Hallo, also ich muss nochmal Nachfragen... ich hab jetzt schon einiges an Zeit investiert um herrauszufinden wie man einen High Side Fet mit N Channel ordentlich Zünden kann. Dabei bin ich aber noch nicht wirklich Erfolgreich gewesen. Also erstmal zum Setup. Ich hab eine Eingangsspannung von 250 Volt (damit fällt ja ein PMOS Fet schon fast raus) und einen Maximalstrom von 5A... ich brauch das ganze unbedingt als High Side... Hab jetzt schon verschiedene Treiber gefunden die N Mosfets in der Spannung treiben mit Bootstrapping... Jetzt hab ich gelesen, dass man fürs Bootstrapping nen Low Side Fet braucht der auch ab und zu mal auf Masse schaltet oder auch eine Ladungspumpe mit dem Cmostimer 7444 (oder so). Dann hab ich wiederrum gelesen, erst wenn die Last mehr als 500 Ohm hat??? Jetzt hab ich hier im Forum ne Schaltung mit nem Optokoppler gefunden, die ich nicht wirklich versteh... hmm und das ganze Infomaterial das ich bis jetzt bei google gefunden habe verwirrt mich zur Zeit nur mehr, als es Klarheit schafft... Ich hätte jetzt am lieben ein fertigen IC der mir einen N Channal HighSideMosfet treibt (beliebe Zeit an und Pulsen), ohne das ich mir noch Ladungspumpen usw bauen muss. Gibts denn so etwas nicht? Achso, letztendlich würde ich dann gern einen Mosfet oder IGBT (hab ich da liegen) mit 5-15kHz treiben... thx schonmal Basti
Bootstrap funktioniert nur bei Ansteuerung mit einer Impulsfolge b(zB. PWM), statisch funktioniert das nicht da der Kondensator der die Gatespannung bereitstellt immer wieder nachgeladen werden muss. Am einfachsten bei ststischer Ansteuerung ist ein Photovoltaik-Optokoppler zb APV1121 (den gibt es auch beim grossen C). Bis zu welcher Frequenz damit Pulsansteuerung geht habe ich nicht getestet da ich die nur statisch einsetze. Ansomsten funktionieren die gängigen Teile IR21xx etc. recht gut, sofern eine Speisespannung von 10-15 V zur Verfügung steht. In den Datenblättern sind anhand der Schaltshemen recht gut das Funktionsprinzip zu erkennen. Hat man nur 5V braucht es einen der eine interne Ladungspumpe hat, weis jetzt dazu aber keine Typenbezeichnung (war hlaube ich etwas wie HIPxxx)
Also mit einer normalen Bootstrap-Schaltung kannst du den Highside-FET nicht beliebig lange einschalten. Durch Leckströme des Bootstrap-Kondensators sowie den Stromverbrauch des Gatetreibers wird der Kondensator entladen und die Spannung unterschreitet irgendwann den Sollwert für die Gateansteuerung, sodass dein Transistor in den linearen Bereich gerät, oder aber die Undervoltage Lockout Funktion des Gatetreibers aktiv wird und den Transistor ausschaltet. Bootstrap und beliebige Einschaltzeit funktioniert also nicht. Dass man einen passenden Lowside FET braucht, der ab und zu durchschaltet, ist richtig. Irgendwie muss ja der Bootstrap Kondensator geladen werden. Wenn die Last allerdings niederohmig genug ist, kann man sich den Lowside FET auch sparen, der Ladestrom des Bootstrap-Kondensators fliesst dann durch die Last. Am einfachsten wäre es, du nimmst für die Highside-Ansteuerung einen kleinen DC-Wandler mit 15 Volt Ausgangsspannung? 1 Watt reicht locker. Wenn du einen guten Gatetreiber hast, kannst du das Gate sogar mit +/- 15 Volt ansteuern, was gewisse Vorteile bringt.
Fralla, ich habe ein Buch über solche Dinge hier. Bei Interesse kann ich heute Abend den entsprechenden Abschnitt einscannen, momentan bin ich unterwegs. Gruss
Hab gehört wenn ich den IGBT mit Minus 15 Volt ausschalte vermeid ich den Miller effekt? (das er noch etwas durchsteuert??) oder so... hab ich auch irgendwo am Wochenende in irgendwelchen Schriften rausgelesen... kA, hoffe das stimmt... Erstmal danke für die ausführlichen Erklärungen! Also 15 Volt Versorgungsspannung sind nicht das Problem! Wie funktioniert das mit dem Photovoltaik-Optokoppler? Ich brauch doch eine 15 Volt höhere Spannung am Gate als am Source, wenn ich das richtig sehe... Der Photovoltaik Optokoppler schafft das wohl? Wenn ich den Bootstrap auch wieder durch die Last laden kann... dann muss ich ja auch nicht Dauerhaft ein steuern... könnte ja das Duty Cycle aus sehr hoch stellen... hm, vielleicht sollte ich das mal mit Spice Simulieren... Hat jemand ne schöne Seite, vielleicht auf Deutsch, wo ich Infos und nen paar Beispielschaltungen sehen kann? mfg basti
Wie gesagt, mit Bootstrap geht der Duty nicht bis auf 100 Prozent hoch. Du musst immer zwischendurch ausschalten, um den Kondensator nachladen zu können! Ein geeigneter Optokoppler wäre z.B. der ACPL-331J von Avago, oder der 316J. DC/DC Wandler fällt flach? Das würde einiges vereinfachen.
@Fralla ich habe das entsprechende Kapitel in dem erwähnten Buch nachgelesen. Anscheinend braucht man die negative Gatespannung doch nur, wenn man eine Halbbrücke aufbaut, also mit High- und Lowside Transistoren. Im Buch heisst es: "Die Bootstrap-Stromversorgung ist nicht für alle Fälle geeignet. Zu beachten ist bei der Ansteuerschaltung die Kommutierung des Stromes der unteren Diode auf den Highside-Transistor. Der Potentialsprung am Kollektor verursacht über die Kollektor-Gate-Kapazität einen Verschiebungsstrom, der die Gatekapazität auflädt. Zur Verneidung von Fehlfunktionen mus deshalb das Gate niederohmig angesteuert werden und im ausgeschalteten Zustand eine negative Vorspannung aufweisen (uGE -8..-15 V)." (Aus: "Grundkurs Leistungselektronik" von Joachim Specovius; S. 70). Konkret heisst das also: schaltet der Highside-Transistor ein, dann ergibt das diesen Potentialsprung am Kollektor des Lowside-Transistors. Über dessen Kollektor-Gate-Kapazität kann dann der Verschiebungsstrom fliessen und so den Lowisde-Transistor ungewollt einschalten. Es hat also, wie Counterfeiter bereits geahnt hat, schon irgendwie mit dem Miller zu tun. Ausserdem könnte ich mir noch gut vorstellen, dass ein IGBT oder MOSFET schneller ausschaltet, wenn man eine negative Gatespannung anlegt, anstatt 0 V. Das müsste man aber im Einzelfall mal nachmessen. Abhilfe schafft, wie gesagt, entweder die negative Gatespannung, oder Gatetreiber mit einer sogenannten "Miller Clamp"; der ACPL-331 hat sowas integriert. Diese Miller-Clamp hält das Gate jeweils fest auf dem gewünschten Pegel, der Verschiebungsstrom kann dann durch die Miller-Clamp abfliessen und stört nicht das Gate. Klar soweit? ;-)
Hm, son Buch hätt ich auch gern... vielleicht könnteste ja bei Gelegenheit 1-2 Seiten rauskopieren... Also ich hab mal nach diesem IGBT Treiber geschaut den ihr mir genannt habt-> ACPL-331J-000E Wenn ich das richtig verstehe ist das auch Boot Strap Technologie bloß nen anderer Name dafür -> "The DESAT fault detection circuitry must remain disabled for a short time period following the turn-on of the IGBT to allow the collector voltage to fall below the DESAT threshold. This time period, called the DESAT blanking time is controlled by the internal DESAT charge current, the DESAT voltage threshold, and the external DESAT capacitor." Ich hoffe ich hab das jetzt richtig verstanden... @Tobias Plüss Also das mit dem Netzteil ist gar kein Problem... ich werde (hab ich auch schon getestet) ein 15 Volt Schaltnetzteil nehmen... das Regelt mir meine 200-250 Volt Gleichspannung runter. Wollte damit beide Gatetreiber versorgen (High Side und Low Side)... nur bin ich mir, wie gesagt, noch nicht Schlüssig wie. Also wenn ich meine PWM nicht voll ausfahre, meinetwegen nur 98%, dann soll mir das auch genug sein. Wichtig ist nur, dass ich auch durch die Last (90 Ohm + Induktivitäten) mein BootStrap schnell genug wieder läd! Bei mir wird es zwar einen Low Side MOSFET bzw IGBT geben, aber das macht keinen Sinn den anzusteuern, weil ja dann über meinen Reihenschlussmotor die Wicklungen über Masse kurzschließe und der Motor mit bremsen anfängt. MFG Basti
Hallo Sebastian, also mit dem DESAT und dem Bootstrap bringst du jetzt was durcheinander. Desaturation detection ist noch was anderes. Der Trick dabei ist, dass die Spannung über de Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors gemessen wird. Diese Spannung ist Abhängig vom Strom, der durch den Transistor fliesst. Wenn jetzt zu viel Strom fliesst, der Transistor also überlastet ist, dann gerät er aus der Sättigung, d.h. der Spannungsabfall und damit die Verlustleistung wird sehr gross. Der ACPL-331 bemerkt dies, und schaltet den IGBT als Schutzmassnahme aus, sodass kein Strom mehr fliesst. Das mit dem 15 V Schaltnetzteil ist i.O. so. Ich dachte, du hättest keinen Lowside-Transistor, deshalb sagte ich, dass es besse wäre, den Highside mit einem DC-Wandler zu versorgen. Aber da du einen Lowside-Transistor hast, der ja auch gelegentlich einschaltet, ist das kein Problem. Achte einfach darauf, dass die Bootstrap-Diode eine Schnelle Diode ist, und dass sie eine ausreichende Sperrspannung hat (das ist klar). Dabei musst du vielleicht eventuelle induktive Spannungsspitzen berücksichtigen. Eine normale 1N4007-Diode oder sowas geht NICHT, wie ich aus eigener Erfahrung berichten kann. Die sind mir abgeraucht.... Suche nach Fast Recovery, Ultra- oder Hyperfast-Dioden, sowas sollte für diesen Zweck geeignet sein. Was nimmst du als Bootstrap-Kondensator?
Ja genau aus dem Grund hab ich auch noch nichts vom Low Side Fet erzählt... weil es da schnell zur verwechslung mit einer halben H Brücke kommt... Also es ist ja so, das ich den Motor Treiben will, dass kann bzw ne halbe Stunde sein... (High Side Fet Pulst, Low is komplett aus)... dann möcht ihn in Bremsen... (Low Side Fet pulst, High is komplett aus)... Also die sollen völlig unabhängig schalten! Jetzt könnte ich natürlich auch den Low Side Fet immer ein wenig durchschalten, vielleicht 1-2% der Zeit des High Side Fets... aber ich denk das wäre ziemlich unwirtschaftlich und unschön... würde ich ja immer ein wenig den Motor bremsen nur um den Boot Strap zu laden... ich glaub das ist keine schöne Lösung! Achso, ja gut, jetzt versteh ich das mit dem DESAT... aber der ACPL-331J unterstützt doch das Bootstrapping tortzdem, oder? Außerdem brauch er ja noch ne Ladungspumpe um nochmal die 15 Volt auf die Spannung drauf zu schlagen... hm, ich glaub ich muss erstmal ins Bett und überleg morgen nochmal nen bisschen... mir brummt schon der Schädel... danke für deine Geduld =) mfg basti
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Hallo, also, damit da keine Verwirrung aufkommt, im Anhang mal ein Ausschnitt aus einem Schema. Ich darf leider nicht das komplette Schema posten, aber der Ausschnitt hier sollte genügen denke ich. Es ist eine Halbbrücke mit IGBTs sowie mit den bereits erwähnten Gatetreiber-Optokopplern; hier wurde eine Bootstrap-Schaltung realisiert. Die Diode im Bild ist allerdings falsch beschriftet; ich hatte keine 1N4007, sondern eine MUR8100 eingesetzt (die ist allerdings der Overkill, da für 1000 Volt und 8 A ausgelegt, ich würde lieber einen schwächeren Typ einsetzen für weniger grosse Ströme). Als Bootstrap-Kondensator dient C7, die Bootstrap-Diode ist V7. Wenn der Lowside-Transistor V15 einschaltet, wird C7 über V7 geladen; somit kann dann der Highside Transistor V6 eingeschaltet werden. Diese Schaltung ist geprüft und funktioniert, ich hatte sie an einem mit + 700 V DC betriebenen Gerät eingesetzt. Gruss Tobias
Danke für den Schaltplan... ich würde das ganz gern mal simulieren ob der C7 es auch wirklich schafft sich über die Last (Motor) aufzufrischen bzw ab welchem Duty Cycle es kritsch wird. Wenn der Motor steht ist es ja kein Problem, den Low Side vorher kurz ein zu schalten um die "Vorladung" zu bekommen. Hab jetzt mal nach einem Spice Model gegoogelt -> ACPL-331J werd leider nicht fündig, hast du so etwas zufällig? grüße Basti
Tag Basti, also ich muss dich da enttäuschen, zum 331 oder einem ähnlichen Teil wirst du sicher kein SPICE-Model finden :-( a^ber das ist ja auch gar nicht nötig, du kannst ja überschlagsmässig ausrechnen, wie lange es dauert den Kondensator zu laden. Du kennst den Widerstand der Last und die Kapazität, das ergibt dann ungefähr dein Tau. Wobei ich mir aber auch nicht 100%ig sicher bin, ob man das so rechnen kann; ich schaue heute Abend nochmals in meinem Buch nach. Gruss Tobias
Also hab das ganze mal mit nem anderen Treiber IC (den ich nicht verwenden werde) grob nachsimuliert... da kann ich das Duty Cycle auch ohne Probleme auf 98% hochfahren und der Bootstrap läd sich noch... ich werd mal ne Liste zusammenstellen und die Bauteile beim Conrad bestellen um das ganze Live zu probieren ;) grüße Basti
na ich werd nächste Woche bestellen... ich werd das mal so aufbauen wie in deinem Schaltplan... denke mal das sollte klappen wenn ich dem bootstrap genug Zeit lasse sich zu laden...
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