Hallo, hab mir eine Treiberstufe mit dem HIP4081A zusammengebaut... Ich möchte gern ca 30 bis 40A mit einer Vollbrücke bei 12 Volt treiben... Eigentlich passt alles so weit... jetzt wollte ich mir einen passenden Kühlkörper besorgen... Hab dazu das Spicemodell von IR geladen und erstmal ne Halbbrücke mit angenommenen Motor simuliert... dabei ist mir aufgefallen das die Schaltverluste gar kein wesentlicher Anteil an der Verlustleistung haben. Obwohl ich das immer anders gehört habe... im Grunde ist es gar kein Unterschied ob ich mit 3kHz Schalte oder 20kHz... Simuliert habe ich das ganze wie folgt... gepulste Spannungsquelle mit den Rise und Fallzeiten des HIPs die 10 Ohm Gatewiderstand die ich wirklich verbaut habe und das Modell des Mosfets... Die Simulation hat ergeben, dass nur der Innenwiderstand (18mOhm) für Verluste sorgt. Der gewählte Mosfet hat ja auch eine Risetime von 70ns... nicht wirklich viel und der HIP kann ja auch ordentlich Strom treiben... Meine Frage ist jetzt... ob ich mit der Simulation auf dem Holzweg bin oder ob die durchaus stimmen kann. Dann könnte ich mir auch einen Mosfet mit 4mOhm RDSon besorgen obwohl der die doppelte Rise und Falltime hat... Dann komm ich gerade mal auf 10Watt Verlustleistung (5W pro Fet) bei 20Khz... Danke für die Aufklärung... Grüße Sebastian
die HIP treiber haben nicht ordentlich strom, wie ich mich erinnere, sndern nur ein paas 100mA. Da wird dann nichts sein mit 70ns Schaltzeit. Und 20kH ist nich wirklich der Knaller. Da muss man immer noch rabiat grossse Spulen ankarren. Die angegebene Risetime ist unbedeutend wenn man sie eh nicht erreicht. Wenn man wirklich schnell Schalten will, so muss man mit ganz anderen Treibern kommen. Ganz abgesehen davon dass schnell schalten auch Probleme mit sich bringt.
Du kannst dir ja mit Hilfe der Gate Charge Angabe im Datenblatt und der gewünschten Risetime ganz einfach ausrechnen, wieviel Strom dein Treiber bringen muss!
Noch was: Du kannst davon ausgehen: Umso kleiner dein Rdson und umso größer der Strom, umso größer wird nartürlich auch die benötigte Gateladung sein.
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>Meine Frage ist jetzt... ob ich mit der Simulation auf dem Holzweg bin >oder ob die durchaus stimmen kann. Beides könnte stimmen: Du könntest auf dem Holzweg sein (wegen unzureichender Modellbildung) oder aber die Simulation könnte auch stimmen (wegen recht geringer Frequenzen). Was du auf jeden Fall sehen müsstest ist, dass die Verluste am MOSFET während dem Umschalten relativ hoch gehen wo sie sonst im Keller sind. Beispiel im Anhang.
Also im Datenblatt des Hips steht, dass 2,5A Peak drin sind... Min. 1,7A und die Diagramme zeigen auch nichts anderes... andere Angaben habe ich nicht gefunden, ich bin schon der Meinung das er gut Stromliefern kann... zumal damit geworben wird das er 1Mhz bei 1000pF Load fahren kann. Der Gatewiderstand ergibt mit der maximalen Gateladung (auch schon mit dem großen Treiberstrom enthalten) ein tau von 2us... Aber das ist ja alles mit simuliert... Ich kann ja später mal das Spice file anhängen... Das schnelle schalten stört IMO nicht, da da ganze an ner Autobatterie hängt und auch keine anderen elektronischen Geräte in der Nähe sind mit Drosseln wollte ich nicht arbeiten... Nen Metallgehäuse soll es aber spendiert bekommen und möglichst kurze Motorzuleitung.... Also geh ich recht in der Annahme, dass das schalten bei nur 20kHz für sehr wenig Verlustleistung sorgt?
20kHz sind für so einen motortreiber viel zu viel. irgendwas um 1kHz ist immr noch genug und senkt deine schaltverluste weiter, zumal dann auch weniger störimpulse aus dem motor zur brücke zurückkommen.
> Meine Frage ist jetzt... ob ich mit der Simulation auf dem Holzweg bin > oder ob die durchaus stimmen kann. Ohne dass du Zahlenwerte und den Mosfet-Typ genannt hast: Ich würde über den Daumen gepeilt sagen, dass der Anteil der Schaltverluste an den Gesamtverlusten im einstelligen Prozentbereich liegt, wahrscheinlich sogar im unteren. Es bietet sich also durchaus an, größere Mosfets auszuprobieren, um die Gesamtverluste zu reduzieren. Zur Simulation: Die im Datenplatt angegebene Anstiegszeit von 10ns be- zieht sich auf eine Lastkapazität von 1nF. Bei dir ist einerseits die Lastkapazität deutlich größer¹, was die Anstiegszeit verringert, ande- rerseits hast du einen Gate-Widerstand, der die Anstiegszeit am Ausgang des HIPs wieder erhöht. Ob die 10ns zu hoch oder zu niedrig angesetzt sind, ist schwer abzuschätzen. Du könntest aber den HIP so modellieren, dass du eine Anstiegszeit von nur 3ns (pessimistische Schätzung ohne Last) ansetzt und dafür einen Ausgangswiderstand von 5Ω bis 7Ω (Aus- gangsspannung / max. Ausgangsstrom) zwischen die Spannungsquelle und den Gate- Widerstand schaltest. ¹) schätze ich zumindest mal, bei einem 18mΩ-Mosfet und unter Berück- sichtigung des Miller-Effekts
die miller charge kann dir die unteren mosfets in den leitenden zustand treiben wenn die oberen zu schnell öffnen und das gate der unteren nicht vom treiber auf low-potential gehalten werden kann. die werden dann warm und wenn du pech hast machen sie bei einer autobatterie auch ziemlich schnell den deckel auf um mal richtig durchzulüften. 18mOhm Rds(on) sind übrigens nicht gerade so der bringer. der fallen mir spontan bessere ein wie z.b. der IRF3205 oder IRFP2907.
Ja also die Peaks sind beim ein und Ausschalten zu sehen und gehen bis 440W machen aber wirklich nicht viel aus... Ich werd wahrscheinlich den IRF1404 einsetzen... den gibts beim Reichelt für nen Euro und der hat nur 4mOhm... der hat zwar ne Risetime die doppelt so groß ist, wie beim Simulierten Fet... aber ihr habt ja recht... Spiel ja nicht so die Rolle wenn ich 10 Ohm vor das Gate geschalten habe und die Zeit eh auf maximal 2us gehalten ist... Schönen dank für die Tipps... Ich werd das ganze mal probieren... War nur etwas erwundert, dass es in dem Fall keine Rolle spielt ob ich 3kHz oder 20Khz verwende.... @Ben _ das gequitsche möchte ich mir nicht antun... ;) Grüße Sebastian Achso.... was mir noch einfällt... ich werde für die Brücke keine Extra Freilaufdioden verwenden, da ich ergoogelt habe, dass dies bei neuen Fets nicht mehr nötig ist... Glaub das sollte gehen... aber ich denk mal, dass zeigt dann die Praxis =)
Eine Simulation von Schaltverlusten mit einem Widerstand als Last kann man nicht zur Dimensionierung heranziehen. Selbst wenn man am Motor eine ideale Freilaufdiode annimmt, sind die Verluste um den Faktor 4 höher. Zusätzlich kommen noch Reverse-recovery-Verluste und Verluste durch eventuelle Entstörkondensatoren, die auch in den schaltenden FETs anfallen. Allgemein zu Mosfettreibern: Der Angegebene Spitzenstrom bezieht sich auf den theoretischen fall, dass der Ausgang gegen GND oder VCC kurzgeschlossen ist. Der Schaltvorgang des Mosfets findet aber um die Plateauspannung von Ugs statt (ca 5V bei normalen Fets) -> der Real erreichbare Strom ist deutlich geringer. Für die Simulation ist es besser für den Gatetreiber einen realisischen Innenwiderstand anzunehmen. Beim Hip wären das ~7 Ohm. Hinzu kommt noch die Induktivität des Layouts (einige nH, Sourche-Rückleitung nicht vergessen). U=L*dI/dt Bei Schaltzeiten im ns-Bereich, Strömen im Ampere-Bereich kommt man schnell auf ganze Volt's mit der sich das Layout Stromänderungen entgegenstemmt. PS: und ja, bei Niedervoltmosfets sind die Schaltverluste der Dioden niedrig genug. Druchlassverluste: naja, besser durch aktiven Freilauf verringern.
Wo wird gerade dabei sind, frag ich einfach mal hier: wie berechne ich eigentlich die schaltverluste im MOSFET? Und welche welche Ton und Toff zeiten nehme ich? Sind dass die Zeiten, die man braucht um den Transistor leitent bzw. nicht leitent zu schalten? Diese entsprechen dann den Rise/Fall zeiten, die im Datenblatt des Transistors angegeben sind? Oder liege ich falsch und man verwendet die Rise/Fall- Time des MOSFET Treibers? Danke!
Die Rise/Fall Zeiten sind diejenigen, welche der MOSFET bei optimaler Ansteuerung zu bieten hat. Im Endeffekt ist aber dein Treiber ausschlaggebend, da dieser den MOSFET treiben muss. Die exakten Verluste zu berechnen ist sehr sehr schwierig. Am besten man macht einen Versuchsaufbau und nimmt Messungen vor.
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Ich kann ja auch mal meinen Schaltplan und mein Board zeigen ist ja kein Geheimniss... ich geb dann Bescheid wenn es läuft... habs bis jetzt bloß auf Lochraster mal getestet da lief es... hatte aber noch nicht unter realen Bedingungen probiert... Die meisten Bautteilbezeichnungen sind Unsinn...erstmal nicht beachten... die genauen Typen stehen noch nicht fest... es ging mehr um die Bauform... Hab jetzt unter jeden Gatewiderstand noch nen SMD Pad für ne schnelle Diode gezaubert, falls ich Probleme durch den Miller Effekt bekomme... so bekomm ich die Ladung offentlich schneller weg! Wie man sieht werd ich die 4 Mosfets direkt auf den Kühlkörper schrauben und mit 2,5er Draht verbinden... hab mir vorgestellt das die Gates mit einem kurzen Stück Netzwerkkabel angelöten werden... daher der Schirmpin... Die Schraubterminals werd ich natürlich bei der Gateseite nicht einbauen, sondern das Kabel direkt auflöten... naja mal schauen ob es funzt. Aber 20kHz is ja noch zu händeln... ich werd dann mal das Oszi dran hängen... ich glaub es bringt wenig jetzt noch viel hin und her zu simulieren... Grüße Basti
Hab ja versprochen nocheinmal Rückmeldung zu geben... Also funktioniert wunderbar... Der Motor lief jetzt eine halbe Stunde bei 97% also Schaltverluste und Dauerbetrieb zusammen. Strom ca. 20-25A (durchschnitt) Kühlkörper für die Vollbrücke aus der Bastellkiste: 15*7cm mit 4cm langen Rippen (6 Stück) Temperatur steigt um die 10-15 Grad gegenüber der Umgebungstemperatur... Könnte man also eventuell noch kleiner bauen. Ich hätte nochmal ne Frage zu den Glimmerplättchen... Macht man hier Leitpaste auf beide Seiten?
> Ich hätte nochmal ne Frage zu den Glimmerplättchen... Macht man hier > Leitpaste auf beide Seiten? Ja, das macht man.
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