Hallo,
frage mich, wie hoch die verluste wären, wenn ich in einer schaltung
eine diode und ein mosfet parallel verbaut hätte. das mosfet wäre zu
jeder zeit leitend (die bodydiode außer betracht lassen, rdson = 20
mOhm)
wenn z.B. eine strom von 1A fließt würde sich dieser doch wie bei einem
stromteiler teilen oder? wenn ja, in welchem verhältnis.
bei einer diode gilt fallen ja ca. 0,7V ab, wenn es leitet. dies
entspricht einem verlust von 0,7W, wenn der gesamte strom durch die
diode fließen würde.
wie berechnet man das bei einem mosfet? nimmt man da nur das rds on?
Wenn der Mosfet leitet, fließt ja kein Strom durch die Diode. Teilt sich
also zu 100% Mosfet und 0% Diode auf.
Neben den RDSon Verlusten gibt es noch Schaltverluste, die aber nur beim
Ein/Ausschalten auftreten.
Es gibt Beschaltungen mit Schottky-Diode Parallel. Das macht man aber
deswegen, damit der Strom durch die Schottky (0.3V) fließt und nicht
mehr durch die Bodydiode. Oder fast nichts mehr. Warum? Weil die
Schottky viel besseres Recoveryverhalten hat und damit im System weniger
Schaltverluste.
>frage mich, wie hoch die verluste wären, wenn ich in einer schaltung>eine diode und ein mosfet parallel verbaut hätte. das mosfet wäre zu>jeder zeit leitend (die bodydiode außer betracht lassen, rdson = 20>mOhm)
Abgesehen davon, was der Sinn dieser Schaltung sein sollte (wozu ein
Transistor, wenn er doch nur on sein soll):
ob sich die Verluste aufteilen, hängt erstmal grundsätzlich davon ab,
wie die Bedingungen sind.
20mOhm bei 1A ergeben eben nur 20mV - da leitet nun mal noch keine
Diode, so daß es da auch keine Stromaufteilung gibt.
Das ist was ganz anderes als ein normaler Stromteiler aus linearen
Widerständen, denn zumindest die Diode ist hochgradig nichtlinear.
Ich danke euch für die Antworten.
Ich bin nun einfach von durchgehend leitend ausgegangen, weil ich mir
erstmal keine Gedanken über die Schaltverluste machen wollte. Ich
versuche das Objekt Mosfet zu verstehen.
Wie wäre es denn, wenn der Mosfet im Stromkreis so verbaut ist, dass
erstmal nur die interne Diode leitet. Also drain guck in richtung masse.
wenn ich nun den mosfet schalte. welchen weg würde der Strom nehmen bzw.
wo würde es eher durchfließen?
gehen wir einfach von z.B. 10A aus. wie verhält sich die bodydiode. hat
es die selben kennlinien wie eine normale diode?
Tobi schrieb:> frage mich, wie hoch die verluste wären, wenn ich in einer schaltung> eine diode und ein mosfet parallel verbaut hätte. das mosfet wäre zu> jeder zeit leitend (die bodydiode außer betracht lassen, rdson = 20> mOhm)
Gut daß du dich fragst. Und nicht etwa uns ...
> wenn z.B. eine strom von 1A fließt würde sich dieser doch wie bei einem> stromteiler teilen oder?
Oder.
> bei einer diode gilt fallen ja ca. 0,7V ab, wenn es leitet.
Nein. Die 0.7V sind eine Näherung für relativ große Ströme. Den
tatsächlichen Zusammenhang zwischen Spannung und Strom an der Diode
beschreibt die https://de.wikipedia.org/wiki/Shockley-Gleichung> wie berechnet man das bei einem mosfet? nimmt man da nur das rds on?
Näherungsweise kann man U = I*R_dson rechnen. Dann steckt man U in die
o.g. Shockley-Gleichung und findet heraus, wieviel Strom noch zusätzlich
zu I durch die Diode fließt. Hint: es ist nur ein sehr kleiner Teil.
Ich meine, dass die Bodydiode nicht leitet, wenn der Mosfet
durchschaltet.
In dem Fall würde der Strom zu 100% von Source nach Drain fließen. Bin
mir aber nicht sicher, bin nicht vom Fach ;X.
Chris L. schrieb:> Ich meine, dass die Bodydiode nicht leitet, wenn der Mosfet> durchschaltet.> In dem Fall würde der Strom zu 100% von Source nach Drain fließen. Bin> mir aber nicht sicher, bin nicht vom Fach ;X.
ich finde leider keine quelle die deine infos bestätigen. woher weist du
dass die bodydiode nicht mehr leitend wäre?
... weil die Bodydiode auch eine Siliziumsperrschicht ist (keine
Schottky) und demzufolge erst ab 0,7 V richtig leitet.
Wenn R_dson x I in die Nähe von 0,7 V kommen, ist der Mosfet für diesen
Fall zu klein und stirbt sowieso bald.
Gruß - Werner
Chris L. schrieb:> Ich meine, dass die Bodydiode nicht leitet, wenn der Mosfet> durchschaltet.
Für geeignete Werte von "nicht leitet". Technisch leitet eine Diode
immer. Es gibt keinen exakt nichtleitenden Zustand (wie etwa bei einem
5mm Luftspalt). Natürlich kann man sich darüber streiten ob man 10
Femtoampere noch "leiten" nennen will.
> In dem Fall würde der Strom zu 100% von Source nach Drain fließen.
Eher 99.99999%
Werner H. schrieb:> ... weil die Bodydiode auch eine Siliziumsperrschicht ist (keine> Schottky) und demzufolge erst ab 0,7 V richtig leitet.> Wenn R_dson x I in die Nähe von 0,7 V kommen, ist der Mosfet für diesen> Fall zu klein und stirbt sowieso bald.>> Gruß - Werner
jetzt verstehe ich. die bodydiode des mosfets ist also wie eine "echte"
diode die parallel zum durchlasswiderstand (Rds - 20 mOhm) des mosfets
geschaltet ist. der Strom, der von Source nach Drain fließt, müsste also
ca. 30A betragen, damit die Spannung an dem Widerstand und der Diode bei
ca. 0,6V liegt und die Diode leitend wird.
solange man unter der schwelle von ca. 0,5V bleibt wird der strom wohl
zu 99,9% nur über Source nach drain fließen.
danke
Tobi schrieb:> solange man unter der schwelle von ca. 0,5V bleibt wird der strom wohl> zu 99,9% nur über Source nach drain fließen.
Aber nur wenn du den MOSFET verkehrt herum betreibst. Richtig
angeschlossen ist die Body Diode in Sperrrichtung gepolt.
Fritz G. schrieb:> Tobi schrieb:>> solange man unter der schwelle von ca. 0,5V bleibt wird der strom wohl>> zu 99,9% nur über Source nach drain fließen.>> Aber nur wenn du den MOSFET verkehrt herum betreibst. Richtig> angeschlossen ist die Body Diode in Sperrrichtung gepolt.
Ja, das weiß ich, danke.
Mir ging es einerseits darum, die funktionsweise/aufbau eines mosfets
richtig zu verstehen und zum anderen zu erfahren, ob man weniger
verluste hat, wenn man statt einer diode (oder bodydiode) ein mosfet
schalten lässt.
dies ist wohl nur der fall, wenn man mit dem Strom in einem gewissen
bereich bleibt. wenn man diesen bereich überschreitet, scheint sich der
einsatz eines mosfets nicht mehr zu lohnen. zumal man mehr aufwand hat,
da man diesen schalten muss und auch noch schaltverluste berücksichtigen
muss.
Du kannst mit einer Diode ohnehin nicht schalten. Oder willst du eine
Diode durch den MOSFET ersetzen? Da muss schon recht viel Strom fliessen
damit eine Diode Strom abbekommt. Und es ist eine Frage ob du eine Diode
findest die diesen Strom dann ab kann.
...mit dämmert was...
Bei einem Solarpaneel ist ja immer eine Schutzdiode eingebaut, an der
bis 1 V abfallen können, das entspricht einem "Verlust" von 2 Zellen.
Wenn man diese Schutzdiode durch eine Fet-Bodydiode ersetzt, könnte man
sie mit R_dson überbrücken und die 2 Zellen wieder nutzen.
Diese Überlegung machte ich auch mal.
Aber dann muß man die Strom-Richtung (!) überwachen und den Fet bei
Strom-Umkehr wieder ausschalten. Die Gesamtelektronik um den Mosfet wird
dann aber so aufwändig, daß es preiswerter und auch betriebssicherer
ist, doch bei der einzelnen Diode zu bleiben und auf das letzte Volt zu
verzichten.
Gruß - Werner
Werner H. schrieb:> ...mit dämmert was...>> Bei einem Solarpaneel ist ja immer eine Schutzdiode eingebaut, an der> bis 1 V abfallen können, das entspricht einem "Verlust" von 2 Zellen.> Wenn man diese Schutzdiode durch eine Fet-Bodydiode ersetzt, könnte man> sie mit R_dson überbrücken und die 2 Zellen wieder nutzen.> Diese Überlegung machte ich auch mal.>> Aber dann muß man die Strom-Richtung (!) überwachen und den Fet bei> Strom-Umkehr wieder ausschalten. Die Gesamtelektronik um den Mosfet wird> dann aber so aufwändig, daß es preiswerter und auch betriebssicherer> ist, doch bei der einzelnen Diode zu bleiben und auf das letzte Volt zu> verzichten.>> Gruß - Werner
ja, sowas ähnliches hatte ich mir auch vorgestellt. bei mir ist das
etwas sicherer, denn das signal (vom uC), welches den strom verursacht
will ich auch als das signal nutzen, welche den mosfet durchschaltet. so
würde ich immer dann, wenn strom kommt auch durchschalten.
Fritz G. schrieb:> Du kannst mit einer Diode ohnehin nicht schalten. Oder willst du> eine> Diode durch den MOSFET ersetzen? Da muss schon recht viel Strom fliessen> damit eine Diode Strom abbekommt. Und es ist eine Frage ob du eine Diode> findest die diesen Strom dann ab kann.
ja, das war meine idee. diode durch mosfet ersetzen und immer dann, wenn
die stromlauf über die den mosfet aktiv wird, lasse ich den mosfet
schalten.
... überdenke das nochmal.
Die Stromquelle ist das Solarpaneel. Der Strom schwankt, je nach
Beleuchtung, die Spannung bleibt etwa gleich. Wie erkennt Dein µC den
Strom bzw. die Richtung (vor allem bei kleinen Strömen um 0)?
Strommessung und Mosfetschalter müssen ans Paneel (Dach?). Temperaturen
von -20 bis +60 °C.
Kabelberbindung zum µC. Was passiert bei Unterbrechung?
Effiziente "Energieernte" ist nur um MITTAG +- 3 Stunden möglich, weil
die Ausbeute mit dem Cosinus des Sonnen-Einfallswinkels fällt,
horizontal wie Vertikal.
Meine Überlegungen zur besseren Effizienz gehen eher in Richtung
Sonnennachführung.
Permanente Drehung über ein Schneckenrad ist einfach, aber
unwirtschaftlich, wenn der Motor dauernd läuft. Eine Drehung alle 3
Stunden über ein Maltesergetriebe ist besser. Die Drehachse in
Nord-Süd-Richtung, die Steigung je nach Monat (oder Richtung Winter
optimiert). Schwerpunkt in die Achse.
Alles ist mechanisch viel aufwändiger, aber der einzige Weg zur
Effizienzsteigerung.
Worst Case:
Windlast (Verhalten bei Sturm), Hagel, Schnee und Eis müssen
berücksichtigt werden. Abschattung durch Bäume, Laub, Schnee.
Bei Dachmontage könnte der Nachbar, die Gemeinde oder ein Landesamt oder
wer auch immer Einwände haben und auf Beseitigung bestehen.
Haftpflichtversicherung steigt.
Ist alles nicht so einfach!
Läüft warscheinlich auf kleine Inselanlagen im Garten raus...
Gruß - Werner
Fritz G. schrieb:> Du kannst mit einer Diode ohnehin nicht schalten.
Jein. Eine Diode kann man schon zum Schalten einsetzen. Aber natürlich
nicht in dem Sinne, wie ein MOSFET schaltet.
> Oder willst du eine Diode durch den MOSFET ersetzen?
So ähnlich. Da er als Gast unterwegs ist kann ich es nicht sicher sagen.
Aber er liest sich ganz ähnlich wie ein anderer Gast der nebenan ein
paar ziemlich dumme Fragen über Synchrongleichrichter und die
Current-Doubler Schaltung gestellt hat.
> Da muss schon recht viel Strom fliessen damit eine Diode Strom abbekommt.
Bei einem Synchrongleichrichter besteht das Ziel ja gerade darin, den
Strom nicht durch die Diode fließen zu lassen.
> Und es ist eine Frage ob du eine Diode findest die diesen Strom dann ab kann.
Die Body-Diode eines MOSFET kann in jedem Fall genausoviel Strom ab wie
der MOSFET-Kanal, denn es ist ja die gleiche Geometrie. OK, an der Diode
fällt dabei u.U. mehr Spannung ab und es ensteht dann mehr
Verlustleistung. Aber tatsächlich schaltet man dem Schaltelement in
einem Synchrongleichrichter gerne noch eine Diode parallel. Das hat zwei
Gründe: zum einen bleibt dadurch die Funktion der Schaltung auch dann
noch erhalten, wenn die Ansteuerung des MOSFET versagt. Zum zweiten darf
die Ansteuerschaltung dann auch etwas langsamer sein, weil beim
Umschalten vom Sperr- in den Leitzustand die Diode den Strom zumindest
kurzzeitig übernehmen kann.
Axel S. schrieb:> Aber tatsächlich schaltet man dem Schaltelement in> einem Synchrongleichrichter gerne noch eine Diode parallel. Das hat zwei> Gründe: zum einen bleibt dadurch die Funktion der Schaltung auch dann> noch erhalten, wenn die Ansteuerung des MOSFET versagt. Zum zweiten darf> die Ansteuerschaltung dann auch etwas langsamer sein, weil beim> Umschalten vom Sperr- in den Leitzustand die Diode den Strom zumindest> kurzzeitig übernehmen kann.
Wobei das natürlich nur bei einem echten fremdgesteuerten
MOSFET-Gleichrichter nötig ist, bei dem einfachen selbstgesteuerten
MOSFET-Gleichrichter liegen die Body-Dioden schon korrekt parallel zu
den jeweiligen FETs im Rückwärtsbetrieb.
