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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Schneller Treiber (Mosfet)


Autor: KGB (Gast)
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Hi all,

Kennt jemand einen Mosfet Treiber (Low und High side), welcher sehr 
schnell schaltet. Der Ausgangsstrom ist zwar auch wichtig jedoch 
überwiegt für meine Anwendung (geringe Gate Kap.) die Geschwindigkeit 
des Treibers selbst.
Ich habe mich mal bei IR, TI und Intersil rumgeschaut, alle über 20ns... 
Kennt jemand nen schnelleren?

: Verschoben durch Admin
Autor: BMK (Gast)
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Evtl. mal den TPS28225 / TPS28226 betrachten
http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tps28225.pdf

Kann allerdings nicht 100% HighSide on, da der
Bootstrap C nachgeladen werden muss.

Autor: KGB (Gast)
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Hmm sehr interessant, schneller als alle mir bekannten Modelle -Danke 
erstmal

Zu meiner Verwendung: Ich möchte einen Bestehenden 10Hz-250kHZ 
Verstärker auf Class B basis durch einen Class D Verstärker ersetzen. Um 
250kHz(!) Class D zu verstärken benötige ich eine relativ hohe 
Schaltfrequenz und eine geringe Deadtime. Es währe sicherlich möglich 
mit "nur" 2 MHz Schaltfreq. etwas brauchbares hinzubekommen, jedoch 
bedarf dies einer aufwändigen Filterung...

Meines Wissens wird besonders im PC bei der CPU und GPU mit die Speisung 
mit Schaltfrequenzen um die 10MHz (DT 404 denke mal 3-5ns) betrieben. 
(Hab ich mal irgendwo gelesen - 404 ob korrekt), leider sind bei meinem 
PC die Treiber unter dem Kühlblech. Weiss jemand welche Treiber in 
diesem Bereich eingesetzt werden?

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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die cpu-spannungswandler auf dem mainboard arbeiten selten mit mehr als 
1MHz. oft sogar nur 250-500kHz.

geh mit der schaltfrequenz auch nicht zu weit nach oben. ansonsten 
bekommst du bei den spannungen die in einem class-D verstärker anliegen 
schnell probleme mit der miller-charge, die dir die unteren mosfets der 
halbbrücke aufsteuern kann wenn der obere mosfet zu schnell öffnet. 
genau wie wenn die dead time zu eng gewählt wird resultiert das in 
höherem shoot-through current. vom anstieg der schaltverluste und 
gate-drive-verluste mal abgesehen.

Autor: KlaRa (Gast)
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Hallo KGB,
soll das ein Audioverstärker werden? Wenn ja, das sind 250KHz ja schon 
ziemlich reichlich. Und wenn Du dann nochmals Faktor 10 nimmst, dann 
wäre es schon echt übertrieben. Also mit 2 MHz Class D liegt man für 
Audiozwecke jedenfalls jenseits von Gut und Böse.
Ich verfloge Class D auch seit Jahren interessehalber. Ich müsste noch 
einen (mindestens) 300 Watt Subwoffer bauen.

...jedoch bedarf dies einer aufwändigen Filterung...

TI bietet im unteren Leistungsspektrum Class D Verstärker an die ohne 
externe Filter auskommen. Was steckt dahinter?

Gruss Klaus.

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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prinzipiell ist jeder class-D verstärker ein prima langwellensender. 
noch ein paar schlechte kondensatoren im ausgangsfilter und schon gehts 
los.

externe filter brauchen die dinger aber eigentlich generell nicht. aber 
es sollte halt ein einigermaßen stimmiges ausgangsfilter mit guten 
folienkondensatoren verbaut sein um die PWM vom ausgang fernzuhalten.

250kHz tauchen nur für subwoofer-anwendungen (nicht subWUFFer). die 
tripath-ICs für fullrange gehen alle über 1Mhz. kommt halt drauf an was 
das ding können soll!

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Es gibt Treiber die sind schneller. Man muss nur nach Hochstromtreibern 
Ausschau halten. Ich musste mal 4 MHz auf einen Fet geben, Es waren dann 
2-7Mhz durchstimmbar. Natuerlich ein Hochspannungsfet mit entsprechender 
Gatekapazitaet. Der IXDS430 kann das.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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AAT4900 geht bis 3-4MHz laut Datenblatt. 9MHz erfolgreich getestet, bei 
14MHz wollte er nicht mehr. Leider interne dead-time von 5ns. Schneller 
und billiger zugleich gibt es wohl nicht am Markt.

Autor: Düsentrieb (Gast)
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bzgl class d-amp ->
guck bei : d-amp.org
meld dich an und poste dein ansinnen...
da wird dir geholfen  :-)

Autor: KGB (Gast)
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Danke erstmal für die Antworten...

Zuerst mal zum Class-D Verstärker: Es handelt sich hierbei nicht um ein 
Audioverstärker (20kHz Bandbreite) sondern um einen Industrieverstärker 
mit 250kHz Bandbreite, zur Zeit ist dieser Verstärker auf Class-B Basis 
realisiert. Als Verbesserung hatte ich hier die Idee den Wirkungsgradmit 
Class-D Technologie zu erhöhen (selbst mit hohen shoot through, und 
Schaltverlusten sollte dies möglich sein...).

Düsentrieb schrieb:
> bzgl class d-amp ->
> guck bei : d-amp.org
> meld dich an und poste dein ansinnen...
> da wird dir geholfen  :-)

Danke für den Tipp. Mein Problem ist eigentlich kenn speziefisches 
Class-D Problem sondern, sondern mehr ein generelles Problem (Treiber) 
welches alle H-Brücken designer usw. haben.
Die Diskussion über die Auswahl der Fets und Treiber ist meines 
Erachtens sehr wichtig, und bestimmt in diesem Forum nicht fehl am 
Platz.

Eine Lieste von Treibern und Fets mit hervoragenden Eigenschaften, würde 
bestimmt einigen Usern eine Menge Arbeit abnehmen.

Zurück zum Verstärker:
24V
ca. 4-10A RMS
und wie gesagt 250kHz Bandbreite.
THD und SNR sollten sich im normalen Rahmen halten.
Wirkungsgrad sollte auf jedenfall besser sein als Class-B.

Fürn Mosfet habe ich folgendes Modell im Visier: NEC 2SK3984-ZK <-- 
schlechter RDSon aber sehr schnell und geringe Kap.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  KGB (Gast)

>Zurück zum Verstärker:
>24V
>ca. 4-10A RMS
>und wie gesagt 250kHz Bandbreite.
>THD und SNR sollten sich im normalen Rahmen halten.
>Wirkungsgrad sollte auf jedenfall besser sein als Class-B.

Warum? Ein normaler Class-B macht theroretisch 78%, real wohl eher um 
die 60-70%.
Macht bei dir 160W Verlustleistung. Sind die für dich ein Problem? 
Kannst du die nicht abführen?

Ich denke Class-D mit deinen Parametern ist alles andere als Peanuts.

MFG
Falk

Autor: Düsentrieb (Gast)
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für so ne geringe spannung...fällt mir spontan:
als treiber MIC4100
und als fet IRF540Z ein...

aber falk hat schon was wichtiges angedeutet:
ein d-amp ist etwa 5x so "schwierig" zu bauen, wie ein A/B amp ...

>Eine Lieste von Treibern und Fets mit hervoragenden Eigenschaften, würde
>bestimmt einigen Usern eine Menge Arbeit abnehmen.

naja...die siehste bei den herstellern ja jederzeit.. zb TC4451 ein 
richtig "heftiger" 12A - treiber...wers braucht, zb für 
schweiss-inverter, muss eh das passende suchen...

eine liste hilft da wenig, ausser sie wird dauernd aktualisiert ;-)

Autor: KGB (Gast)
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ja evt. ist es doch besser es beim Class-B zu belassen.

aber anscheinend muss es auf dem Markt schon hervorragende Treiber und 
Fest geben:

http://www.behlke.de/pdf/50-12.pdf

dieser BEHLKE Switch schaltet 5kV in 3.5ns!!!! (slew rate von 1'400'000 
V/us)!

hat jemand ne Ahnung wie der Behlke sowas mit Fets hinbekommt?? Und 
welche Treiber für sowas in der Lage sind???

Autor: KGB (Gast)
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ach ja bevor mein post noch gelöst wird:
@ admins, mods usw.:

ich besitze weder Aktien von Bhelke noch habe ich irgendein anderes 
intresse daran für Behlke zu Werben (mein vorheriger post könnte wie 
Eigenwerbung wirken...)

Zuden bin giebt es bestimmt auch andere Hersteller die das genau gleiche 
können. Auf den Behlke SW bin ich rein zufällig gestossen.

@ all others:
sorry für diesen Spampost

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  KGB (Gast)

>ja evt. ist es doch besser es beim Class-B zu belassen.

Man könnte über Class-H nachdenken.

http://de.wikipedia.org/wiki/Endstufe_%28Elektrote...

>aber anscheinend muss es auf dem Markt schon hervorragende Treiber und
>Fest geben:

>http://www.behlke.de/pdf/50-12.pdf

>dieser BEHLKE Switch schaltet 5kV in 3.5ns!!!! (slew rate von 1'400'000
>V/us)!

Ist aber nix was du brauchen kannst. Schau dir mal das Datenblatt 
KOMPLETT an.

Wahrscheinlich wird da was mit Avalancedurchbruch getricks. Ist alles 
andere als klassische Schaltungstechnik, sehr viel (Halbleiter)physik.

>hat jemand ne Ahnung wie der Behlke sowas mit Fets hinbekommt??

Was lässt dich glauben, das dort FETs drinstecken?

> Und
>welche Treiber für sowas in der Lage sind???

Min Jung, rechne das doch bitte mal nüchtern durch.

Bei 250 kHz 3dB Bandbreite und THD im Bereich 1% oder so, brauchts du Pi 
mal Daumen 300..400kHz PWM-Frequenz und einen verdammt guten LC-Filter.
Selbst bei mässigen 8 Bit Auflösung macht das schlappe 100 MHz PWM-Takt, 
sprich 10ns Pulse. Und das mit bis zu 10A. Hoppla!

MfG
Falk

Autor: KGB (Gast)
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Falk Brunner schrieb:
> Was lässt dich glauben, das dort FETs drinstecken?

Habe diesem SW bei Behlke unter "Fixed On-Time, High di/dt, MOSFET", 
gefunden.

Dieser ist jetz Fixed On-Time, gibt aber auch SW mit variable on time 
und tr 4-5ns.

Falk Brunner schrieb:
> Ist aber nix was du brauchen kannst. Schau dir mal das Datenblatt
> KOMPLETT an.
>
> Wahrscheinlich wird da was mit Avalancedurchbruch getricks. Ist alles
> andere als klassische Schaltungstechnik, sehr viel (Halbleiter)physik.

ja fürn class-d sicher nicht geignet.
Die Variable Ausführung könnte ich als "luxustreiber" fürn mosfet 
brauchen. 5kV SW - gatewiderstand - TVS ~15V über GS(lol). Naja da wär 
wohl selbst ne TVS zu langsam :D. Und der ganze spass wäre preislich 
auch nicht sehr lukrativ...

Aber mal spass beiseite: Anscheinend werden da wirklich FETs verwendet. 
Und um die FETs zü treibern benötigt man doch einen Trieber oder??
Mir ist jedenfalls keine andere Methode bekannt..., doch irgendwie 
schafft es dieser Hersteller auf unter 5ns tr bei 5kV!!!! zu kommen. Es 
würde mich unheimlich interessieren wie...

Falk Brunner schrieb:
> Min Jung, rechne das doch bitte mal nüchtern durch.
>
> Bei 250 kHz 3dB Bandbreite und THD im Bereich 1% oder so, brauchts du Pi
> mal Daumen 300..400kHz PWM-Frequenz und einen verdammt guten LC-Filter.
> Selbst bei mässigen 8 Bit Auflösung macht das schlappe 100 MHz PWM-Takt,
> sprich 10ns Pulse. Und das mit bis zu 10A. Hoppla!

wersteh ich jetz nicht ganz. Also PWM freq. 300-400 khz ist bestimmt zu 
langsam für 250khz Bandbreite, schon wegen Abtasttheorem. ich hab so an 
bis zu 1-2 MHZ pwm freq. gedacht, und selbst dann ist filterung 
schwierig. Und ja PWM clk so hoch wie möglich wählen, (möglichst hohe 
auflösung) 100MHz können da schon drinnliegen, für den SNR noch ein 
bisschen hochzukriegen noch ne rauchumformung.

PWM clk. besagt ja nur die Abstufung der pulsbreite, die wäre 10ns und 
nicht der Puls selber. Aber dennoch bedarf es eines schnellen treibers, 
(ich meine tr sollte natürlich schon unter 10ns sein) jitter unter 1ns 
und prop del ist auch nicht mein freund.

Aber anstatt sich um diese Zeiten zu künnern verschwenden alle mir 
bekannten Treiberhersteller lierer ihre Zeit dammit irgeng welchen 
Schwachsinn in Ihre Treiber einzubauen, wie zb. UVP, Enable Pin, Einen 
Schutz das nich High un Low gleichzeitig getreibert werden können (lol, 
man kan sich natürlich auch selbt übertreffen o_O), usw. Alle diese 
Schutzfunktionen sind meines erachtents bei korrektem Layout und 
Verwendung total überflüssig und treiben nur die Prop. del. in die 
hohe...

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Nochwas. Beim Behlke muss man sich neben der Spannung und der Schaltzeit 
auch die repetitionsrate anschauen. Wenn die 1 kHz uebertrifft ist es 
schon gut. Solche Schalter werden mit 10Hz oder weniger angesteuert.

Fuer hochaufloesende PWM sollte man sich den PIC 30F2023 anschauen, der 
hat einen PLL zwischen 320 und 480MHz, kann Totzeit und alles.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Die Fragekurve läßt zu wünschen übrig. Ich kann mich Falk nur 
anschließen.

Von der Stange gibt es die schnellsten MOSFET-Treiber bei Intersil und 
Ixys. Je nach Typ zwischen 40 und 100MHz. Der klassische ICL7667 ist 
auch relativ schnell, aber schlechter Ron - vor allem bei niedriger 
Versorgungsspannung.

MIC4100 ist abgekündigt. Die MIC44xx sind nicht sonderlich schnell und 
lassen dauerhaft nicht sonderlich viel Strom zu. Sterben gerne (waren 
wohl die von Microchip)!

Ganz im Gegensatz zu KGB finde ich Enable und Tristate-Eingänge sehr 
sinnvoll, da man sie für manche Anwendungen unbedingt brauch. Konkret 
suche ich auch noch schnelle Typen mit Tristate.

Totzeit muss irgendwie kontrolliert werden!


Vermutlich funktioniert der Behlke so:
Erste Stufe löst über Avalanche-Transistor Transienten aus, der über 
verteilten Trafo einige seriell geschaltete MOSFETs gleichzeitig 
zündet. Entwicklungsaufwand sehr hoch, teure Meßinstrumente notwendig 
u.a. 5GHz DSO! Viel Spaß. Ob das lohnt? lol


Bei TI gibt es auch hochauflösende Timer in der DSP-Serie. Dann gibt es 
noch die speziellen Time Delay Chips eines anderen Herstellers.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Abdul K. (ehydra) Benutzerseite

>Bei TI gibt es auch hochauflösende Timer in der DSP-Serie. Dann gibt es
>noch die speziellen Time Delay Chips eines anderen Herstellers.

Alles schön und gut, aber da fehlt noch die Endstufe. Und ne Endstufe, 
welche 10ns Pulse bei 10A raushaut gibts nicht für nen schmalen Taler. 
Das ist feinste Forschungsarbeit für irgendwelche Physiker, die mal 
wieder was mit Kernfusion, Anitmaterie oder wasweissich machen wollen.

MfG
Falk

P S Man muss nicht immer alles krampfhaft digital machen. Analogtechnik 
hat immer noch ihre Berechtigung und ist manchmal erstaunlich besser als 
der moderne Digitalkram.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Falk,
es geht nicht um 10ns pulse, sondern um 10ns Aufloesung. Dazu braucht 
man auch nicht innert 10ns zu schalten, das darf auch 40ns dauern. Der 
Jitter muss auch nicht bei ns liegen, sondern darf auch groesser sein.
Zugegeben, 250kHz Analogbandbreite ist recht sportlich/akademisch. Mit 
einer Lowside Stufe alleine machbar, mit einer Halbbruecke 
anspruchsvoll, bei 24V mit einem PFET oben auch machbar. Ich wuerd fuer 
die 250++ MHz entweder einen gesagten PLL-PIC nehmen, oder ein 
CPLD/FPGA.
Fuer einen Anfaenger allerdings nicht geeignet.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Mal abgesehen davon das der Fragesteller eher als unbedarft daherkommt 
(meine Meinung) und sich ganz sicher an diesem Projekt verschluckt:

Um mal konkret zu werden:
Ein 60KHz Signal per Deltamodulator über einen MOSFET-Treiber geht bei 
einer Schaltfrequenz von ca. 1,3MHz sehr gut. Selbst ausgetestet.
Ein Audio-Signal auf diese Schaltung gegeben, klingt richtig gut. 
Vielleicht nicht absolutes High-End, aber für einen MP3-Player reichts, 
selbst wenn das Ausgangsfilter nur simples zweipoliges LC-Filter ist. 
Treiberleistung war 2A bei 5V.

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