Hallo zusammen,
ich brauche eure Hilfe bei einem Modellbauprojekt:
Ich habe eine Schaltung zur Ansteuerung eines Gleichstrommotors über
einen P-FET und einen N-FET, sozusagen eine halbe H-Brücke. Bislang
verwende ich die Schaltung in einem Spannungsbereich bis 17V, das halten
die FETs noch aus (UGSmax = 20V). Die Ansteuerung erfolgt per PWM im
Bereich [0% 100%] mit 16kHz.
Jetzt möchte ich die Spannungsfestigkeit der Schaltung erhöhen, um eine
Versorgungsspannung bis 25V realisieren zu können (Spannungsbereich
weiterhin ab 10V). Dazu habe ich für die FETs zur Begrenzung der UGS
jeweils ein zweites Spannungsniveau über Z-Dioden erzeugt und schalte
per PWM zwischen diesen und der Versorgung (P-FET) bzw. GND (N-FET) hin
und her.
In LT-Spice funktioniert das auch wunderbar: Der P-FET bekommt seine
-12V, der N-FET die +12V. Nur im Aufbau verhält es sich anders ... Der
Spannungsabfall über die Z-Dioden fällt deutlich kleiner als 12V aus!
Wenn ich den Lastwiderstand der Z-Diode verkleinere, dann sieht es
besser aus. Dann wird jedoch auch der Strom (bzw. die Leistung) zu groß
für die Z-Dioden...
Mein Verständnis (als Maschinenbauer) hängt nun am Übertrag der
LT-Spice-Simulation in die reale Schaltung, da das Verhalten hier
relevant voneinander abweicht. Übertragungsfehler im Layout schließe ich
dank inzwischen mehrfacher Reviews unter mehreren Augen aus.
Vielen Dank für euere Tipps!
Harald
Harald schrieb:> Der> Spannungsabfall über die Z-Dioden fällt deutlich kleiner als 12V aus!
Z-Dioden sind halt keine idealen Bauteile. Die Toleranzen sind rel.
groß, und das Regelverhalten rel. weich. Den Mosfets reicht aber in der
Regel eine Gate-Spannung von 10 Volt aus. Wenn diese Spannung erreicht
wird, musst Du nichts ändern. Wenn nicht, andere Z-Dioden nehmen.
Üblicherweise wird Ugs mit Hilfe einer Zener-Diode über Gate und Source
begrenz, deren Durchbruchspannung deutlich unter der max. zulässigen Ugs
liegt.
Die 3 Ohm sollen jeweils den Motor darstellen - der in beiden Schemata
der selbe sein soll? Ich komme da nicht ganz mit... ist es nun eine
halbe H-Brücke (also eine sogenannte Halbbrücke...), oder was genau?
Ja genau, die 3 Ohm stellen den Motor dar. Zum besseren Verständnis
meinerseits habe ich den Schaltplan zur Simulation in die beiden
Funktionen "Beschleunigen" und "Bremsen" geteilt. Auf der geschalteten
Seite sind die beiden Teile natürlich verbunden.
Wenn ich die Z-Diode direkt am FET anschließe, wo kommt dann der
Lastwiderstand hin? Das Schaltungsdesign zielt ja aktuell darauf hin,
daß Gate schnellstmöglich zu laden bzw entladen.
Grüße
Harald
Harald schrieb:> Wenn ich die Z-Diode direkt am FET anschließe, wo kommt dann der> Lastwiderstand hin? Das Schaltungsdesign zielt ja aktuell darauf hin,> daß Gate schnellstmöglich zu laden bzw entladen.
Die Z-Diode kommt hier natürlich nicht direkt an den Mosfet, da ein
Gate-Treiber eingesetzt wird. Dessen Betriebsspannung ist auch die max.
Spannung am Gate.
Und selbst wenn, der Lastwiderstand bleibt, wo er ist.
Harald schrieb:> Auf der geschalteten> Seite sind die beiden Teile natürlich verbunden.
So, so, so.
Demnach wäre der Motor mit beiden Polen der Betriebsspannung und
gleichzeitig mit zwei Transistoren.....
Probiere es doch mal mit der Gesamtschaltung in LTSpice, nicht mit 2
Teilschaltungen. Sonst hat die Simulation eh wenig Wert, da eine
Halbbrücke nicht identisch mit zwei Schaltungen mit Einzeltransistor
ist.
R6 (2k2) springt mir sofort ins Auge. Alle anderen Maßnahmen zur
Beschleunigung des Umladevorgangs werden somit ausgehebelt, da dieser
Widerstand (R6 im "NPN-Bild", R8 im "PNP-Bild") als Bremse wirkt.
Äxl (geloescht) schrieb:> Alle anderen Maßnahmen zur> Beschleunigung des Umladevorgangs werden somit ausgehebelt,
Nicht ganz, es sind ja noch die 100nF da. Die sollte man aber deutlich
größer wählen.
der schreckliche Sven schrieb:> Z-Dioden sind halt keine idealen Bauteile. Die Toleranzen sind rel.> groß, und das Regelverhalten rel. weich. Den Mosfets reicht aber in der> Regel eine Gate-Spannung von 10 Volt aus. Wenn diese Spannung erreicht> wird, musst Du nichts ändern. Wenn nicht, andere Z-Dioden nehmen.
Das dürfte der Grund sein und der Vorschlag sollte als Maßnahme reichen.
der schreckliche Sven schrieb:> Harald schrieb:>> Der>> Spannungsabfall über die Z-Dioden fällt deutlich kleiner als 12V aus!>> Z-Dioden sind halt keine idealen Bauteile. Die Toleranzen sind rel.> groß, und das Regelverhalten rel. weich. Den Mosfets reicht aber in der> Regel eine Gate-Spannung von 10 Volt aus. Wenn diese Spannung erreicht> wird, musst Du nichts ändern. Wenn nicht, andere Z-Dioden nehmen.
Das ist ja das komische ... wenn sich eine Spannung von +-12V +-2V
einstellen würde, wäre ich ja schon einigermaßen zufrieden. Es stellt
sich aber auch keine konstante Spannungsdifferenz über die Z-Diode ein.
klsd schrieb:> Probiere es doch mal mit der Gesamtschaltung in LTSpice, nicht mit> 2> Teilschaltungen. Sonst hat die Simulation eh wenig Wert, da eine> Halbbrücke nicht identisch mit zwei Schaltungen mit Einzeltransistor> ist.
Habe ich schon gemacht. Sieht im Plan dann sehr unübersichtlich aus,
macht bei den Ergebnissen keinen Unterschied.
HildeK schrieb:> der schreckliche Sven schrieb:>> Z-Dioden sind halt keine idealen Bauteile. Die Toleranzen sind rel.>> groß, und das Regelverhalten rel. weich. Den Mosfets reicht aber in der>> Regel eine Gate-Spannung von 10 Volt aus. Wenn diese Spannung erreicht>> wird, musst Du nichts ändern. Wenn nicht, andere Z-Dioden nehmen.>> Das dürfte der Grund sein und der Vorschlag sollte als Maßnahme reichen.
Ich habe mehrere Z-Dioden durchprobiert - die Streuung ist echt klein,
leider alle bei gleichem Verhalten ...
Harald schrieb:> Ich habe mehrere Z-Dioden durchprobiert - die Streuung ist echt klein,> leider alle bei gleichem Verhalten ...
Du schriebst oben "deutlich kleiner als 12V". Was hast du denn gemessen?
Wir meinten auch: nimm eben eine 15V Z-Diode. Wenn der FET mit UGS=20V
spezifiziert ist, ist das ja kein Problem.
HildeK schrieb:> Harald schrieb:>> Ich habe mehrere Z-Dioden durchprobiert - die Streuung ist echt klein,>> leider alle bei gleichem Verhalten ...>> Du schriebst oben "deutlich kleiner als 12V". Was hast du denn gemessen?> Wir meinten auch: nimm eben eine 15V Z-Diode. Wenn der FET mit UGS=20V> spezifiziert ist, ist das ja kein Problem.
Sorry, habe mich glaub unklar ausgedrückt... Ob an der Z-Diode 12V oder
15V oder 10V abfallen, ist dem FET im relevanten Strombereich egal. Was
ich gemessen habe (grob aus dem Gedächtnis): Bei 15V Versorgung einen
Spannungsabfall von 6V, bei 17V um die 10V, bei 25V ca. 12V. Das würde
zwar theroerisch genügen - da muss aber ein Fehler im System stecken. So
habe ich kein Vertrauen in die Schaltung ...
Harald schrieb:> Das ist ja das komische ... wenn sich eine Spannung von +-12V +-2V> einstellen würde, wäre ich ja schon einigermaßen zufrieden. Es stellt> sich aber auch keine konstante Spannungsdifferenz über die Z-Diode ein.
Zeig halt mal bitte konkret, welche Spannung/welcher Spannungsverlauf
sich einstellt. Unter "keine konstante Spannungsdifferenz" kann sich
jeder etwas anderes vorstellen.
Die Schaltung zur Ansteuerung des pFET taugt schon deshalb nicht zur
Erweiterung auf 25V, weil du damit die BE-Sperrspannung von Q1
überschreiten würdest. Ab einer Versorgung von ~19V bekommst du bei
leitendem Q2 einen (praktisch ungebremsten) Stromfluss über die Z-Diode
und die durchgebrochne BE-Strecke von Q1. Das wird Q1 nicht guttun.
Schaltung_P-FET.PNG
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Schaltung_N-FET.PNG
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