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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik schneller Levelshifter für Highside-Treiber


Autor: Kevin (Gast)
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Hallo Leute,

ich habe eine Schaltung mit einen Highside Treiber gebaut, wo ich aus 
gründen der "ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS" des Treibers GND mit auf die 
Source des MOSFET legen musste. Da sich diese ja beim einschalten 
verändert brauche ich einen Level-Shifter von 5V auf 30V mit 
unterschiedlichen GND, jedoch gibt es da noch ein Problem, die Laufzeit 
des Signals darf max. 5µs betragen. Ich hab schon einge Schaltung dazu 
entwickelt (Transistor, Opto), aber leider komme ich nicht auf meine 
max. Laufzeit. (Opto => da gibt es nix schnelles, Transitor => wird 
ausgebremst durch die hohen Widerstände und die Millerkapazität)

Hat da jemand ne Idee oder einen Tip, wie man das Problem lösen kann ?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Was spricht gegen einen fertigen Mosfet Treiber wie IR2110 ?

Autor: 3369 (Gast)
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Man kann sich das Setup relativ schlecht vorstellen, was damit erreicht 
werden soll... Ein schema waere hilfreich.

Autor: Kevin (Gast)
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Als info: der High-Side (N-Kanal) MOSFET soll eine Gleichspannung (10A) 
schalten.
Ich verwende bereits einen fertigen Treiber, aber wenn man sich mal die 
Treiber mal genau anschaut vertragen Sie keine negativen Spannungen 
gegenüber GND. Da hilft nur den Treiber freischwebend mit eingener 
eingenen Regelung zu bauen. Und eine Diode bei 10A einzusetzen finde ich 
ein wenig verschwendung. Deswegen benötige ich einen Level-Shifter von 
5V auf die "schwebende" Treiberspannung.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Klingt immer noch nach IR2110. Dessen high side driver kann 500V weit 
weg sein, was meistens ausreichen sollte. Wenn nicht => Bild statt 
Worten.

Autor: Kevin (Gast)
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Ok, um die sache ein wenig zu vereinfachen. Die Schaltung für einen 
Highside Treiber habe ich bereits und diese funktioniert auch super. Ich 
bin nur noch auf der suche nach einen Levelshifter (Schaltung) von 5V 
auf 30V mit einer Laufzeit von max. 5µs.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Definiere Levelshifter genau:
Reicht dir 0-5V -> 30-35V oder möchtest du 0-5V -> 0-30V ?

Für letzteres reicht ein einfacher Transistor + Pullup. Die Last über 
einen Puffer aus 2 Transistoren als Emitterfolger entkoppelt.

Autor: Kevin (Gast)
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erstmal danke für deinen Vorschlag Benedikt.

also im Grunde muss es ein Levelshifter von 0-5V auf 30-35V sein.
Eine Last braucht man nicht zu betrachten, da diese sehr hochohmig 
(MOhm) ist.
Die Idee mit einem einfachen Transistor und Pull-UP habe ich auch schon 
ausprobiert was auch in der Theorie funktioniert, aber in der Praxis 
gibt es da probleme mit den Kapazitäten das Transistors und ich bin 
bisher nur auf Schaltzeiten bei 100µs gekommen. Und ein schneller 
Levelschifter mit einem Push-Pull ausgang ist mir bis jetzt noch nicht 
eingefallen.

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

> Eine Last braucht man nicht zu betrachten, da diese sehr hochohmig
> (MOhm) ist.
> Die Idee mit einem einfachen Transistor und Pull-UP habe ich auch schon
> ausprobiert was auch in der Theorie funktioniert, aber in der Praxis
> gibt es da probleme mit den Kapazitäten das Transistors

Du Widersprichst dir gerade selbst...
Auch eine Kapazität ist eine Last, zumindest bei hohen 
Frequenzen/kleinen Anstiegszeiten, wie du ja bereits gemerkt hast.

Wenn die Last nicht dauerhaft eingeschaltet werden muss (z.B. bei PWM), 
dann ist der einfachste Levelshifter ein Kondensator:
Dieser überträgt das 5Vss Rechteck über ein beliebiges Potential hinweg.

Jetzt beschreib doch endlich mal genau, was du an Spannungen hast 
(welche Betriebsspannungen stehen zur Verfügung), was geschaltet werden 
soll (Highside, Halbbrücke), welche Last dranhängt usw.

Autor: Kevin (Gast)
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Den ganzen Schaltplan (5 Seiten) will ich hier nicht beschreiben.
Auf der mikrocontroller Seite des Levelshifter sind es 5V und auf der 
andern seite des Levelshifters sind es auch 12V, nur leider wandern 
diese 12V von GND bei 30V (z.b 30-42V). Die Last des Levelshifter ist 
der Highside-Treiber und es wird auch keine PWM oder so damit gemacht, 
sondern einfach nur ON oder OFF.

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

> Auf der mikrocontroller Seite des Levelshifter sind es 5V

OK, das ist klar

> und auf der
> andern seite des Levelshifters sind es auch 12V,

Also 12V sollen geschaltet werden mit dem Highside Schalter ?

> nur leider wandern
> diese 12V von GND bei 30V (z.b 30-42V).

Ab hier verstehe ich nix mehr.
Wiso wandern die 12V ? Das solltes du vielleicht mal noch genauer 
erklären.
Du brauchst auf jedenfall eine Hilfsspannung die um etwa 10-15V größer 
ist als die zu schaltende Spannung.

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

>Opto => da gibt es nix schnelles

Wieso? HCPL0500, HCPL0530, HCPL0211.....

Allerdings benötigen die eine isolierte Versorgungsspannung auf der 
High-Side. Lässt sich aber mit einem kleinen DC-DC-Konverter 
realisieren.

MfG Spess

Autor: jens (Gast)
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Autor: Kevin (Gast)
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@Spess

Das problem ist nur das man für den LED strom des Opto noch einen 
Treiber benötige und wenn ich da mit dem max. Werten der Delayzeiten 
rechne wird das so einen geht-geht nicht sache mit den 5µs. Denn Theorie 
!= Paxis

@Benedikt

Ok, dann versuche ich es nochmal mit Treiber zu erklären. Also die 12V 
die ich genannt habe sind schon ist schon die Hilfsspannung. GND des 
Treibers ist auf die Source den MOSFET gelegt. Die Hilspannung ist so 
geregelt, das diese immer 12V größer ist als die Spannung an GND bzw. 
Source des Treibers. Jetzt nehmen wir an das wir 30V schalten wollen die 
am Drain anliegen und die source hat 0V was für die Hilfsspannung 12V 
bedeutet. Wenn wir jetzt einschalten steigt die Sourcespannung auf 30V 
an, was für die Hilfsspannung 42V bedeutet.
Damit der Treiber nicht wieder aus geht wenn die Sourcespannung 5V des 
Microcontroller überschreitet muss diese natürlich auch mitwandern.

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

Wir benutzen Optokoppler ähnlich dem HCPL0211 in PWM-Vertärkern (mehrere 
kW Leistung). PWM-Frequenz 82Khz. Als Ansteuerung der Optokoppler dienen 
einfache 74HC4050. Das Ganze geht recht flott. Viel wichtiger ist ein 
schneller und kräftiger Gate-Treiber , z.B. TC4421. Ansonsten liegen die 
Flanken der Gates sowieso weit über deinen 6µs.

MfG Spess

Autor: Andreas K. (a-k)
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Ob Picasso auch so bekannt geworden wäre, wenn er seine Vorstellungen 
mit Bleistift auf Papier in Worte gefasst hätte, statt mit Pinsel auf 
Leinwand?

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

> Das problem ist nur das man für den LED strom des Opto noch einen
> Treiber benötige und wenn ich da mit dem max. Werten der Delayzeiten
> rechne wird das so einen geht-geht nicht sache mit den 5µs. Denn Theorie
> != Paxis

Dann hast du entweder nicht den richtigen Optokoppler verwendet, oder 
was falsch gemacht. z.B. der 6N137 mit mit 100ns tLH bei 7,5mA LED Strom 
und 350 Ohm Pullup am Ausgang angegeben.

Da du ja 12V für die Highside hast, sollten die 5V für diesen ja kein 
Problem sein. Die Optokoppler die spess53 aufgelistet hat, sollten aber 
genauso funktionieren.

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