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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik sperrender FET doch leitend?


Autor: Steffen (Gast)
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Hallo zusammen,

ich habe mir eine Schaltung überlegt, die ab einer bestimmten Spannung 
abschalten soll und die restliche Schaltung vor Überspannung schützen 
soll. Zur Abschaltung soll ein PowerFET verwenden werden, dessen Gate 
von einem Bipolar-Transistor zwischen Gate und Source des FETs gesteuert 
wird. Ist der Bipolar-Transistor leitend, sperrt der FET.
Im Überstrom-Fall ist der Bipolar-Transistor leitend und der FET soll 
sperren. Der Bipolar-Transistor ist voll durchgesteuert und leitet, der 
FET sollte also sperren. In der Simulation und in der Praxis baut sich 
hinter dem FET ein gewisses Restpotential auf. Die Abschaltung passiert 
bei etwa 30V; in dem Fall habe ich hinter dem FET eine Spannung von etwa 
3V. Ist so ein FET möglicherweise nicht ideal sperrend? Laut Simulation 
ist das Potential hinter dem FET umso höher, je hochohmiger die Last 
ist.

Gruß
Steffen

Autor: Dü (Gast)
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sperren is relativ...jede diode hat einige uA sperrstrom, somit...was 
erwartest du? 0,0 ? dann nimm ein relais.

Autor: nemon (Gast)
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zieh mal zwischen gate und masse einen widerstand mit vielleicht 10kohm

Autor: Michael (Gast)
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Wie hochohmig ist denn deine Last? Wie Dü schon sagte, auch im Sperrfall 
hat so ein FET noch einen Leckstrom der durchaus im µA-Bereich liegen 
kann (bei Power-MOSFETs ist üblich mein ich) Wenn du eine Last von einem 
MOhm hast fällt durch einen Sperrstrom von einem µA schon ein Volt ab.

Autor: Unbekannter (Gast)
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Schaltplan!?!?

Autor: Michael (Gast)
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Wozu, Unbekannter?? Die Lage scheint hier mehr als klar zu sein. Wer 
glaub, dass ein MOSFET im Sperrbetrieb kein Elektron hindurch lässt hat 
die Physik dahinter nicht verstanden. Der TE sollte als erstes Mal 
schaun wie groß der Leckstrom seines PowerFETs ist und ob sich durch 
seine Last dann die entsprechende Spannung einstellen könnte. 
Wahrscheinlich ist dem so und dann braucht man auch keinen Schaltplan 
mehr.

Autor: Der Unbekannte #2 (Gast)
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Eine Schaltung, die durch den Leckstrom noch eine zu hohe Spannung 
bekommen soll? So einen Schmarrn habe ich lange nicht gehört.

Die Diskussion kann jetzt nur noch so weiter gehen:

Gast sagt: "Ja aber wenn der MOSFET keine ausreichende 
Spannungsfestigkeit besitzt!" "Einspruch unrelevant."

Anderer Gast trällert: "Ja aber wenn er eine Schaltung schützen will, 
die im Betrieb nur 10pA benötigt!" "Dann kannst Du mich mit Deiner 
theoretischen Wichtigtuerei gern haben."

Autor: Michael (Gast)
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>Eine Schaltung, die durch den Leckstrom noch eine zu hohe Spannung
>bekommen soll

Nehmen wir mal den IRFZ34N, ist ja ein PowerMOSFET. Der hat im 
Sperrbetrieb mit einem Uds von 60 V durchaus 25 µA laut Datenblatt. Als 
Last nehm ich jetzt mal dreister Weise einen 100 kOhm Widerstand an. 
Dann sagt mir aber das Gesetz des Ohm, dass über diesen Widerstand bei 
dem Strom schon 2,5 Volt abfallen. Und das ist nur für ein Tj von 25 °C, 
bei 125 °C steigt der Leckstrom auf 500 µA wodurch die Spannung über dem 
Beispielwiderstand auf 50 V ansteigen würde. Das mag für dich Schmarrn 
sein ist aber nun mal die Physik mit der man Leben muss.

Autor: Der Unbekannte #2 (Gast)
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Ja, richtig. Wieso sollte aber jemand einen 29-Ampere-MOSFET im 
TO-220-Gehäuse (Gekühlt? Klärungsbedarf?) zum Schalten einer Last mit 
100kOhm (Laststrom bei 50V: 500µA) hernehmen? Wieso klären wir nicht 
auch noch, wo die Schaltung zum Einsatz kommen soll? Am Ende brauchen 
wir noch einen strahlungsgehärteten MOSFET.

Autor: Michael (Gast)
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Ob die Schaltung, die man sich überlegt hat, sinnvoll ist steht auf 
einem anderen Blatt Papier. Ich hab auch schon Powermosfets verwendet um 
einige Milliamperé zu schalten, einfach aus dem Grund weil ich den 
MOSFET da hatte. Deswegen könnte man schonmal einen PowerMOSFET nehmen. 
However, der Threadersteller hat seine Beobachtung beschrieben und die 
klingt verdammt nach einem Leckstrom-Problem. Dafür braucht man keinen 
Schaltplan.

Autor: Gast (Gast)
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Ich würde tippen, dass sich die Schaltung, die aus Bipolar Transistor 
und MOSFET besteht, irgendwo einpendelt.

Es wäre zwingend notwendig den Schaltplan zu posten, da sonst Hilfe 
sinnlos ist.

Grüße
Gast

Autor: Unbekannter (Gast)
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> Es wäre zwingend notwendig den Schaltplan zu posten,
> da sonst Hilfe sinnlos ist.

In Fällen, in denen man über die Sinnhaftigkeit des Posten eines 
Schlatplans diskutiert, ist eh jede denkbare Hilfe sinnlos...

Autor: Steffen (Gast)
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hallo zusammen,

vielen Dank schon mal für die zahlreichen Antworten. Ich war leider 
nicht in Reichweite eine PCs mit Internetzugang und konnte leider erst 
jetzt antworten.

Als Erleichterung hab ich die Überspannungserkennung, die ich mit meiner 
Schaltung erreichen wollte, dauerhaft aktiviert (das Signal 
Ueberspannungserkennung hochohmig gegen Masse); d.h. der FET U1 soll 
immer sperren. Trotzdem hab ich am Ausgang der Schaltung immer noch ein 
Potential von etwa 3,5V bei 39V Eingangsspannung. R3 ist nur als 
hochohmige Last eingezeichnet.

Kann man diese Ausgangsspannung reduzieren (wenn möglich ohne Relais)?

Gruß
Steffen

Autor: yalu (Gast)
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Die 3,5V am Ausgang entsprechen einem Strom von 3,5µA durch den
Lastwiderstand und ist damit durch den Leckstrom des MOSFETs erklärbar,
wobei 3,5µA nicht einmal viel sind.

Wenn die 3,5V tatsächlich stören (tun sie das wirklich?), gibt es
folgende Möglichkeiten:

- anderen Transistor nehmen, bipolare haben meist geringere Leckströme
- Lastwiderstand kleiner machen
- Lastwiderstand im Auszustand mit einem zweiten MOSFET kurzschließen

Autor: Gast (Gast)
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Ist die Vorspannungserzeugung denn so richtig?

Autor: Michael (Gast)
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Tja, Unbekannter und Gast (Gast) vom 21.12. Ist wohl doch Leckstrom und 
nix eingependeltes. Wenn schon jemand schreibt, dass mit erhöhen des 
Ausgangswiderstandes die Ausgangsspannung steigt riecht das auch ohne 
Schaltplan immer verdammt stark nach Leckstrom. Das mag dem ein und 
anderem noch nie begegnet sein aber das heißt ja nicht, dass es nicht 
vorkommt.

@Steffen

yalu hat es ja schon gesagt. Prüfe mal diese drei Möglichkeiten und wenn 
noch fragen sind, wir laufen nicht weg ;)

@Gast (Gast) vom 28.12.

Welche Vorspannungserzeugung meinst du? Die Eingangsspannung? Was sollte 
daran falsch sein?

Autor: Gast (Gast)
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Ich meine die beiden Widerstände R1 und R2, den Spannungsteiler in der 
.jpg. von Steffen vom 28.12.
Es soll ein selbstsperrender P-Kanal-Typ laut Datasheet sein 
(Symbol-Pfeil falsch herum). Warum gibt ihm Steffen einen Arbeitspunkt 
150K/50K, womit die Gatespannung von Null Volt abweicht.

Autor: Michael (Gast)
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Der FET ist gespiegelt, Source liegt an der Eingangsspannung und Drain 
an der Ausgangsspannung (Das Symbol stimmt schon für einen P-Kanal 
Enhancement-MOSFET). Wird der Bipolare Transitor leitend (ich geh mal 
vom "Idealfall" aus, sprich Uce => 0 V) dann geht die 
Gate-Source-Spannung ebenfalls gegen 0 V (dabei kommt sie aus dem 
Negativen) wodurch der FET dann sperrt.
Was mir mehr sorgen machen würde ist im leitenden Zustand. Annahme: Der 
bipolare Transitor sperrt ideal (Rce => unendlich). Dann liegt am FET 
eine Gate-Source-Spannung von ca. -26 V an bei 39 V Eingangsspannung. 
Das ist aber zuviel, lt. Datenblatt darf die Gate-Source-Spannung nur 
zwischen -20 V und + 20 V liegen. OK, vielleicht ist der Rce ja viel 
kleiner wenn der bipolare Transitor sperrt, sodass lediglich - 20 V 
Gate-Source-Spannung entstehen.

Autor: Wolf (Gast)
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@Michael,
 > Das Symbol stimmt schon...

Laß Dich nicht von Fairchild irre führen, der Pfeil muß nach außen 
zeigen.
Hauptsache, die Body-Diode leitet keinen Kurzschluß.

Autor: Michael (Gast)
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>der Pfeil muß nach außen zeigen.

Das macht er doch kopfkratz

Autor: Wolf (Gast)
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auch kopfkratz..
au Backe, jaaa

Autor: Rainer (Gast)
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Also die Idee mit dem kleineren Lastwiderstand (Danke yalu) war gar 
nicht mal schlecht. Es macht Sinn, dass FETs nicht unendlich gut 
sperren. Allerdings hab ich den Fall in der Realität mal nachgebaut. Bei 
mir tritt das Phenomen auch auf, dass 3,6V hinter dem FET übrigbleiben.
In dem Fall, dass der FET sperrt, hab ich einen Widerstand von 100ohm 
parallel zur hochohmigen Last gelötet. Die Spannung hinter dem FET 
beträgt dann immer noch über 1V.

Der Leckstrom wäre daher im 2-stelligen Milli-Ohm-Bereich. Das wäre ganz 
schön viel für einen Leckstrom

Autor: Michael (Gast)
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Bei Strömen von Ohm zu sprechen ist sehr gewagt, du meinst 
wahrscheinlich Milli-Amperé-Bereich. Wie sich das nun erklärt wäre 
spannend zu erfahren. Vielleicht ist noch ein zu hoher 
Übergangswiderstand drinnen so dass zu den 100 Ohm noch ein paar mehr 
dazu kommen. Hast du vielleicht die Möglichkeit den Strom mal zu messen 
wenn der FET im Sperrbetrieb ist?

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