mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Abwaertswandler mit P-Kanal MOSFET


Autor: Thomas Scherer (zeilentrafo)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Seit einger Zeit experimentiere ich mit den Spannungswandlern, die auf 
der Sprut Webseite beschrieben sind. Ziel ist es, einen Fahrradakku (48 
V, 10 Ah) zu laden. Mit dem Aufwaertswandeln geht es super. Die PWM 
erzeuge ich mit Timer1 des ATMega mit ca. 31 kHz.

Nun habe ich noch einen 58 V Trafo rumliegen und habe mir ueberlegt, 
einen PWM-gesteuerten Abwaertswandler zu bauen. Erster Versuch mit einem 
N-Kanal Mosfet schlug (natuerlich) fehl. Heute also bei Segor einen 
P-Kanal IRF 5210 geholt und per PWM (per Software negiert) ueber eine 
Komplemntaertransistorstufe angesteuert. Bei 7 V am Eingang geht es 
super, auch bei 9 V. Leider geht bei 12 V schon nix mehr - es liegen 
immer volle 12 am Ausgang an, auch wenn PWM = 0 % ist. Und das ist noch 
meilenweit von den 70 V entfernt, die nach Gleichrichtung vom Trafo 
anliegen werden.

Der MOSFET ist nicht kaputt, aber bei 12 V ist er eben immer 
durchgesteuert. Muss ich irgendwie die Gate-Spannung begrenzen (Z-Diode 
?) oder per Widerstand auf Source ziehen ?

Habe auch gleich einen IR2110 geholt (Danke ans Forum !) um das Ganze am 
Ende vielleicht mit einem N-Kanal aufzubauen. Da stoert mich, dass PWM = 
0 und PWM = 100 nicht mehr moeglich sein werden.

Danke im Voraus !

: Verschoben durch Admin
Autor: Ungast (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Schaltplan wäre hilfreich...

Und so als Denkanstoss: den Mosfet interessiert nur die 
Spannungsdifferenz zw. Source und Gate, nicht zwischen Gate und GND.
(Bitte nicht in den falschen Hals kriegen, da stolpern viele drüber, 
wenn sie das erste mal was von "Stromloser Ansteuerung" hören.

Weiterer Denkanstoss:
Der Step-Down geht auch mit N-Kanal ohne Level-Shifter, wenn du kein 
durchgehendes GND brauchst. (Ziel-Akku dann zwischen VCC und Ausgang)

Autor: Thomas Scherer (zeilentrafo)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ungast schrieb:
> Schaltplan wäre hilfreich...
>
Danke Dir ! Ist mein erster Post hier und muss noch einiges lernen.

Schaltplan anbei. Der richtige MOSFET und die Spule habe ich in eagle 
nicht gefunden - daher hier Ersatztypen. Als Spule ist eine 
"Maenner'-Drosselspule drin. Die ist aber eh' nicht das Problem.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Da fehlen Basisvorwiderstände. Äh und NPN und PNP Transistor scheinen 
vertauscht?

Autor: guest (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Transistoren sind schon richtig verschaltet, ein Basiswiderstand 
wäre in der Tat sinnvoll um eben den Basisstrom zu begrenzen.

Autor: Ungast (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
So, jetzt überleg mal was passiert, wenn dein Tiny den FET ausschalten 
will:
Er legt seinen Ausgang auf +5V, die Gegentaktstufe folgt: ca +4V.
Zwischen Mosfet source und gate: 12V-4V=8V
=> Der Tiny kann den FET garnichtmehr abschalten.

Autor: Thomas Scherer (zeilentrafo)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Weiterer Denkanstoss:
> Der Step-Down geht auch mit N-Kanal ohne Level-Shifter, wenn du kein
> durchgehendes GND brauchst. (Ziel-Akku dann zwischen VCC und Ausgang)

Mann Jungs, ihr seid schnell - Danke ! Basiswiderstand wird gemacht. Zu 
Denkanstoss 2 - ist das so wie abgebildet gemeint ?

Ich loete jetzt mal einen Basiswiderstand rein (10 kOhm gut ?) und 
schaue, ob es bei 12 V schnackelt.

Autor: Thomas Scherer (zeilentrafo)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Er legt seinen Ausgang auf +5V, die Gegentaktstufe folgt: ca +4V.
> Zwischen Mosfet source und gate: 12V-4V=8V
> => Der Tiny kann den FET garnichtmehr abschalten.

Danke. Klar ... muss ich nun einen Optokopler verwenden ? Oder wie kann 
ich Delta Gate/Source klein genug kriegen ? Schliesst sich gleich die 
Frage an, wie man es spaeter bei 70 V machen sollte ...

Autor: guest (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Stimmt, die Push-Pull Schaltung stellt ja einen Emitterfolger dar. So 
hätte es mit dem P-FET geklappt: 
http://www.mikrocontroller.net/attachment/34752/P_FET.png

Autor: Zaphod Beeblebrox (brezel) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
jetzt macht doch mal die Transistoren im Push-Pull Glied richtig rum!
kann man ja nicht mehr mit ansehen ;D

Autor: Zaphod Beeblebrox (brezel) Benutzerseite
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Zur Abwechslung noch mal was Konstruktives Von mir:
Also so wie im Anhang müsste es doch laufen, man muss nur sehen das der 
Verstärkungsfaktor der kleinen Transistoren hoch genug ist, um mit 5V 
Basisspannung volle 60V Potential ans Gate zu schalten, damit der MOSFET 
auch dicht hält. Ich denke das sollte machbar sein :)

Edit: ein Bild hätte ja gereicht aber... (!?!?!)

Autor: Ungast (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Zaphod:
Deine Transistoren sind falsch, die müssen mit den Emittern 
zusammengeschaltet werden.

Einfach mal überlegen was passiert, wenn in deiner Schaltung das 
PWM-Signal z.B. 5V hat: Beide Transistoren leiten.

Autor: yalu (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Thomas Scherer schrieb:
> Zu Denkanstoss 2 - ist das so wie abgebildet gemeint ?

Ja, so sollte es funktionieren.

> Ich loete jetzt mal einen Basiswiderstand rein (10 kOhm gut ?) und
> schaue, ob es bei 12 V schnackelt.

Ein Emitterfolger hat normalerweise keinen Basiswiderstand. Der
Basisstrom wird dadurch begrenzt, dass der wesentlich höhere
Emitterstrom an der Last eine Gegenspannung erzeugt.

Die Schaltung würde in diesem Fall aber auch mit Basiswiderstand
funktionieren, allerdings mit längeren Schaltzeiten, die du mit dem
Emitterfolger eigentlich verkleinern wolltest.

Zaphod Beeblebrox schrieb:
> jetzt macht doch mal die Transistoren im Push-Pull Glied richtig rum!
> kann man ja nicht mehr mit ansehen ;D

Was ist daran nicht richtig?

Deine Schaltung sieht übrigens nach rauchenden Transistoren und einem
platzendem Akku aus. Bei High-Pegel des PWM-Signals leiten nämlich beide
Transistoren gleichzeitig (Ungast hat es schon geschrieben), und der
Mosfet ist verkehrt herum eingebaut, so dass am Ausgang ständig fast 60V
anliegen.

Autor: Zaphod Beeblebrox (brezel) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
oja... jetzt seh ichs... da mus vorher noch ein pnp gegen +60V mit pull 
down eingeschmuggelt werden...
aber ich versteh immer noch nicht warum die mit den Emittern zusammen 
sollen. Dann müsste man doch, um den NPN zu schalten, über 60V an der 
Basis aufbringen!?
Das mit dem Mosfet ist ein "uhrzeitlich bedingter Flüchtigkeitsfehler", 
so kann man es nennen. Asche über mein Haupt...
ich glaub ich geh lieber schlafen

Autor: Thomas Scherer (zeilentrafo)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
guest schrieb:
> Stimmt, die Push-Pull Schaltung stellt ja einen Emitterfolger dar. So
> hätte es mit dem P-FET geklappt:

Vielen Dank. Hab's jetzt wie beigefuegt zusammengeloetet und es klappt 
mit 12 V ! Fuer die 70 V Anwendung muss ich dann nach passenden 
Transistoren suchen. Schnelle Suche ergab BC639 / 640.

Gut uebrigens, dass - gegenueber dem Step-up Wandler - hier die 
Kuehlflaechen von MOSFET und DIODE auf selbem Potential liegen; also 
leitend auf den selben Kuehlkoerper montiert werden koennen.

Morgen mache ich einen shunt (270 mOhm) in die Masseleitung und versuche 
die abfallende Spannung per LM358 auf ADC-Niveau des AVR zu bringen.

Autor: Ungast (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vorsicht: Bei 60V geht dir der FET kaputt, auch wenn die Transistoren 
das aushalten...
Wenn Q2 schaltet, liegen volle 60V am Gate an, das hält der FET nicht 
aus.
Der Kollektor von Q2 muss an eine Spannung ~12V kleiner als die 
Eingangsspannung, z.B. einfach mittels 7912 erzeugbar.

Autor: Thomas Scherer (zeilentrafo)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ungast schrieb:
>... z.B. einfach mittels 7912 erzeugbar.

Tnx. Der 7912 kann jedoch nur max -35 V verarbeiten. Kann ich bspw. 15 V 
per Spannungsteiler erzeugen und da den 7912 dranhaengern ? Ideal waere 
natuerlich ein Abwaertswandler ... uuups, das bau' ich ja gerade.

Autor: Paul Baumann (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Könnte man nicht eine 12 Volt Z-Diode an das Gate des Mosfet setzen,
um den Kollegen zu schützen?

MfG Paul

Autor: guest (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Sicher? Klar, am Gate liegen dann 60 V bezogen auf GND an. Aber juckt 
den FET das?
U_GS soll unter 20 V bleiben. Bei 60 V am Gate haben wir U_GS=0 V und 
die "Einschaltspannung" wird vom Spannungsteiler R2/R3 vorgegeben - in 
dem Fall würde U_GS also zwischen 0 und ca. -13 V liegen.

Autor: guest (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wer Lust hat: Im Anhang der Treiber für LTSpice :)

Autor: yalu (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ungast schrieb:
> Vorsicht: Bei 60V geht dir der FET kaputt, auch wenn die Transistoren
> das aushalten...
> Wenn Q2 schaltet, liegen volle 60V am Gate an, das hält der FET nicht
> aus.

Das Geniale an dieser Schaltung ist ja gerade, dass das Ugs am Mosfet
unabhängig von der Versorgungsspannung auf einen festen Wert begrenzt
wird, nämlich

  -(Upwm-0,7V)·R3/R2

Bei Upwm=5V sind das etwa -13V, was locker innerhalb der erlaubten ±20V
liegt.

Autor: yalu (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ach ja: Mit der angegebenen Dimensionierung kommt der linke BC337 mit
550mW schon dicht an seine Leistungsgrenze von 625mW (im TO-92-Gehäuse,
bei SMD-Gehäusen sind es 200-250mW). Erhöht man R2 auf 1,8kΩ und R3 auf
5,6kΩ, ist die Verlustleistung nur noch 100mW.

Autor: Michael Schildt (mschildt)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi,

irgendwie stehe ich auf dem Schlauch. Könnte mir bitte mal jemand die 
Schaltung von Thomas Scherer erklären? Was passiert wenn das PWM Signal 
0 ist und was passiert wenn das PWM Signal 5 Volt ist. Wieso wird die 
Spannung wie in der yalu beschriebenen Formel begrenzt? Ist der Q2 nicht 
immer an in dieser Schaltung?

Autor: Michael Schildt (mschildt)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich antworte mir mal selber, siehe 
Beitrag "Re: Wie Ugs (p-FET) sinnvoll begrenzen?" . Man muss halt nur 
die richtigen Suchbegriffe kennen :-/

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Na. Q4 & R2 ist eine Stromquelle proportional zur Basisspannung. Durch 
den geschalteten Strom durch R3 wird die Gatespannung an Q3 
umgeschaltet. Anstelle von Q4 waere auch ein LL-MosFet denkbar.

Autor: Tiesto (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Bei 60V klappt das so leider nie. Zuerst mal muss die Spannung für die 
Treiberstufe z.B. mittels Z-Diode und Emitterfolger auf z.B. 15V 
begrenzt werden. Da das Signal dann nur zwischen Gnd und 15V schwingen 
kann, müsste man dieses dem Fet kapazitiv zuleiten. Dem Fet eine Z-Diode 
zwischen Gate und Source spendiert, sowie einen Widerstand, z.B. 4K7, 
ebenfalls parallel. Dann noch den Koppelkondensator von z.B. 10n 
zwischen Treiberausgang und Gate...fertig. Die kapazitive Kopplung hat 
fast nur Vorteile, die Spannung am Gate geht hierbei nämlich zuverlässig 
immer bis knapp unter Sourcepotential. Und im Fehlerfall wird nur der 
Mosfet zerstört, die Treiberstufe bleibt intakt. Der einzige Nachteil 
besteht darin, daß man den Fet nicht längere Zeit voll durchsteuern 
kann, aber das wäre ja nie nötig...

Autor: Tiesto (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
es gäbe gemäß Bild noch die Möglichkeit des Levelshifters. Dazu müssten 
R2 und R3 gleich groß sein, dann zeichnet sich der Eingangsspannungshub 
über R3 ab. Dem Fet aber sicherheitshalber unbedingt eine Z-Diode 
zwischen Gate und Source verpassen!

Autor: Thomas Scherer (zeilentrafo)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
yalu schrieb:
> Erhöht man R2 auf 1,8kΩ und R3 auf
> 5,6kΩ, ist die Verlustleistung nur noch 100mW.

Danke fuer den Hinweis. Hab's nun mit BC 639 / 640 gem. beigef. 
Schaltplan aufgebaut - und es schwingt gem. beigef. Scope-Bild. (Zuerst 
musste ich 'the hard way' herausfinden, dass man zu jedem Bauteil das 
Datenblatt aufschlagen muss: Die BC639/640 haben Basis nicht in der 
Mitte !). Muss zugeben, dass ich es erst bei 12 V versucht habe. Da 
kommen dann irgenwelchen schraegen 0,163 Volt bei 100 % Tastgrad raus. 
Das kanns nicht sein. Soll ich es bei 60 V mal probieren - weil nun R1 & 
R2 darauf abgestimmt sind ?

Autor: G4st (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wer misst misst Mist.
Wo ist die Masseklemme angeschlossen?
Wenn überhaupt.

Autor: Thomas Scherer (zeilentrafo)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
G4st schrieb:
> Wer misst misst Mist.
> Wo ist die Masseklemme angeschlossen?
> Wenn überhaupt.

Hallo G4st. Nur weil sie nicht auf dem Foto ist ... ;-). [und ja, ich 
muss das Scope mal saubermachen] ... Sie ist - wie der Name sagt - an 
Masse dran. Soll ich mal die highside als Masse nehmen ?

Die Tage bau ich die Schaltung nochmal neu auf und vermesse die 
einzelnen Stufen, bevor sie verbunden werden. Hinter Q1 muesste doch im 
PWM-Takt die Spannung des Spannungsteilers anliegen, stimmt's ?

Autor: Michael Schildt (mschildt)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hier ein weiterer Vorschlag für die P-MOSFET Ansteuerung. Er wurde 
gestern in meinem Thread gemacht. Sie scheint mir einfacher und auch 
sicher zu sein: Beitrag "Re: TB6560HQ wird ohne Last warm"

Grüße,
Michael

Autor: Thomas Scherer (zeilentrafo)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>
> Die Tage bau ich die Schaltung nochmal neu auf...
>

Zwischenbericht:  E S   F U N K T I O N I E R T ! !

Anbei Bilder vom Aufbau. Habe die Transistorstufen einzeln aufgebaut und 
jeweils vermessen. Zur Sicherheit ist eine 18 V Zener am Gate gegen VCC 
- aber die Messungen haben ergeben, dass es den gar nicht braucht. Die 
Schaltung ist genial. Habe zum Spass mal eine 3 W LED an den Ausgang 
geschaltet und per PWM angemacht. Laesst sich prima der Strom 
einstellen.

Die Tage stelle ich den kompletten Schaltplan und die Weichware (Bascom) 
ein und dann bau ich mir zum Spass noch ein paar von den Dingern. Danke 
an Alle, die mir auf die Spruenge geholfen haben !

Autor: Loonix (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@yalu
>in der yalu beschriebenen Formel

Jetzt hast du es schon geschafft als Adjektiv verwendet zu werden ;)

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.