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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wie begrenze ich Ugs beim Schaltregler mit MC33063


Autor: kirk (Gast)
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Hallo Forum,

ich habe Schaltregler mit MC33063 und exernem Switch, wie oben im Bild 
dargestellt ist, aufgebaut. Funktioniert alles soweit.

Nur habe ich eine Unschönheit, die zur Zerstörung des MOSFETs führen 
kann, und weiß nicht recht wie dieses Problem lösen kann => Ugs des 
MOSFETs ist laut Datenblatt +/-20V und das ist schon maximaler Wert.
Wenn ich aber am Eingang 36V anlege werden es für Ugs insgesamt 36V! Der 
Mosfet in meinem Musteraufbau hält zwar noch, auch bei 36V, aber auf 
Dauer ist es keine gute Lösung.

Möglich wäre es z.b. eine TVS-Diode zwischen G und GND zu setzen. Diese 
soll dann Ugs auf z.b 19V begrenzen. Also muss diese TVS-Diode Uz=19V 
haben und paar Watt Leistung -sonst brennt sie mir durch. Diese Lösung 
führt aber zu erhöhter Verlustleistung.

Weiß jemand eine andere Lösung oder vielleicht einen anderen Ansatz? 
Oder kennt jemand einen MOSFET mit Ugs max = +/-40V?

Danke im Voraus.

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
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Entweder ca. 15 V Betriebsspannung wählen ( wohl die günstigste 
Möglichkeit ) oder mit Spannungsteiler/Supressordiode Gate-Spannung 
begrenzen.

Gruss

Autor: kirk (Gast)
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>mit Spannungsteiler/Supressordiode Gate-Spannung
>begrenzen.

Wo und wie würdest du den Spannungsteilen aufbauen?

Autor: kirk (Gast)
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Es gibt auch so gut wie keine MOSFETS mit Ugs > 20V, warum eigentlich? 
Maximal was ich gesehen hab, waren es Ugs max = 25V....

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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kirk wrote:
> Es gibt auch so gut wie keine MOSFETS mit Ugs > 20V, warum eigentlich?

Weil dann die anderen Eigenschaften des Mosfets schlechter werden 
(höhere Schwellspannung usw.).

Zum Problem:
Eventuell hilft eine Stromquelle rund um den internen Schalttransistor. 
Also den Drive Collector auf einen begrenzten Pegel legen, und einen 
Widerstand in die Emitterleitung. Dann eine Z-Diode parallel zu 
Gate-Source.

Alleine vom Abschaltverhalten her ist der 1k Widerstand parallel zu 
Source-Gate nicht das beste. Ich würde hier noch einen aktiven Treiber 
aus 2 Widerständen verwenden.

Autor: yalu (Gast)
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> Es gibt auch so gut wie keine MOSFETS mit Ugs > 20V, warum
> eigentlich?

Es gibt auch kaum Bipolartransistoren mit einem UEBmax von mehr als
ein paar Volt.

Warum? Entweder man braucht die höhere Spannungsfestigkeit nicht, oder
man kann das Problem durch geringfügigen zusätzliche Schaltungsaufwand
beseitigen. Ich schätze, die Erhöhung der GS- bzw. EB-Spannungsfestig-
keit würde eine deutliche Verschlechterung der Verstärkungseigenschaf-
ten der Transistoren nach sich ziehen.

Das Problem bei kirks Schaltung ist, dass der MC33063 gar nicht für
die Ansteuerung eines MOSFETs gedacht ist. Nicht umsonst sind im
Datenblatt nur Beispiele mit Bipolartransistoren zu finden.

Es ist zwar möglich, den MOSFET mit einem Pullup-Widerstand an den
offenen Kollektor des IC-Ausgangs anzuschließen. Die Ausschaltzeiten
des MOSFETs sind aber dadurch ziemlich bescheiden, was die maximale
Schaltfrequenz und den Wirkungsgrad einschränkt.

Man könnte eine 10V-Z-Diode parallel zu R schalten und einen zweiten
Widerstand von 1k zwischen den IC-Ausgang und der Anode der Z-Diode
legen. Dadurch wird UGS auf -10V begrenzt, die Verlustleistung in der
Z-Diode beträgt maximal 160mW. Da bei 36V Versorgungsspannung, der
MOSFET die meiste Zeit ausgeschaltet und dann die Z-Diode stromlos
ist, reicht ein üblicher 0,5W-Typ dicke. Allerdings wird durch den
zusätzlichen Widerstand nun auch das Einschalten des MOSFETs gebremst.

Aufwendigere MOSFET-Ansteuerschaltungen verwenden eine Gegentaktstufe,
so dass die Gate-Ansteuerung in beide Richtungen niederohmig erfolgt.
Die folgende Schaltung, die schon mehrfach in diesem Forum diskutiert
wurde, steuert den MOSFET recht schnell, da sie ordentlich Strom zum
Umladen des Gates liefert und bei den Ansteuertransistoren verzögernde
Sättigungseffekte vermeidet:

  Beitrag "Re: Mosfet-Treiber so in Ordnung ?"

(Beitrag von ralf)

Zudem ist UGS, abhängig von den Widerständen R2 und R3 und der
Eingangsspannung, auf einen von der Versorgungsspannung unabhängigen
Wert begrenzt.

Leider hat der MC33063 keinen Ausgang mit versorgungsspannungs-
unabhängigem Pegel, so dass die Schaltung nicht direkt verwendbar ist.
Sie müsste aber passen, wenn man den Ausgangspegel mit einem
Pullup-Widerstand (der jetzt auch größer als 1k werden darf) und einer
5,1V-Z-Diode gegen Masse auf einen festen Wert zwingt.

Inzwischen sind aus einem diskreten Bauteil zur Ansteuerung des
MOSFETs acht geworden, hat aber den Vorteil kürzerer Schaltzeiten und
UGS-Begrenzung gewonnen. Das Ganze macht auch ein wenig einen
zusammengeflickten Eindruck. Wahrschinlich kann man, wenn man die
Ansteuerschaltung etwas modifiziert und vielleicht eine geschicktere
Beschaltung der Ausgangstransistoren des MC33063 findet, ein paar
Bauteile einsparen.

Es stellt sich natürlich angesichts dieser Verrenkungen die Frage, ob
man nicht gleich zu einem Schaltreglerbaustein mit MOSFET-Treiber oder
- wenn benötigte Strom maximal ein paar Ampere beträgt - zu einem mit
bereits integriertem Schalttransistor greift :)

Benedikt K. schrieb:
> Eventuell hilft eine Stromquelle rund um den internen
> Schalttransistor. Also den Drive Collector auf einen begrenzten
> Pegel legen, und einen Widerstand in die Emitterleitung. Dann eine
> Z-Diode parallel zu Gate-Source.

Wenn ich das Datenblatt richtig interpretiere, ist der Ausgangspegel
des die Ausgangstransistoren schaltenden Flipflops ungefähr gleich der
Versorgungsspannung, also variabel. Dewegen kann man damit keine
Stromquelle mittels eines Emitterwiderstands realisieren. Wäre dies
möglich, könnte man in der von mir verlinkten Schaltung als linken
Transistor den internen des MC33063 verwenden, was die Sache etwas
vereinfachen würde.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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yalu wrote:

> Wenn ich das Datenblatt richtig interpretiere, ist der Ausgangspegel
> des die Ausgangstransistoren schaltenden Flipflops ungefähr gleich der
> Versorgungsspannung, also variabel. Dewegen kann man damit keine
> Stromquelle mittels eines Emitterwiderstands realisieren.

Ja. Das wird das Problem sein. Wenn der Treiberstrom aus dem Flipflop 
hinreichend klein ist, dann könnte es funktionieren, müsste man also 
ausprobieren.
Es wäre aber vermutlich einfacher, gleich ein anderes IC nehmen.

Autor: kirk (Gast)
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Hallo,

vielen Dank für diese Hinweise.

Hab noch folgendes recherchiert:
http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/AND8291-D.PDF

Und hab die Schaltung so aufgebaut wie sie auf der seite 3 angegeben 
ist. Zusätzlich gabe ich in SWE-Pfad einen R=470Ohm und parallel zum R 
einen C=6,8pF eingebaut.
Danach Ugs ausgemessen und festgestellt, dass Ug nie wircklich auf GND 
gezogen wird. Ug bleibt auf einem Pegel, sodass Ugs nicht über 20V 
hinausgeht.
Ist zwar keine elegante Lösung, aber:
Die Schaltfrequenz liegt bei 160kHz (bei Uin=9V), was von den gedachten 
200kHz etwas abweicht. Wirkungsgrad ist ca. 80% - für mich ein sehr 
guter wert. Grund dafür ist haupsächlich großer L wert und geringer 
Rdson des MOSFETs.

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