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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Gatewiderstände an MOSFETs


Autor: High Performer (Gast)
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Hallo Leute,

ich möchte hier mal einen allgemeinen Thread zum Thema Gatewiderstände 
aufmachen. Mir ist schon öfter aufgefallen, dass Leute grundsätzlich 
versuchen, Gates mit möglichst hohem Strom zu treiben. Ich designe das 
immer nach Anforderung. Im Prinzip mache ich jedoch die Flankensteilheit 
beim Schalten der MOSFETs möglichst klein, also die Schaltzeit möglichst 
groß.
Wie gesagt, das hängt natürlich davon ab, ob jemand ein einfaches Relais 
oder ein paar LEDs schalten möchte oder ob die MOSFETs in einem 
10kW-Umrichter sitzen. Aber gerade bei niedriger PWM-Frequenz (wenige 
kHz) und kleinen Lastströmen im Amperebereich mache ich die 
Gatewiederstände eigentlich immer recht groß. OK, die Schaltverluste 
muss man natürlich schon im Blick behalten, aber die Gates mit aller 
Gewalt umzuladen gefällt mir zumindest bei "kleineren" Anwendungen 
nicht.

Wie ist eure Meinung?

Autor: Иван S. (ivan)
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High Performer schrieb:
> Wie ist eure Meinung?

Gegenteilig. Die Gatekapazität möglichst schnell entladen, um die 
Verlustleistung zu minimieren.

Iwan

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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was spricht denn gegen ein Durchfahren des linearen Bereichs mit 
möglichst großer Anstiegs-/ Abfallzeit?

Autor: I. L. (Gast)
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> was spricht denn gegen ein Durchfahren des linearen Bereichs mit
> möglichst großer Anstiegs-/ Abfallzeit?

Eigentlich nur EMV, die aber auch nicht viel geringer sein sollte bei 
"langsamen" Ein-/Ausschalten sowie die Verlustleistung des Treibers

> Gegenteilig. Die Gatekapazität möglichst schnell entladen, um die
> Verlustleistung zu minimieren.

Seh ich eigentlich auch so



Gruß Knut

Autor: ich (Gast)
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Ich würde mal sagen, das hängt vom Anwendungsfall ab:

Wenn ich Lastseitig sagen wir mal 10nF habe (Stabilisierung der 
Versorgungsspannung des Verbrauchers) und den FET sehr schnell schalte, 
dann kanns schon passieren, dass mir die Versorgungsspannung einbricht! 
:-(

Anders wenn ich ein paar Ampere schalten will, dann muss der FET 
möglichst schnell schalten, sonst hatte ich mal nen FET

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Kevin K. schrieb:
> was spricht denn gegen ein Durchfahren des linearen Bereichs mit
> möglichst großer Anstiegs-/ Abfallzeit?

Kommt auf die Geschwindigkeit an. Zu langsam under MOSFET generiert zu 
viel Verlustleistung, zu schnell und er und seine Nachbarn generieren 
EMV und wenn du ganz schnell schaltest, geht er nur partiell an!

Autor: High Performer (Gast)
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>Gegenteilig. Die Gatekapazität möglichst schnell entladen, um die
>Verlustleistung zu minimieren.

Völlig unabhängig vom Anwendungsfall?

Autor: Иван S. (ivan)
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High Performer schrieb:
>>Die Gatekapazität möglichst schnell entladen, um die
>>Verlustleistung zu minimieren.
>
> Völlig unabhängig vom Anwendungsfall?

"Möglichst schnell" ist doch eine klare Ansage, die den Anwendungsfall 
natürlich berücksichtigt. Für Dich: So schnell wie (in der Anwendung) 
möglich.

Iwan

Autor: Kai Klaas (Gast)
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So schnell wie nötig, so langsam wie möglich.

Wer schon einmal sein Produkt durch ein CE-Labor schleifen mußte, weiß 
wovon ich rede...

Kai Klaas

Autor: High Performer (Gast)
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>"Möglichst schnell" ist doch eine klare Ansage, die den Anwendungsfall
>natürlich berücksichtigt.

"Möglichst schnell" und "den Anwendungsfall berücksichtigend" schließt 
sich für mich irgend wie aus.

Das heißt, Du versuchst auch, z.B. den MOSFET für ein paar LEDs oder ein 
Relais möglichst schnell zu schalten? Also wenn nur eine einfache 
Ansteuerung möglich ist, machst Du den Gatewiderstand so klein wie 
möglich?

Autor: Иван S. (ivan)
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Kai Klaas schrieb:
> Wer schon einmal sein Produkt durch ein CE-Labor schleifen mußte, weiß
> wovon ich rede...

CE-Labor? AFAIR steht "CE" für "China Export", sprich, selbst 
ausgedruckten Pickerln (für Bundesdeutsche: Klebebildchen, Papperln, 
Sticker).

Wer für CE in's Labor geht ist selbst schuld.

Iwan

Autor: Иван S. (ivan)
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High Performer schrieb:
> Das heißt, Du versuchst auch, z.B. den MOSFET für ein paar LEDs oder ein
> Relais möglichst schnell zu schalten? Also wenn nur eine einfache
> Ansteuerung möglich ist, machst Du den Gatewiderstand so klein wie
> möglich?

<mode voice="Paul Panzer"> Rrriichtich! </>

Iwan

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
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Иван S. schrieb:
> Wer für CE in's Labor geht ist selbst schuld.

...und woher bekommst Du dann den Nachweis der Einhaltung der gültigen 
Normen? Unsere Kunden verlangen sowas: Ohne Papiere kein Geschäft!


Zurück zum Thema:
Wenn's schnell gehen soll verwende ich gerne mal den UCC37321.
(Wer mal lachen will, liest den ersten Satz auf Seite 7 des 
Datenblattes)

Autor: MaWin (Gast)
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> Im Prinzip mache ich jedoch die Flankensteilheit
> beim Schalten der MOSFETs möglichst klein

Du nennst keinen Grund.
Hast du Theologie studiert und warum lbst du im Glauben ?

Die Verluste beim Umladen einen Kondensators sind gleich
gross, egal ob das über 1 Ohm oder 1 kOhm erfolgt. Rechne
es einfach mal aus.

Wenn ein MOSFET eine hohe Spannung schaltet, schlägt die
sich ändernde Spannung am Drain auf das Gate durch, über
die Koppelkapazität Cidg. Da wäre es natürlich gut, wenn
das Gate sicher unter 20V (maximale Gate-Source-Spannung)
gehalten wird, durch niederohmige Ankopplung an einen
Pegel z.B. des Gatetreibers.

Allerdings ist der Effekt um so kleiner, um so langsamer
der MOSFET schaltet, also direkt proportional zum Gate-
Widerstand, so daß sich der Effekt i.A. aufhebt.

Die Verluste in längerer Umschaltzeit sind höher, der
MOSFET wird stärker belastet.

Die EMV-Effekte sind durch steilere Flanken höher, auch
die Wirkungen auf die eigene Schaltung (Masse). Da man
aber für schnelle Flanken eh MOSFET-Treiber braucht,
reicht es, wenn man keinen Grund hat so schnell zu
schalten, ohne expliziten Treiber zu arbeiten. EIn extra
Gate-Widerstand ist eher überflüssig.

Autor: High Performer (Gast)
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>Die EMV-Effekte sind durch steilere Flanken höher, auch
>die Wirkungen auf die eigene Schaltung (Masse).

Deshalb.

Autor: Andreas K. (derandi)
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Zu schnelles Schalten generiert auch gerne dicke Überschwinger.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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MaWin schrieb:
> Wenn ein MOSFET eine hohe Spannung schaltet, schlägt die
> sich ändernde Spannung am Drain auf das Gate durch, über
> die Koppelkapazität Cidg. Da wäre es natürlich gut, wenn
> das Gate sicher unter 20V (maximale Gate-Source-Spannung)
> gehalten wird, durch niederohmige Ankopplung an einen
> Pegel z.B. des Gatetreibers.

Da brauchst du keine Angst haben: die DG-Kapazität führt nie zu einer
Überhöhung der Gatespannung, unabhängig davon, wie hoch- oder nieder-
ohmig die Gate-Ansteuerung ist.

Noch etwas zum Thema:

Ein Gatewiderstand kann auch der Schadensbegrenzung in Fehlerfällen
dienen. Ich hatte einmal eine Schaltung, in der ein Mikrocontroller über
einen einen N-Mosfet einen Motor schaltete. Nachdem wegen eines zu
schwach dimensionierten Strommesswiderstands zwischen Source und GND
sich erst dieser und dann der Mosfet verabschiedete, verhinderte der
relativ große Gatewiderstand, dass die etwa 30V Motorspannung im 5V-
Revier wüteten und dort den Mikrocontroller und weitere Schaltungsteile
mit in den Tod rissen. Leider hat auch der Gatewiderstand seine Helden-
tat nicht überlebt, aber außer den genannten drei Teilen gab es keine
keine weiteren Opfer zu beklagen :)

Autor: Ulrich (Gast)
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Man sollte nicht schneller schalten als es das Layout verträgt.  Wer 
also unbedingt mit 100 ns Schalten will, sollte das Layout auch bis etwa 
100 MHz auslegen. Für ein kleines Schaltnetzteil im Gekapselten Gehäuse 
darf es schnell sein, bei einem externen Motor dagegen nicht.

Also lieber so langsamer wie es geht, ohne das die Umschaltverluste groß 
stören.

Wenn man MOSFETS parallel schaltet geht es nicht ohne Widerstände. Das 
gleiche gilt für "lange" Leitungen zwischen Gate Treiber und Gate.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Yalu X. schrieb:
> Da brauchst du keine Angst haben: die DG-Kapazität führt nie zu einer
> Überhöhung der Gatespannung, unabhängig davon, wie hoch- oder nieder-
> ohmig die Gate-Ansteuerung ist.
>

Nein, wegen der Induktivität der S.

Es gibt aber auch noch andere Gründe:
Z.B. wurde mir mal ein Gatetreiber zu heiß. Also habe ich in die 
Gate-Leitung einen R gesetzt, damit der einen Teil der reflektierten 
Leistung verbrät und nicht mehr der Gatetreiber. Funzt.
Hintergrund: Die Energie die in den MOSFET gepumpt wird, muß auch wieder 
fast komplett raus!!

Autor: Jens G. (jensig)
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>Gate-Leitung einen R gesetzt, damit der einen Teil der reflektierten

hast Du so lange Gate-Leitungen, daß da was reflektiert ???
Du meinst ganz einfach Lade- und Entladeströme bzw. Energien, die jetzt 
in R und Treiber verheizt werden.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Ist das gleiche, nur eine andere Betrachtungsweise.

Autor: Jens G. (jensig)
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nun ja - wenn Du das so betrachtest ...für mich ist das was komplett 
unterschiedliches.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Vierpoltheorie. Ist aber nicht so wichtig.

Wichtig ist, daß man weiß das der Treiber praktisch die gesamte Leistung 
verbraten muß.
Das der MOSFET nur ein paar Ohm als innere Terminierung der Leistung zur 
Verfügung stellt.

Autor: Scherbo (Gast)
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ist nicht das gleiche, leite mir dein gedöns mal aus der quell oder 
lastanpassung für reflexionsfreien abschluss her ... geht nicht
was du machst ist schlicht und ergreifend deine wie auch immer
geartete form der leistungsanpassung in richtung last zu verschieben ...
GET1 & 2 lässt grüßen, hättest wohl besserr aufpassen sollen ...

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