltung schon wieder abgebaut ist, die 
war auf einem Steckbrett. Werde ich aber nächste Woche nochmal aufbauen 
und ein Oszi-Foto machen.

@Matthias
Super, ich werde mal mit verschiedenen Widerständen experimentieren.
Die Geschichte mit den über 20 V würde mich auch brennend interessieren, 
da steht auch noch ein Projektchen an. Das geht warscheinlich mit einer 
Z-Diode, die die Gate-Source Spannung auf unter 20 V begrenzt ?

Noch was anderes: Ich hatte vor dieser Gegentaktendstufe mit einem 
integrierten MOSFET-Treiber experimentiert (MAX626, der mir hier im 
Forum empfohlen wurde). Allerdings ist mir da einer nach dem anderen 
abgeraucht, vielleicht war ich zu nahe an der max. Spannung die das IC 
ab kann. Allerdings hat das Signal das da hinten raus kam ausgesehen wie 
aus dem Bilderbuch, fast garnicht rund. Keine Ahnung wie das IC intern 
aufgebaut ist, aber recht viel was anderes als eine Gegentaktendstufe 
kann da eigentlich auch nicht drin sein ? Naja, der diskret aufgebaute 
Treiber braucht unwesentlich mehr Platz und ist deutlich günstiger, der 
MAX kostet über 3€...
Würde es eigentlich Sinn machen die bipolaren Transistoren durch einen 
P- und einen N-Kanal MOSFET (einen kleinen im SOT23 Gehäuse) zu 
ersetzten ?


Gruß
Stefan

Autor: Matthias (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Stefan,

habe mal einen Anhang mit einem Netzteil von mir bereitgestellt. Da 
siehst du die Sache mit >20V. Jetzt wird die EIngangsspannung "nur" 
durch den zulässigen Bereich von Uds und dem Schaltregler-IC begrenzt...
Der angegebene FET schafft leider aus thermischen Gründen den Nennstrom 
nicht, so dass ich einen anderen eingesetzt habe..

Noch ein kleiner Tip:
Schaltnetzteil funktionieren sehr oft WEGEN UNGEEIGNETEM AUFBAU nicht!!
Damit sind freiverdrahtete Schaltungen, Lochrasterkarten gemeint..
kann ich aus eigener Erfahrung sagen..
und Flankensteilheiten würde ich erst auf ordentlichen Platinen messen,
da das Layout bei solchen Frequenzen/Strömen/Stromanstiegsgeschw. eine 
entscheidene Rolle spielt (EMV)

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Matthias:
>habe mal einen Anhang mit einem Netzteil von mir bereitgestellt. Da
>siehst du die Sache mit >20V. Jetzt wird die EIngangsspannung "nur"
>durch den zulässigen Bereich von Uds und dem Schaltregler-IC begrenzt...

Diese Schaltung wird nicht so gut funktionieren und ist viel zu 
kompliziert.
1. Es fehlt der Gate-Dämpfungswiderstand
2. Bei Spannungen deutlich über 12V fließt ein erheblicher Strom über 
die Ansteuerleitung, der zur Überlastung verschiedener Bauteile führen 
kann.

Hier eine viel einfachere Schaltung, bei der Uds tatsächlich beliebig 
hoch sein darf.
http://www.trifolium.de/netzteil/kap6_1.html
Statt den internen Transistoren des SG3524 kann auch ein einfacher 
Kleinsignal-N-Kanal-MOSFET verwendet werden, der sich direkt vom µC 
ansteuern läßt.

Jörg

Autor: Matthias (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
"Diese Schaltung wird nicht so gut funktionieren und ist viel zu
kompliziert."

Komischerweise tut sie das aber doch, und zwar schon eine ganze weile..
bei bedarf gern ein Bild

Autor: Matthias (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Jörg
Das SNT in deinem Link arbeitet (lt Dimensionierung) etwa mit 40kHz, und 
nicht, wie meins mit etwa 200kHz. SOmit kann ruhig ein 
Dämpfungswiderstand rein, damit die Schaltflanken schöööön flach 
werden.. Aber bei 45kHz hat man mit langen Umschaltzeiten 
(Schaltverlusten) sowieso kein großes Problem..
Kann nur sagen, die Schaltung funktioniert...

Autor: Unbekannter (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Matthias

Tja, Jörg hat trotzdem recht:

Angenommen, die Eingangsspannung beträgt mehr als 12 Volt, dann fließt 
über D4, D3, R14 in die Pins CA, CB und aus den Pins EA, EB ein Strom 
nach Masse.

Die LL4148 dürfte dabei das schwächste Glied sein und bei entsprechend 
hoher Spannung (so ab 15 bis 17 Volt) bald aufgeben.

Autor: Matthias (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
was ist "bald aufgeben"
Das ganze lief schon länger (einige Stunden) mit etwa 16V EIngang.
Ausgangsstrom ca 400mA (ok.noch nicht Nennstrom)
Und da wurde gerademal der FET handwarm...
Aber das fällt wohl unter bald aufgeben..

Übrigens: Umso höher die Eingangsspannung, umso kleiner die 
Einschaltzeit des FET's => Umso kleiner die Zeit, in der die von euch 
genannten Bauelemente "stark" belastet werden....
(Regelkreis!!)

Aber ich kann gern die Schaltung mit einer von euch vorgegebenen 
Eingangspannung mal betreiben und abwarten wielange "bald aufgeben" 
ist....

Autor: Matthias (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
lest mal den Beitrag von  Steven Wetzel !!!

so ist es...

Autor: Matthias (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Steven Wetzel.
Stromgesteuert-richtig.
Q3/Q4 bilden eine Gegentaktendstufe (Kollektorschaltung von npn und pnp 
zusammen, oft in Audioanwendungen). Diese (Stromverstärken) das 
Spannungssignal an der (gemeinsamen) Basis, damit die Gatekapazität 
schnell UMgeladen werden kann. Wichtig zum schnellen ZU und ABschalten..
Bei deinen Stromangaben muss noch das Verhältnis 
Einschaltzeit/Periodendauer beachtet werden, da bei steigender Spannung 
diese sinkt...

Autor: Matthias (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Das Kurzschließen der Gateladungen ist richtig. Auch wäre ein kleiner 
Gatewiderstand denkbar. Aber Q3/Q4 sind ja Stromgesteuert, also fließt 
nur soviel, wie der Basisstrom zulässt (=> R13,R14)

Der FET kann vollständig schließen, da (wenn das IC die Pins CA/CB offen 
lässt) an der Basis von Q3/4 die Betriebsspannung selbst anliegt (über 
R13). Somit liegt am Gate eine um die Basis-Emitterspannung des Q3 
kleinere Spannung an. Diese ca. -0,6Volt (G=>S) reichen bei weitem nicht 
aus, um den FET auch nur etwas zu öffnen. => Deshalb eher keiner mit 
(zu) niedriger Gate-Treshold Spannung..

Q4 lädt die Gatekapazität auf max. -12V (G=>S) auf. Hat also dieselbe 
(kapazitive) Last wie Q3..

Gruß

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich glaube, ich muß da mal einiges richtigstellen.

@Steven:
>> 1. Es fehlt der Gate-Dämpfungswiderstand

>Welcher nicht unbedingt notwendig ist.

In einem sauberen Design ist er unbedingt notwendig. Die Tatsache, dass 
unsauberes Design unter bestimmten Umständen irgendwie doch 
funktioniert, bedeutet nicht, dass man auf sauberes Design verzichten 
kann.
Das ist ungefähr so als würdest Du behaupten, Eine Wohnung braucht kein 
Bad. Richtig, eine Wohnung funktioniert auch ohne Bad, aber würdest Du 
dort einziehen ?

>> 2. Bei Spannungen deutlich über 12V fließt ein erheblicher Strom über
>> die Ansteuerleitung, der zur Überlastung verschiedener Bauteile führen
>> kann.

>Das hat mit der Spannung wenig zu tun sondern eher mit der
>Schaltfrequenz und den Umladungen der FET-Kapazitäten.

Unsinn, natürlich hat das direkt mit der Spannung zu tun. Die Diode und 
der PNP-Transistor begrenzen die Spannung am Eingang der 
Komplementärstufe auf etwa Ub-12V. Sobald Ub>12v ist, muß die 
Differenzspannung vollständig in R14 verheizt werden.

>Nach Adam's Riesen kann man sich leicht den mittleren Strom ausrechnen,
>der ins Gate fließt. Aus diesem Grund FETS mit geringer Qg aussuchen.

Der Gatestrom ist hier erstmal völlig uninteressant.

>Der Gatewiderstand ist dann gebräuchlich, um EMV-Spitzen abzufangen. Der
>Wandler wird in seinem Wirkungsgrad gedämpft, da der FET nicht mehr
>scharf durchschaltet aber das kommt der EMV zugute.

Der Gatewiderstand dient in 1. Linie der Unterdrückung von 
HF-Schwingungen, die während der Umschaltphase auftreten können aber 
nicht müssen. Diese können neben EMV-Problemen auch massive 
Funktionsstörungen zur Folge haben.

>Der einzige unkontrollierte Pfad ist über R13/R14 aber selbst bei 20V
>fließt dort ein Strom von 40mA (die UCE mal außen vor gelassen)

Falsch, der Strom fließt über R14 und dann über die Diode/Q4 und die 
Z-Diode. Bei 20 V sind das bereits bis zu ca. 170 mA. Das macht, je nach 
Pulsweite, bis zu 1,3 W Verlustleistung in R14 und 2 W in der 
Zenerdiode. Bei 28 V sind es schon über 5 W in R14 und 4 W in der 
Z-Diode

@Matthias:

>was ist "bald aufgeben"

Das kann z.B. nach einem halben Jahr sein.

>Das ganze lief schon länger (einige Stunden) mit etwa 16V EIngang.
>Ausgangsstrom ca 400mA (ok.noch nicht Nennstrom)

Eine gut dimensionierte Schaltung sollte 10-20 Jahre im Dauerbetrieb 
aushalten können. Es kommen noch genug andere unvorhergesehene 
Störfaktoren dazu, die die Lebensdauer verkürzen. Wenn aber bereits ein 
Schaltungsteil konstruktionsbedingt eine sehr kurze Lebenserwartung hat, 
kann man kaum erwarten, dass das Gerät die ersten Wochen oder Monate 
überlebt.

>Übrigens: Umso höher die Eingangsspannung, umso kleiner die
>Einschaltzeit des FET's => Umso kleiner die Zeit, in der die von euch
>genannten Bauelemente "stark" belastet werden....
>(Regelkreis!!)

Das ist prinzipiell auch falsch. Je nach Anwendung kann ja auch bei 
höheren Betriebsspannungen eine große Einschaltdauer erforderlich sein. 
Und was ist wenn der Regelkreis durch eine Störung unterbrochen ist ? 
Dann brennt Dir jedesmal gleich die Ansteuerschaltung ab.

>Aber ich kann gern die Schaltung mit einer von euch vorgegebenen
>Eingangspannung mal betreiben und abwarten wielange "bald aufgeben"
>ist....

Versuch es mal mit 24V Ausgangsspannung bei 35V Eingangsspannung und 
berichte, welche Bauteile welche Rauchzeichen absenden ;-)

>Das Kurzschließen der Gateladungen ist richtig. Auch wäre ein kleiner
>Gatewiderstand denkbar. Aber Q3/Q4 sind ja Stromgesteuert, also fließt
>nur soviel, wie der Basisstrom zulässt (=> R13,R14)

Die Transistoren sind nicht Stromgesteuert, dafür ist der Basisstrom 
viel zu hoch. Der Strom wird höchstens durch die Überlastung der 
Transistoren begrenzt. Also auch keine saubere Sache.

Jörg

Autor: Matthias (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Jörg:
Die Ausgangsspannung ist auf 5Volt festgelegt.
Aber ich kann gern eine hohe Eingangsspannung anlegen, und irgendwelche 
Ströme messen....

"Falsch, der Strom fließt über R13 und dann ...."
Er fließt von Ub über R13, dann über Q4 (B=>E), dann über D3 Z-Diode...
HÄ?????
Wie meinst du das??

Welcher R3 ?

das halbe Jahr müssen wir warten, die Schaltung ist erst zwei Monate alt

"Das ist prinzipiell auch falsch. Je nach Anwendung..."
Welche soll das sein..?

Nun. Warum soll die Ansteuerschaltung absterben? Stirbt der FET (Hitze) 
dann macht dieser Kurzschluss => Surpressordiode => Sicherung.
Es ist natürlich denkbar, das dieser Kurzschluß den Q3/Q4 mit tötet, 
hier wäre der Gatewiderstand sicher geeignet, das zu verhindern...

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Matthias:

>Die Ausgangsspannung ist auf 5Volt festgelegt.
>Aber ich kann gern eine hohe Eingangsspannung anlegen, und irgendwelche
>Ströme messen....

lt. OP soll die Ausgangsspannung bis zu ca. 15 V betragen. Außerdem ging 
es um eine allgemein funktionierende Ansteuerung.

>"Falsch, der Strom fließt über R13 und dann ...."
>Er fließt von Ub über R13, dann über Q4 (B=>E), dann über D3 Z-Diode...
>HÄ?????
>Wie meinst du das??

>Welcher R3 ?

Sorry, Schreibfehler, schon korrigiert. Muß natürlich R14 heißen.

>das halbe Jahr müssen wir warten, die Schaltung ist erst zwei Monate alt

Nach Beschriftung ist die Eingangsspannung nur 12 V Da tritt das 
beschriebene Problem sowieso nicht auf.

>"Das ist prinzipiell auch falsch. Je nach Anwendung..."
>Welche soll das sein..?

Z.B. die des OP. Wenn er jetzt mit 35 V reingeht und 15 V raus, liegen 
rund 24 V an R14. Das macht ca. 12 W Verlustleistung. Bei ca 43 % 
Einschaltdauer sind das immer noch ca 5 W und das ist eindeutig zuviel.

>Nun. Warum soll die Ansteuerschaltung absterben?

Wei Du vermutlich keinen Hochlastwiderstand für R14 verwendest und auch 
die Zenerdiode keinen Kühlkörper hat.

Jörg


Autor: Matthias (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Jörg.
Ok. reden etwas an einander vorbei.
 Die von mir gepostete Schaltung hat eine feste Ausgangsspannung von 
5Volt, etwa 3Ampere. der Eingangsbereich wurde auf etwa 10...25V 
dimensioniert. Die Schaltung soll NICHT die Anforderung von Stefan 
erfüllen, sondern ihm nur meine Lösung eines SNT's darstellen, da er 
nach Lösungen für Eingangsspannungen größer 20V gefragt hat.

Deine 5W Verlustleistung.. wären für deinen Fall 35V=>15V natürlich 
richtig. Dafür ist meine konrete Auslegung nicht erfolgt und würde 
entsprechend den geänderten Spannungen angepasst werden müssen.

Autor: Matthias (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Das ist alles so richtig, Steven.

Auch der Strompfad D4/D3/R14, bei Spannungen >12V....

Gegentaktendstufe => Stromverstärkung...

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Matthias:
>Deine 5W Verlustleistung.. wären für deinen Fall 35V=>15V natürlich
>richtig. Dafür ist meine konrete Auslegung nicht erfolgt und würde
>entsprechend den geänderten Spannungen angepasst werden müssen.

Genau, aber Du hast dazu geschrieben:

>habe mal einen Anhang mit einem Netzteil von mir bereitgestellt. Da
>siehst du die Sache mit >20V. Jetzt wird die EIngangsspannung "nur"
>durch den zulässigen Bereich von Uds und dem Schaltregler-IC begrenzt...

und daraus muß man schließen, dass die Schaltung genau so auch bei 
35->15V funktionieren würde und das tut sie eben nicht.

@Steven:

>Die Schaltung funktioniert nicht irgendwie. Und Bauteile sollten, wenn
>sie eingesetzt werden, auch einen zweck verfolgen. Zusagen, er gehöre
>darein, ist keine gute Antwort.

Ich habe den Zweck erklärt, mußt nur lesen.

>> Der Gatestrom ist hier erstmal völlig uninteressant.

>Dann wäre logischerweise auch der Gatewiderstand uninteressant, da
>dieser nur notwendig wird, wenn ein signifikant hoher Umladestrom
>fließt.

Du mußt zwischen dem statischen und dem dynamischen Verhalten 
unterscheiden. Der Gatewiderstand spielt nur für das dynamische 
Verhalten eine Rolle. Wenn ich etwas über das statische Verhalten der 
Ansteuerschaltung schreibe, ist der Gatewiderstand natürlich 
uninteressant.

>Natürlich ist es wichtig, den Gatestrom zu kennen, da nach ihm der
>Gatetreiber ausgelegt werden muss. Gute Designer wählen deshalb MOSFETs
>mit geringer Gatekapazität.

Ein guter Designer nimmt den MOSFET, der preiswert und lieferbar ist und 
die Anforderungen erfüllt. Danach dimensioniert er den Treiber.

>> Der Gatewiderstand dient in 1. Linie der Unterdrückung von
>> HF-Schwingungen, die während der Umschaltphase auftreten können aber
>> nicht müssen. Diese können neben EMV-Problemen auch massive
>> Funktionsstörungen zur Folge haben.

>Das spielt eine sehr untergeordnete Rolle, da die Leitungsinduktivitäten
>zu gering sind.

Unsinn, das spielt eine wesentliche Rolle. Ein paar cm Leiterbahn können 
schon Probleme mit der Induktivität verursachen.

>Für EMV spielt nur das di/dt eine Rolle

di/dt bei einer HF-Schwingung ist sehr hoch, glaubs mir.

>und wenn
>angeblich nichts in Gate rein fließt, da ja angeblich der Gatestrom
>uninteressant ist, kann demzufolge auch kein H-Feld entstehen, was für
>eine Abstrahlung ja zwingend notwendig ist.

Das H-Feld entsteht auch vorwiegend in der Drain- und Source-Leitung.

>> Falsch, der Strom fließt über R14 und dann über die Diode/Q4 und die
>> Z-Diode. Bei 20 V sind das bereits bis zu ca. 170 mA. Das macht, je nach

>Der Pfad ist nicht ganz korrekt. Höchstens über D4/D3/R14. Trotzdem habe
>ich den übersehen.

Die B-C-Diode von Q4 ist ebenfalls leitend. Dort kann ein erheblicher 
Strom abfließen.

Jörg

Autor: Matthias (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Nun die Schaltung ist für 10..25V (etwa) nach 5V dimensioniert.
Für 35Volt Eingang würde ich eine etwas andere Dimensionierung nehmen.

Aber was solls, hier kann jeder solange ".. die Schaltung funktioniert 
nicht.." sagen wie er will. Sie liegt vor mir und funktioniert eben 
doch.

und bei der "...Sache mit >20V..:" meine ich, die Eingangsspannung. Und 
das kann die Schaltung..
Und ob die Schaltung gut funktioniert, kann nur der beurteilen, der sie 
(oder überhaupt ein paar SNT) aufgebaut hat...

Und nochwas: SNT bei 30KHz und 200KHz ist ein Unterschied...

Und ob die Schaltung in den nächsten Monaten kaputt geht, weil sie ".. 
nicht richtig funktioniert.." wird sich zeigen, glaub ich aber nicht, 
ist ja bei Weitem nicht das Erste gebaute...

Also hört auf zu quatschen, und baut erstmal selbst welche...

Autor: Matthias (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
So, hier das mal den Netzteil-Ausschnitt der "..nicht richtig 
funktionierenden..." Platine.
Der zu sehene Ausschnitt ist etwa 82mm mal 36mm groß.
Links ist die Spannungszuführung SV2
die Durchkontaktierungen zwischen den Elkos rechts unten (c25..27) sind 
der Ausgang des SNT...

Wer will kann ja mal Leitungsinduktivitäten errechnen ;-)

Bin schon gespannt, was jetzt alles falsch ist und nicht geht (gehen 
sollte..)

hoho

Autor: Unbekannter (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Augen auf! Siehe Anhang!

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Matthias:
>Nun die Schaltung ist für 10..25V (etwa) nach 5V dimensioniert.

Hast Du das getestet ? Bei 25 V komme ich für R14 und die Z-Diode auf 
jeweils rund 0,6W Verlustleistung, trotz ca. 20% Einschaltdauer. Deinem 
Bildchen nach zu urteilen, sollte das ein SMD dieser Größe nicht 
dauerhaft aushalten. Die absolute Obergrenze würde man bei dieser 
Dimensionierung bei 15-16V festlegen. Bei dieser Spannung könnte man die 
Ansteuerung aber wesentlich vereinfachen.

>Für 35Volt Eingang würde ich eine etwas andere Dimensionierung nehmen.

Und ich würde auch gleich noch eine einfachere Schaltung nehmen, die 
gleichzeitig wesentlich verlustärmer und toleranter gegenüber 
Schwankungen der Eingangsspannung ist

>Aber was solls, hier kann jeder solange ".. die Schaltung funktioniert
>nicht.." sagen wie er will. Sie liegt vor mir und funktioniert eben
>doch.

Bis 15 Volt mit Sicherheit, bis 25 V vielleicht eine Weile. Mit welcher 
Eingangsspannung hast Du sie denn im Dauertest betrieben ?

>und bei der "...Sache mit >20V..:" meine ich, die Eingangsspannung. Und
>das kann die Schaltung..
>Und ob die Schaltung gut funktioniert, kann nur der beurteilen, der sie
>(oder überhaupt ein paar SNT) aufgebaut hat...

Okay, dann bin ich ja der Richtige, um das zu beurteilen. Das mache ich 
zwar erst seit ca. 30 Jahren, aber so einen kleinen Einblick bekommt man 
da schon.

>Und nochwas: SNT bei 30KHz und 200KHz ist ein Unterschied...

Nicht unbedingt, das Prinzip ist das Gleiche. Bei solchen 
Kleinleistungswandlern wie hier sind 200 kHz nicht besonders viel.

>Und ob die Schaltung in den nächsten Monaten kaputt geht, weil sie "..
>nicht richtig funktioniert.." wird sich zeigen, glaub ich aber nicht,

Wenn sie, wie angegeben mit 12 V läuft, sollte sie funktionieren

>ist ja bei Weitem nicht das Erste gebaute...

Na das heißt ja nun garnichts

>Also hört auf zu quatschen, und baut erstmal selbst welche...

Meinst Du hier schreiben nur Theoretiker ?

>Bin schon gespannt, was jetzt alles falsch ist und nicht geht (gehen
>sollte..)

Also mit R14 bei 25 V ist auf jeden Fall schon eine Fehlerquelle drin.

@Steven:
>> Du mußt zwischen dem statischen und dem dynamischen Verhalten
>> unterscheiden. Der Gatewiderstand spielt nur für das dynamische
>> Verhalten eine Rolle. Wenn ich etwas über das statische Verhalten der
>> Ansteuerschaltung schreibe, ist der Gatewiderstand natürlich
>> uninteressant.

>Von was rede ichm wenn ich von hoher Frequenz rede? Vom statischen
>Verhalten? Musst mal richtig lesen.

Ich habe in diesem Zusammenhang nur vom statischen Verhalten der 
Ansteuerung geschrieben. Wenn Du dann unnötigerweise den Gatestrom 
hereinbringst... Mußt selbst vorher mal richtig lesen.

>Wohl kaum, denn Treiber dimensioniert heute kaum einer. Gute Designer
>nehmen die von der Stange (siehe Unitrode-Treiber).

Das ist Unsinn. Selbst ein Treiber von der Stange muß dimensioniert 
werde, denn da gibt es erhebliche Klassenunterschiede und die billigsten 
sind meistens noch die Diskreten aus zwei Transistoren bestehenden.

>Ich empfehel ein gutes Buch über Highspeed-Design. Die Gatekapazitär
>liegt im Bereich weniger nF (ca. 5), die Leitungsinduktivität im Bereich
>einiger nH/cm. Wenn da was schwingen sollte, dann im sehr hohen
>Megahertzbereich.

Richtig, genau das kann auch passieren.

>Zum anderen kommt dann hier der wegen der Länge, die
>ja ein guter Designer sehr kurz hält, noch der Widerstand hinzu, wodurch
>das Ganze eine dämpfende Wirkung erhält. Schaut man sich die Schaltung
>an und kennt die Bauteile, stellt man fest, dass die Länge ein paar mm
>nicht überschreiten wird.

Bei Netzteilen hoher Leistung können solche Längen nicht eingehalten 
werden und weniger erfahrene Leser hier im Forum können diese Strecken 
auch bei kleinen Leistungen nicht einhalten.

>> Das H-Feld entsteht auch vorwiegend in der Drain- und Source-Leitung.

>Und was hat das mit dem Gatewiderstand zu tun?

Eine ganze Menge. Ein niedriger Innenwiderstand der Gatespannung 
bedeutet, dass Gate, abgesehen von der Zuleitungsinduktivität 
Wechselspannungsmäßig auf Masse liegt, also der MOSFET als HF-Verstärker 
betrieben wird. Die Zuleitung des MOSFET stellen Spulen dar, die 
miteinander verkoppelt sind. Beste Voraussetzung für einen 
HF-Oszillator. Der Gatewiderstand verhindert zumindest eine niederohmige 
Einkopplung bzw. Rückkopplung einer hochfrequenten Gate-Source-Spannung. 
Natürlich schaltet er dadurch auch langsamer. Deshalb macht man den 
Widerstand im Einzelfall so klein wie möglich und so groß wie nötig.

>Ach so, du willst auf
>Kosten des Wirkungsgrades den MOSFET sanft über den linearen Bereich
>fahren? Sehr amateurhaft.

Unsinn, darum geht es garnicht. Dann sind wohl die meisten professionell 
gefertigten Wandler sehr amateurhaft aufgebaut.

>Diesen Strom fängt man in der Regel mit einem
>Kondensator parallel zur Diode ab. Dieser wirkt als Umschwinger.

Welchen Strom ? Kondensator parallel zu welcher Diode ? Umschwinger ?

>Ziel
>ist es eben, den linearen Bereich stromlos zu durchlaufen und nicht, wie
>im Fall des Gatewiderstandes, mit vollem Ausgangsstrom.

Wie willst Du denn bei einem Step-Down-Wandler den linearen Bereich 
stromlos durchlaufen, wenn der Transistor bei max. Spulenstrom 
ausschalten muß ?

Jörg

Autor: ralf (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
was haltet ihr von dieser Schaltung?

Autor: P. Kraus (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
vielleicht eine blöde Zwischenfrage eines Anfängers:

Wozu braucht man einen MOSFET-Treiber ? Welche Aufgaben übernimmt er ?

Sorry...

Gruß Peter

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Ralf:
>was haltet ihr von dieser Schaltung?

Die ist schon ganz gut durchdacht, nur bei hohen Schaltfrequenzen, 
größeren MOSFETs und hohen Eingangsspannungen hätte ich Bedenken wegen 
der Verlustleistung in T2.

@Peter:
>Wozu braucht man einen MOSFET-Treiber ? Welche Aufgaben übernimmt er ?

Einfach gesagt: Er liefert den Lade-/Entladestrom für die Gatekapazität 
und macht ggf. eine Pegelwandlung, um eine definierte 
Gate-Source-Spannung zu erzeugen. Das ist immer dann etwas schwieriger, 
wenn Source nicht direkt auf Masse liegt.

Jörg

Autor: Unbekannter (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> was haltet ihr von dieser Schaltung?

Genau so macht man das. Dieser Treiber ist übrigens auch wunderbar 
schnell, da die Transistoren nie in die Sättigung geraten.

Wobei T4 bei 40 Volt Eingangsspannung ziemlich am Limit ist (je nach 
Tastverhältnis), da Du einen Querstrom von 13mA hast. Den Querstrom kann 
man (je nach Frequenz) noch einiges niedriger machen.

Autor: Stefan (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@ralf:

Nette kleine kompakte Schaltung, die ist ja eigentlich vom Prinzip her 
das gleiche wie meine im Eingang gesendete, nur dass noch ein 
Emitterwiderstand und ein Gatewiderstand drin ist. Da ich unter 20 V 
bleibe wäre das ok, aber würde der MOSFET nicht kaputt gehen wenn die 
Betriebsspannung über 20 V liegt ? Vgs darf ja bei MOSFETs meist nur 20 
V sein.

Gruß
Stefan

Autor: Arno H. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,
durch die Kollektorschaltung T4 fällt an dessen Emitterwiderstand ca. 
4,3 V max ab, eben die 13mA Querstrom. Der gleiche Strom fliesst durch 
R2 und begrenzt die VGS des P-FET auf unter 9 Volt. Bei höheren 
Spannungen sehe ich auch eher eine Gefahr für T4, bei 40 Volt ist der 
auch mit einem Drittel Watt dabei.
Arno

Autor: Unbekannter (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Nette kleine kompakte Schaltung, die ist ja eigentlich vom Prinzip
> her das gleiche wie meine im Eingang gesendete,

Oh nein, sie ist nicht die gleiche. Sie ist deutlich schneller als Deine 
und die Gatespannung wird begrenzt. Wie sie funktioniert, hat Arno schon 
beschrieben.

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Arno:
>Bei höheren Spannungen sehe ich auch eher eine Gefahr für T4, bei 40 Volt >ist 
der auch mit einem Drittel Watt dabei.

bei einer Gatekapazität von z.B. 5 nF und einer Frequenz von 200 kHz 
kommt auch T2 in diese Größenordnung (Miller-Kapazität nicht 
berücksichtigt). Bei 10 nF oder 400 kHz wären dann schon Rauchzeichen 
angesagt.

@Steven:

>> Meinst Du hier schreiben nur Theoretiker ?

>Ja.

Aha, erwischt. Beweis:

Es gilt: "Du meinst, hier schreiben nur Theoretiker"
außerdem gilt:  Du schreibst hier
Daraus folgt:  Du meinst, Du bist Theoretiker
     Q.E.D.

Vielleicht hast Du zumindest in diesem Punkt recht.

>Die Ansteuerung ist immer dynamisch. Sie erfolgt in diesem Fall mit
>einer recht niedrigen Frequenz.

Nein, es gibt immer eine statische UND eine dynamische Komponente. 
Sinnvollerweise betrachtet man diese Komponenten getrennt voneinander.

>Von was reden wir hier? Von einem aktuellen Beispiel mit Transitoren im
>SOT23-Gehäuse und einem MOSFET im SO8-Gehäuse oder von irgendwelchen
>theoretischen, nicht existierenden Geräten? Befasse dich mit dem
>aktuellen Problem und theoretisiere nicht rum.

Von dem Gerät ist nicht mehr als ein vorläufiger Schaltplan bekannt. Die 
Leiterbahnen können wenige mm oder mehrere cm lang sein und wie dick sie 
sind, wissen wir auch nicht.

>Bitte was? Innenwiderstand der Gatespannung?

Innenwiderstand einer Spannungsquelle ---> Grundlagen der Elektrotechnik

>> betrieben wird. Die Zuleitung des MOSFET stellen Spulen dar, die
>> miteinander verkoppelt sind. Beste Voraussetzung für einen

>Und da schau dir die Längen an. Sie sind extrem klein, die Anpassung ist
>nicht gegeben.

Welche Längen ? Im Schaltplan ?

> HF-Oszillator. Der Gatewiderstand verhindert zumindest eine niederohmige
> Einkopplung bzw. Rückkopplung einer hochfrequenten Gate-Source-Spannung.
> Natürlich schaltet er dadurch auch langsamer. Deshalb macht man den
> Widerstand im Einzelfall so klein wie möglich und so groß wie nötig.

>Nochmals, die meisten Wandler haben diesen Widerstand nicht und
>Resonanzwandler schon gar nicht

Woher hast Du dieses hartnäckige Unwissen ? Ich habe noch nie einen 
professionell gefertigten Wandler ohne Gatewiderstände gesehen und ich 
habe wirklich schon sehr viele verschiedene gesehen. Haben die 
Ingenieure auf der ganzen Welt keine Ahnung ?

>und dieser hier braucht ihn erst recht
>nicht, da vor dem Gate noch der Transistor sitzt, der gar nicht diese
>Steilheit besitzt.

Dann zeig uns doch mal ein Beispiel, z.B. Applikation eines 
Abwärtswandlers, wo der MOSFET keinen Gatewiderstand hat (Natürlich kein 
Prinzipschaltbild).

>Die meisten professionellen Wandler sind Resonanzwandler.

Resonanzwandler sind absolute Exoten und dürften weniger als 1 % aller 
gefertigten Wandler ausmachen. Die werden hauptsächlich bei höheren 
Leistungen eingesetzt.

>Der Gatewiderstand wird dann verwendet, um den Treiber davor zu schützen.
>Nicht selten treten dabei Ströme im Amperebereich auf. Mit EMV hat das
>wenig zu tun.

Wie erkrärst Du Dir dann, dass man bei Parallelschaltung mehrerer 
MOSFETs jedem einen eigenen Gatewiderstand spendiert ?

>Den IDS. Schau in das Schematic. Von Umschwingkondensatoren wirst du
>doch was als angeblicher Profi gehört haben.

Bei Google gibt es gerade mal 2 Treffer zu diesem Begriff. Der scheint 
wohl nicht über die Grenzen des ostfriesischen Sprachraumes hinaus 
bekannt zu sein. Den muß man als Deutscher also auch

nicht unbedingt kennen.

>> Wie willst Du denn bei einem Step-Down-Wandler den linearen Bereich
>> stromlos durchlaufen, wenn der Transistor bei max. Spulenstrom
>> ausschalten muß ?

>Was macht wohl der Umschwingkondensator?

Er erzeugt auch zusätzliche Verluste beim Einschalten, wenn er direkt 
über die D-S-Strecke ge-/entladen werden muß.

Jörg

Autor: A.K. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
"fast alle Antriebe für E-Loks, Schiffsversorgung, Flugzeuge"

Könnte es sein, dass ihr hier grad etwas abdriftet?

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@A.K.
>Könnte es sein, dass ihr hier grad etwas abdriftet?

Gut dass Du darauf hinweist, ich wollte gerade über die Funktion eines 
Stromrichters für eine 1-MV-HGÜ schreiben, aber das lasse ich jetzt 
doch.

@Steven:
Deine Argumente sind nach wie vor wenig überzeugend.

>Du stellst dich auch äußerst stur an, oder?

Sicher, wenn es um klare Fakten geht, bleibt wenig Spielraum für 
Kompromisse.

>http://www.national.com/images/pf/LM2737/20049410.pdf
>http://www.ti.com/lit/gpn/tps40007

>Und dann lies mal richtig.

Hast Du es gelesen ? Dann wüßtest Du, dass die Treiber einen 
Innenwiderstand von einigen Ohm haben, der Gatewiderstand ist also schon 
eingebaut. Bei kurzen Leitungen reicht das. Bei Spannungen von wenigen 
Volt ist es ohnehin unkritisch.

>Ich habe nicht behauptet, dass er generell
>nicht notwendig ist, sondern bei hohen Frequenzen erforderlich ist.

Und das ist eben Unsinn, vor allem, wenn der Transistor, wie beim 
Abwärtswandler unter voller Last schalten muß.

>Hier haben wir es mit NF zu tun, da ist dieser nicht notwendig, wobei du >hier 
immer noch hartnäckig das Gegenteil behauptest.

Natürlich ist er gerade bei niedrigen Schaltfrequenzen notwendig. Das 
sagt nicht nur die Theorie sondern auch die praktische Erfahrung. 
Hättest Du selbst schonmal öfters sowas aufgebaut, wüßtest Du was ich 
meine.

>Resonanzwandler kommen da zum Einsatz, wo es auf sehr hohen Wirkungsgrad
>und sehr hoher Leistung ankommt.

Richtig, habe ich ja auch geschrieben, aber genau darum geht es hier 
nicht.

>Das sind fast alle Hybrid Drives, fast
>alle Antriebe für E-Loks, Schiffsversorgung, Flugzeuge. Eigentlich
>sollte es alles sein, was mit Batterien versorgt wird. Alles Exoten?

Nun heb mal nicht ab. Was meinst Du, wieviele Drossel-, Sperr- und 
Flußwandler weltweit auf eine E-Lok kommen ? Hier geht es um einen 
einfachen kleinen Abwärtswandler für ein Ladegerät und nicht um eine 
Schiffsversorgung.

>> Wie erkrärst Du Dir dann, dass man bei Parallelschaltung mehrerer
>> MOSFETs jedem einen eigenen Gatewiderstand spendiert ?

>Hatte ich das nicht gerade gesagt? Schalte doch mal parallele
>Kapazitäten mit einer hohen Frequenz! Wie da die Stromverläufe aussehen,
>wirst du doch noch feststellen können. Das der Xc bei besonders steilen
>Flanken nahezu Null und damit der Strom extrem hoch wird, sollte doch
>eigentlich klar sein.

Natürlich, aber dann würde es ja auch ein einziger Widerstand für alle 
parallelgeschalteten Gates tun. Dennoch bekommt immer jeder MOSFET 
seinen eigenen Gatewiderstand. Warum wohl ?

> Bei Google gibt es gerade mal 2 Treffer zu diesem Begriff. Der scheint
> wohl nicht über die Grenzen des ostfriesischen Sprachraumes hinaus
> bekannt zu sein. Den muß man als Deutscher also auch
> nicht unbedingt kennen.

>Ähm, du beziehst dein Wissen aus Google? Ich denke, du kennst dich aus?

Du nicht ? Heutzutage kennt Google alle gebräuchlichen Fachbegriffe

>Schau hier:
>http://www.nxp.com/acrobat_download/applicationnot...

>Nicht wundern, dass dort keine Gatewiderstände verwendet werden. Man
>beachte C10 und C13.

Nicht gerade ein gängiges IC. Auch hier haben die Treiber eine 
Strombegrenzung, was der Gatewiderstand zumindest in solchen 
Kleinleistungsanwendungen ersetzen kann. Außerdem ist das ein 
Resonanzwandler, der mit unserem Abwärtswandler nichts zu tun hat.

>oh oh, du solltest dich wirklich  informieren.

dito

>Du scheinst noch nichts für den Automobilbereich entwickelt zu haben, wo
>es wirklich auf EMV und Effizienz ankommt.

Was hat das mit Autos zu tun ? Darauf kommt es in vielen anderen 
Bereichen genauso, wenn nicht noch mehr an.

Jörg

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.