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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Gate eines MOSFETS negativ geladen?


Autor: Stiefel (Gast)
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Hallo!

Was passiert wenn wenn treiberschaltung versucht, das Gete eines MOSFETS 
negativ zu laden. Ich möchte mit einer negativen Spannung entladen, 
damit mehr Strom -> schneller. Was passiert wenn das Gate dann negativ 
wird? Dann dauert das aufladen ja länger oder?

MFG

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

Geht. Machen wir auch so (-5V)

MfG Spess

Autor: Alexander Liebhold (lippi2000)
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Kommt drauf an. Stell dir einfach die Gatekapazität (findest du im 
datenblatt) vor, die du mit einem konstanten Strom lädst. Dieser kommt 
ja von deiner Treiberschaltung OPV, Transistor oder irgendwas.

Dann hast du doch ne Lade und Entladekurve!?

Wenn dein Spannungsendwert der Lade und Entladekurve nahe der 
Thresholdspannung liegt, musst du erst in den nichtlinearen Bereich der 
Kurve bevor der FET schaltet. Ist natürlich extrem langsam.

Jetzt kannst du mit den Spannungsbereichen rumspielen. Möglichst 
solltest du immer auf dem linearen Bereich liegen, dann bist du schnell. 
Aber auch dieser hat einen endlichen Anstieg. Wird deine 
Spannungsdiffernez zur Thresholdspannung immer höher, muss auch immer 
mehr die Gatekapazität umgeladen werden und dauert daher länger. Wir 
reden aber hier in Größenordnungen von Nanosekunden.

Also es macht wahrscheinlich sinn zwischen +5V und -5V umzuladen, aber 
nicht mehr zwischen +40 und -40V. Einfach die Kurven zeichnen.

Autor: Stiefel (Gast)
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Das versteh ich nicht ganz...
Wenn ich das Gate mit Konstantstrom lade, dann wird irgendwann die 
Threshold Spannung erreicht. Dann durchlauft der MOSFET den linearen 
bereich, dh. die DS-Spannung sinkt.

>Jetzt kannst du mit den Spannungsbereichen rumspielen. Möglichst
>solltest du immer auf dem linearen Bereich liegen, dann bist du schnell.
Wie ist das gemeint?

Wenn ich mir das Gate als C vorstelle, dann bewirkt eine hoher 
konstanter Strom eine schnelle Spannungsänderung.

Konkret geht es darum:
Ich baue einen Synchrongleichrichter für einen Flußwandler bei dem nur 
eine Diode (die im Flußzweig) durch einen MOSFET ersetzt wird.
Die Gatespannung wird durch eine Hilfswicklung erzeugt und liefert 
+14V/-14V.

Zuerst hatte ich das Gate über diese Wickulung über ein R geladen, und 
mittels PNP auf Masse gezogen, also entladen. Das abschalten geschieht 
zu langsam, die Folge ist (meine Vermutung) dass der FET noch leitet 
wenn die Spannung an der sekundärseite neagtiv wird -> Kurschluss über 
FET + Freilaufdiode. Die Folge ist dass der Trafo nicht entmagnetiseiren 
kann und sättigt, was zur Zerstörung der Transistoren und Dioden auf der 
Primärseite führt.
Daher muss das Gate schneller abschalten?
Aber wie?
Ich dachte daran eine negative Hilfspannung zu erzeugen (wäre einfach) 
und beim Abschalten auf diese zu ziehen, das Gete würde dann auf ~13V 
geladen werden.
Ich dachte mir, dann muss ja das Laden länger dauern, oder?
Ein Treiber kommt aus kostengründen nicht in Frage.

was schlagt ihr vor?

MFG

Autor: Alexander Liebhold (lippi2000)
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>Wenn ich das Gate mit Konstantstrom lade, dann wird irgendwann die
>Threshold Spannung erreicht. Dann durchlauft der MOSFET den linearen
>bereich, dh. die DS-Spannung sinkt.

Genau, du lädst eine Kapazität mit einem Konstantstrom und wie sieht 
dann die Gatespannung zeitlich aus? Muss doch ne e-Funktion sein. Mal 
angenommen deine Thresholdspannung ist 3V und deine Steuerspannung 4V, 
dann geht er erst mal voll auf. Was passiert aber am Gate? Nun dein 
Treiber sieht nichts anderes als einen Kondensator, den er mit einem 
Konstantstrom lädt. Also ne Ladekurve. Wenn diese e-Funktion gegen 4V 
läuft, dann ist bei 3V (auf die muss die Kapazität geladen werden, damit 
das Feld groß genug und sich ein kanal bildet) die e-Funktion nicht mehr 
steil. Daher wird die Verzögerungszeit bis zum Schalten ziemlich hoch 
sein.

Ich muss also meine Gatekapazität schneller laden damit die Verzögerung 
möglichst klein wird. Sprich in den steilen Bereich der Ladefunktio 
verschieben. Wie geht das? Nun die Steuerspannung erhöhen. Der lineare 
Bereich der Ladekennlinie ist aber nicht unendlich steil, daher haben 
unterschiedlich starke Spannungssprünge auf der Kennlinie auch 
unterschiedliche Zeiten.

Hab da mal ne Simulation gestartet. Gate wird mit +-10V, +-20V und +-30V 
angesteuert. Widerstand begrenzt den Strom und Messpunkt ist die 
Gatespannung. Die blaue Linie ist die Thresholdspannung, bei der der FET 
schaltet. Hier sind wunderbar die Verzögerungszeiten zu sehen.

Autor: Alexander Liebhold (lippi2000)
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Stell mal ne Schaltung ein, ich glaub mit deiner Gatespannung in Bezug 
auf Sourcepotential stimmt was nicht.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Alexander Liebhold wrote:

> Genau, du lädst eine Kapazität mit einem Konstantstrom und wie sieht
> dann die Gatespannung zeitlich aus? Muss doch ne e-Funktion sein.

Nein. Bei einem konstanten Strom ist es eine Gerade. Die e-Funktion 
entsteht bei konstanter Spannung + R. Dadurch dass mit zunehmender 
Spannung die Differenz am R immer kleiner wird, wird auch der Strom 
kleiner, daher flacht die Kurve ab.

> Hab da mal ne Simulation gestartet. Gate wird mit +-10V, +-20V und +-30V
> angesteuert. Widerstand begrenzt den Strom und Messpunkt ist die
> Gatespannung. Die blaue Linie ist die Thresholdspannung, bei der der FET
> schaltet. Hier sind wunderbar die Verzögerungszeiten zu sehen.

Anstelle die Spannung hochzudrehen kann man auch den Vorwiderstand 
kleiner machen, was ebenfalls den Strom erhöht. Das Ergebnis ist das 
gleiche.

PS: Fehlt da nicht der Knick durch die Millerkapazität beim Abschalten?

Autor: Nick (Gast)
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Alexander Liebhold schrieb:
> Genau, du lädst eine Kapazität mit einem Konstantstrom und wie sieht
> dann die Gatespannung zeitlich aus?

natürlich NICHT.

lädt man mit konstantstrom, ist die ladekurve eine GERADE.

eine epotenzfunktion erhält man bei konstantspannungsladen über 
vorwiderstände, wo der ladestrom infinitiv gegen null sinkt und so 
weiter...

Autor: Marcel H. (mediv)
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Hallo, ich benutze das Topic mal kurz für eine Frage, anstatt ein neues 
aufzumachen, also bitte nicht hauen.

Muss damit ein selbstsperrender n-Kanal MOSFET leitfähig wird, die 
Gatespannung absolut gesehen positiv sein (also größer 0V) oder nur 
relativ gegenüber dem Source-Potential?
Also sagen wir mal, wenn an Source -20V anliegen und die 
Gate-Source-Spannung -5V beträgt, leitet der MOSFET dann?

: Bearbeitet durch User
Autor: Simpel (Gast)
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@Marcel

Es gibt keine "absolute" Spannung. Eine Spannung ist immer relativ zu 
irgendeinem Bezugspunkt. Und bei einem Fet ist der Bezugspunkt das 
Source-Potential.

Autor: Harald Wilhelms (wilhelms)
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Stiefel schrieb:

> Was passiert wenn wenn treiberschaltung versucht, das Gete eines MOSFETS
> negativ zu laden.

Das ist dem Gate egal. Wichtig ist nur, das die höchstzulässige
Spannung von typisch 20V nicht überschritten wird.

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