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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MOSFET über Komparator als Gleichrichter


Autor: Harald X. (harald1976)
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Hallo,

ich habe einen MOSFET Synchrongleichrichter aus einem Elektor Artikel 
nachgebaut, jedoch mit einem andere Komparator.

Da wird die Eingangsspannung mit der Ausgangsspannung verglichen. Ist 
die Eingangsspannung etwas höher als die Ausgangsspannung schaltet der 
MOSFET durch. Der MOSFET ist zusätzlich zu einer Schottky-Diode parallel 
geschaltet. Der Komparator nimmt die Versorgungsspannung vom Ausgang.

Nun musste ich feststellen, dass die MOSFETs im Toggle Betrieb ein- bzw. 
ausgeschaltet werden, so mit einer Frequenz von 500kHz.

Zunächst dachte ich das wäre ein Fehler. Aber im Grunde macht die 
Schaltung was sie soll. Wenn der Elko am Ausgang beinahe die 
Eingangsspannung  erreicht hat öffnet der Kompartor den MOSFET. Wird nun 
der Elko entladen (dafür sorgt auch der Komparator) und fällt unter die 
Eingangsspannung, dann schaltet der Komparator den MOSFET wieder ein.

Seht ihr das genauso, dass das in Ordnung ist.

Mein Problem ist nun
a) EMV. Ein benachbartes Radio hat die EMV deutlich wiedergegeben.

b) Aufgrund der hohen Schaltfrequenz erwärmen sich der MOSFET und auch 
der Komparator beim Betrieb deutlich. Ich will ja eigentlich keine 
Verlustleistung haben. Bei einer Schaltfrequenz von 500kHz fließen 
bestimmt einige mA in die 4 MOSFETs. Vor allem bei höheren Spannungen > 
9 Volt macht sich die Erwärmung bemerkbar.

Vor dem Gate befindet sich ein 47Ohm Vorwiderstand. Evtl. könnte man den 
höher dimensionieren um die Togglefrequenz zu reduzieren.

Was wäre ein sinnvoller Wert bzw. wie könnte ein Formel dazu aussehen.

Vielen Dank.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Harald St schrieb:
> Vor dem Gate befindet sich ein 47Ohm Vorwiderstand. Evtl. könnte man den
> höher dimensionieren um die Togglefrequenz zu reduzieren.
Dann wird hauptsächlich der Schaltvorgang langsamer. Dadurch wird das 
mit der Störstrahlung besser, aber die Verlustleistung wird steigen... 
:-/

Zeig doch mal deine Schaltung (Plan, Aufbau).

Autor: MaWin (Gast)
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Hysterese heisst das Zauberwort,
dann schaltet er bei geringer Vorwärtsspannng ein,
woraufhin die Spannungsdifferenz praktisch fast null wird,
und sollte erst bei geringer Gegenspannung (Achtung: über dem
eingeschalteten MOSFET, also recht klein) ausschalten.

Autor: Jochen Fe. (jamesy)
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EMV kann man nicht hören, das ist nur der Überbegriff. Gehört wurde die 
EMI.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Meinst du vielleicht diese Schaltung hier?

  Beitrag "Re: Howto Aktiver Gleichrichter"

> Vor dem Gate befindet sich ein 47Ohm Vorwiderstand. Evtl. könnte man
> den höher dimensionieren um die Togglefrequenz zu reduzieren.

In der obigen Schaltung sind allerdings jeweils 1kΩ vor den Gates.

Prinzipiell spricht wenig gegen eine Vergrößerung des Gate-Widerstands.
Die Verlustleistung erhöht sich in dieser Anwendung durch die längeren
Schaltzeiten kaum, da während des Umschaltens die Drain-Source-Spannung
am Mosfet sehr gering ist.

MaWin schrieb:
> Hysterese heisst das Zauberwort,

Ich bin mir nicht sicher, ob man dieses Problem so einfach mit einer
Hysterese lösen kann.

> dann schaltet er bei geringer Vorwärtsspannng ein, woraufhin die
> Spannungsdifferenz praktisch fast null wird,

So weit klappt das noch.

> und sollte erst bei geringer Gegenspannung (Achtung: über dem
> eingeschalteten MOSFET, also recht klein) ausschalten.

In dieser Phase ist der Mosfet aber schon dabei, den Ausgangselko zu
entladen, d.h. die Gegenspannung bleibt auch dann noch "recht klein",
wenn Eingangs- und Ausgangsspannung bereits auf 0V gefallen sind, was
man natürlich vermeiden möchte. Das Einstellfenster für den richtigen
Schwellwert ist vermutlich sehr klein und hängt zudem von veränderlichen
Mosfetparametern ab, dass man kaum eine zuverlässige Funktion des
Gleichrichters über die Zeit und Temperatur erreichen wird. Man müsste
das allerdings einmal ausprobieren.

Unkritischer ist es wahrscheinlich, den Mosfet für negative und kleine
positive Spannungsdifferenzen (Ue-Ua<0,1V) zu sperren, für größere
(Ue-Ua>0,2V) voll durchzuschalten und ihn dazwischen im Abschnürbereich
zu betreiben, also etwa wie in folgendem Diagramm:
Ugs/V ^
      |
   10 +        ____________
      |       /
      |      /
      |     /
  Uth +    /
      |___/
  ----+---+----+------------------>
      0  0,1  0,2             (Ue-Ua)/V

Damit wird für große Eingangsspannungen die Ausgangsspannung auf etwa
Ue-0,15V nachgeregelt. Die gesamte Schaltung verhält sich also wie eine
Diode mit einer Flussspannung von etwa 0,15V.

Der Anstieg in der gezeigten Kurve sollte möglichst steil sein, aber
flach genug, dass das System noch nicht schwingt. Dazu muss die
Verstärkung des OpAmps mittels Gegekopplung auf einen geeigneten Wert
reduziert werden.

Die 0,1V, 0,2V und 0,15V sind beispielhaft zu verstehen. Wenn man die
Schaltung auch mit kleineren Eckwerten zuverlässig hinbekommt, erhöht
dies natürlich den Wirkungsgrad.

Autor: MaWin (Gast)
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> Ich bin mir nicht sicher, ob man dieses Problem so einfach
> mit einer Hysterese lösen kann.

Mit einen grösseren Gate-Wdirstand bekämpft man schwingende MOSFETs 
jedenfalls nicht, gar nicht, nie.

> Prinzipiell spricht wenig gegen eine Vergrößerung des Gate-Widerstands.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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MaWin schrieb:
> Mit einen grösseren Gate-Wdirstand bekämpft man schwingende MOSFETs
> jedenfalls nicht, ...

Hat das jemand behauptet? Die Frage bzw. der Vorschlag des TE war:

> Vor dem Gate befindet sich ein 47Ohm Vorwiderstand. Evtl. könnte man
> den höher dimensionieren um die Togglefrequenz zu reduzieren.

MaWin schrieb:
> ... nicht, gar nicht, nie.

Wie ging noch der schöne Spruch:

Pauschalisierungen sind falsch, grundfalsch, immer ;-)

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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MaWin schrieb:
>> Ich bin mir nicht sicher, ob man dieses Problem so einfach
>> mit einer Hysterese lösen kann.
>
> Mit einen grösseren Gate-Wdirstand bekämpft man schwingende MOSFETs
> jedenfalls nicht, gar nicht, nie.
>
>> Prinzipiell spricht wenig gegen eine Vergrößerung des Gate-Widerstands.

Naja. Das muß differenziert gesehen werden. Die Energie, die man in den 
MOSFET pumpt, muß letztendlich irgendwo hin. Der MOSFET hat vielleicht 
1-2 Ohm Gate-Widerstand. Der Rest ist viel kapazitiv und wenig induktiv. 
Der Gate-Treiber-Baustein ist resistiv. Der externe Gate-Widerstand muß 
nun den Rest der Energie aufnehmen. Da es Rechteckimpulse sind, ist die 
Berechnung nicht so einfach.

Autor: MaWin (Gast)
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> Die Energie, die man in den MOSFET pumpt, muß letztendlich irgendwo hin.

Du kannst davon ausgehene, daß die Erwärmung des MOSFETs NICHT von der 
Umladeleistung des Gates stammt, sondern von der im Umschaltmoment 
erhöhten UDS*IDS Verlustleistung.

Also bringt der Vorwiderstand ZUR VERLUSTLEISTUNGSREDUKTION nichts. Im 
Gegenteil, wenn der Komparaor nun so schnell ist, dass der MOSFET gar 
nicht mehr voll umgeladen ist, arbeitet der im Analogbetrieb mit ncoch 
mehr Verlusten.


Der richtige Weg bei der Schaltung ist die Hysterese. Der MOSFET muss 
einschalten, wenn der Ladestrom über die Diode zu einem relevanten 
Spannungsabfall führt, muss anbleiben wenn der spannungsabfall wegen des 
eingeschalteten MOSFETs sinkt aber über 0 bleibt, und muss ausschalten, 
wenn der Spannungsabfall über dem eingeschaltetetn MOSFET 0 oder knapp 
unter 0 wird.

Das verhinder EMI Störungen und warme MOSFETs und verlust im 
Gleichrichter (was ja das Ziel war).

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Ja, ok. Soweit bin ich deiner Meinung.

Ich hatte mich auf dies hier bezogen:
> Mit einen grösseren Gate-Wdirstand bekämpft man schwingende MOSFETs
> jedenfalls nicht, gar nicht, nie.

Das wollte ich klarstellen.

Mit MOSFETs kenne ich mich aus. Habe schließlich ein Patent was die 
Dinger ausgiebig nutzt.

Die Verlustleistung in der Ansteuerung kann man übrigens durch resonante 
Aufladung um max. 40% reduzieren. Ist aber kniffelig. Wurde wohl auch 
von Motorola patentiert.


Und zu schnell schalten lassen, sollte man sie auch nicht. Es kann sonst 
zu partiellem Einschalten der vielen parallel geschalteten 
Einzel-MOSFETs auf dem Die kommen. Das wäre dann der GAU.

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