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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik PWM Ensstufe mit 200Khz


Autor: Sebastian__ (Gast)
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Hallo,
ich muss mir jetzt Controllerbedingt eine Pwm Endstufe mit für eine
Last mit einen N Kanal Fet aufbauen, an sich kein Problem, aber der
Controller gibt das PWM Signal mit 187Khz an 3.3V aus. Ich muss aber
eine Last von 0.8A mit diesem Signal Schalten.
Wie muss so eine PWM Enstufe aussehen damit man diese Daten erreicht.
Als Fet habe ich einen IRL2905 da.

In diesem Thread wurde ja schon mal solche sachen durchgesprochen, aber
da hat mich irgendwie nicht so richtig weiergebracht.
http://www.mikrocontroller.net/forum/read-4-31612.html


MfG
Sebastian

Autor: Stefan Helmert (Gast)
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Hallo,

du willst also mit dem Ausgang des Controllers den IRL2905 ansteuern,
ist das richtig?
Du kannst zur Pegelanpassung einen 4010 (noninvers) oder 4009 (invers)
nehmen. An Pin 16 oder Pin 1 kommen die positiven
Versorgungsspannungen, einmal 3,3V (wie das Ausgangssignal deines µC)
und an den anderen die 9V (?), mit denen du die FET-Gate ansteuern
willst. Wie rum die Spannungen angeschlossen werden müssen, musst du
selbst herausfinden. (steht nicht in meiner Halbleiteranschlusstabelle)

Autor: harry (Gast)
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hi,

ich denke, bei 0,8A last kannste den fet auch direkt (über
vorwiderstand 1k) mit dem controller anfahren. der fet schaltet ja
schon unter 1v gate-spannung durch, die 0,8A macht der sicherlich (beim
irlz34n geht's locker, 3v auf gate, 4A last kein thema).
und die 200 khz sind ja noch richtig nf, das macht wohl jeder
transistor. es ginge auch mit 'nem normalen transistor, z.b.
darlington-typen, haben 'ne satte stromverstärkung und brauchen ca.
1,2v auf die basis, schon schalten 'se munter.

gruss, harry

Autor: Matthias (Gast)
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Hi

@harry
Hast du mal nachgerechnet was du hier reinschreibst? Ich werds jetzt
mal für dich nachholen:

Du schließt also den FET über 1k an den AVR an. D.h. der Ladestrom für
das Gate wird auf max. 5mA (5V/1kOhm) begrenzt. Gehen wir jetzt zu
deinen Gunsten mal davon aus das diese 5mA wärend der ganzen Ladezeit
für das Gate fließen (Was sie nicht tun werden sondern nur im ersten
Moment)

Der Strom ist definiert als Ladung/Zeit also:

I=Q/t -> t=Q/I

Weiterhin gehen wir davon aus das ein IRLR2905 etwa 30nC Gateladung
(Datenblatt Seite 4 Fig. 6) bei 5V Ugs hat. Diese 30nC müssen also aufs
Gate kommen. Dazu steht uns ein Strom von max. 5mA zur Verfügung:

30nC/5mA=6µs

Die Periodendauer von einer Frequenz von 200kHz beträgt aber nur 5µs.
Die Pulszeit bei 50% PWM 2,5µs. Der AVR wird mit 1k-Vorwiderstand das
Gate also niemalsnicht auf 5V aufladen können.

200kHz sind in der Leistungselektronik keineswegs "fast noch NF". Die
unerwünschten Kapazitäten machen einem da schon richtig das Leben
schwer.

Sebastian wird also um ein klein wenig rechnen (und evtl. eine
Simulation) nicht herumkommen. Auf jeden Fall reicht der AVR als
Treiber alleine nicht um die Endstufe ohne große Verluste im Transistor
zu betreiben.

Matthias

Autor: crazy horse (Gast)
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Hast ja sowas von recht.
kenne jetzt die Gate-Kapazität des FET nicht, aber mit 1k wird das mit
Sicherheit nichts, da brauche ich gar nicht nachschauen. Selbst mit
niederohmiger Ankopplung direkt an den AVR wird das nichts, auch die
o.g 4009/4010 sind bei 200kHz völlig als Mosfet-Treiber unbrauchbar.
Es dürfte kein Weg an einem speziellen Mosfet-Treiber vorbeigehen, am
einfachsten  als fertiges IC, kann man aber auch diskret aufbauen. Es
werden erhebliche Ströme benötigt, um das Gate mit dieser
Geschwindigkeit umzuladen.

Autor: Sebastian__ (Gast)
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ich habe als Controller keinen AVR sonderen einen Motorola mit 3.3V. und
3.3V und 5 ist noch mal ein gewaltiger unterschied. Ich werde mal die
Variante mit den 4009 duchrechnen und dann testen. Das Problem ist nur
das ich extrem wenig platz auf dem PCB habe, ideal wäre eine lösung mit
3-4 Bauteilen im 0603 SMD Format. Ich bin da nicht ganz so flexibel, ich
habe mir auch schon diverse Fet treiberbausteine angeschaut, aber die
sind mit SO8 pro Fet viel zu groß. Wenn ich am Gate ein Tastverhältniss
von 10-90% bekomme ist das für die anwendung schon völlig ausreichend.

Sebastian

Autor: Mattias (Gast)
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Hallo Sebastian,
warum willst Du unbedingt mit 200 kHz takten ???
Das ist für ein PWM Signal eigentlich schon eine Ausnahme. Das wirst Du
auch mit einem guten Treiber nur schwer hinbekommen. Ausserdem
verbrauchst Du durch das schnelle Schalten schon viel mehr Strom als
Deine 0,8 A Nutzstrom. Ich würde in jedem Fall versuchen die Frequenz
runter zu bekommen.
Wenn Du zB. auf 20 kHz gehst, dann könntest Du den FET mit 50 Ohm
direkt an den Ausgang hängen. Besser ist natürlich, noch weiter runter
zu gehen.

Gruss Mattias

Autor: Fritz Ganter (Gast)
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Ein netter Mensch hat mal einen einfachen aber guten Treiber gepostet,
ich hab ihn hier verbaut (T1 und T3 treiben T2).

http://www.ganter.at/elektronik/mikrocontroller/la...

Ich hab allerdings die 100 Ohm am Gate durch 20 Ohm ersetzt, und hab
dann 100ns statt 200ns Schaltzeit bekommen (bei 7-8V am Eingang waren
es  sogar 300ns).

Die Schaltung ist zwar mit P-Kanal, sollte aber für N-Kanal (S and GND)
genauso funktionieren.

Autor: tobias hofer (Gast)
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meiner meinung nach würde die schaltung mit einem n kanal nicht
funktionieren.
bei einem n-kanal mos-fet brauchst du am gate gegenüber dem source eine
positive spannung! und das würde man in dieser schaltung so nicht
hinbekommen.

es wäre mal interressant zu wissen was du machen willst. einen buck
converter oder motorendstufe oder...

tobias hofer

Autor: Fritz Ganter (Gast)
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@Tobias:

Ich meinte natürlich bei N-Kanal mit Source an GND, Drain an die Laste
gegen Plus.
Der Nachteil ist aber, dass ohne Signal am Eingang der FET
durchgeschaltet ist.
Bei P-Kanal wie ich es in der Schaltung hab funktioniert es richtig
herum.

Autor: Sebastian__ (Gast)
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der controller kann nur PWM mit 187Khz. Also bin ich gezwungen diese
Frequenz zu benutzen, SW PWM geht nicht da der Controller mit anderen
dingen schon voll ausgelastet wird.

Sebastian

Autor: Sebastian__ (Gast)
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also wenn ich könnte würde ich ja 40Khz nehmen, da hört man die keine
PWM frequenz mehr und ist auch sicher das wenig auf NF systeme streut.
.. aber wie gesagt, das geht nicht ..ich habe nur 187Khz PWM.

Sebastian

Autor: Stefan Helmert (Gast)
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Es gibt auch FETs mit Eingangstufe. Ich glaube der VIPER 100 oder VIPER
50 ist so einer.

Autor: harry (Gast)
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hi nochmal,

@matthias
so rein rechnerisch bin ich die sache noch nie angegangen. oft geht mal
'n bischen probieren zackiger als rechnen, ausserdem driften graue
theorie und das richtige leben im regelfall richtig weit auseinander.
stellt sich die frage: muss das gate denn wirklich auf 5v aufgeladen
werden, damit 0,8 amps geschaltet werden können? ist die angabe
gateladung als max.wert bei nennlast (volle spannung, max. strom) zu
betrachten?
gruss, harry

p.s. dennoch dank für hinweise, noch bin ich aufnahmefähig :-)

Autor: Fritz Ganter (Gast)
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Kommt auf den FET drauf an, bei dem Strom brauchst ihn nicht voll
aufmachen, hab einen FD6672 auch mit 5V am Gate betrieben und bei 2A
noch keine Erwärmung festgestellt.

Autor: Mike (Gast)
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wenn ich das so lese, dann würde ich doch auf einen einfachen Darligton
Transistor ausweichen. 0,8A CE ist doch kein Strom.

Mike

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