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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Problem mit MOSFET Inverter als Pegelwandler


Autor: _ebtschi_ (Gast)
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Hallo Leute,

Ich habe für eine Treiberschaltung (3.3V auf 5V) einen MOSFET Inverter 
aus 2 diskreten MOSFETs aufgebaut. Die Schaltung ist extrem simpel, da 
sollte nicht viel schiefgehen können (siehe Anhang). Der Inverter wird 
von einem MSP430 angesteuert.

Das Ding funktioniert zwar, allerdings wird der MSP430 der den Inverter 
ansteuert sehr heiss - es fliessen >300 mA! Die FETs selber bleiben 
kühl. Wenn der MSP nur einen Zustand hält, passt alles, es gibt nur 
Probleme beim schnellen Schalten. Wenn ich statt Output-Pins die 
internen Pullups/Pulldowns verwende ändert sich nichts - obwohl 
eigentlich der Strom zum/vom MSP begrenzt werden sollte?!

Ich bin erst davon ausgegangen, dass die FETs nicht schnell genug 
schalten, und deswegen kurz einer nach low zieht und der andere nach 
high. Allerdings sollten da ja die FETs warm werden, und nicht der 
MSP...

Danke im Voraus für eure Unterstützung.

Autor: Claudio (Gast)
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was soll der Widerstand ?

die Gates der Fets sind sehr Hochohmig. mit dem Widerstand verbindest du 
den Ausgang mit dem Eingang, das geht schief ...

Gruss Claudio

Autor: _ebtschi_ (Gast)
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Ah, der ist nicht bestückt. Sorry, hatte ich vergessen dazuzuschreiben. 
Der Widerstand war für Testzwecke (ohne die MOSFETs) da.

Autor: A. K. (prx)
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ebtschi schrieb:

> Das Ding funktioniert zwar, allerdings wird der MSP430 der den Inverter
> ansteuert sehr heiss - es fliessen >300 mA!

Power-MOSFETs haben eine beträchtliche Gate-Kapazität. Die muss der arme
MSP dauern umladen. Bei hoher Schaltfrequenz fliesst folglich deutlich
Strom.

Autor: _ebtschi_ (Gast)
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Danke für die Antwort. Input Capacitance ist 740 bzw. 510 pF. Kann man 
das allein damit erklären?

Ich teste mal diese beiden hier:
http://at.farnell.com/fairchild-semiconductor/fdv3...
http://at.farnell.com/fairchild-semiconductor/fdv3...

Die haben weit weniger Gate-Kapazität.

Autor: _ebtschi_ (Gast)
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Ich habe versucht, einen 74LX1GU04STR Inverter anstatt der beiden FETs 
zu verwenden. Eingangspegel ist wieder 3.3V, und Ausgang (gleich VSG des 
Inverters) 5V. Der Inverter funktioniert, allerdings ist auch hier der 
Strom von 40 mA pro Inverter deutlich zu hoch. Schaltfrequenz sind um 
die 100 kHz.

Was kann man da alles falsch machen? ;-)

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

>Ich habe versucht, einen 74LX1GU04STR Inverter anstatt der beiden FETs
>zu verwenden. Eingangspegel ist wieder 3.3V, und Ausgang (gleich VSG des
>Inverters) 5V.

Ist zwar nicht optimal als Pegelwandler, sollte aber laufen.

> Der Inverter funktioniert, allerdings ist auch hier der
>Strom von 40 mA pro Inverter deutlich zu hoch.

Kann man wohl sagen. Bein 100kHz zieht das Ding ein paar Dutzend 
Mikroampere.

>Was kann man da alles falsch machen? ;-)

Kurzschluss auf der Platine? 100nF nah am IC vergessen?

MfG
Falk

Autor: _ebtschi_ (Gast)
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Falk:

Die 100 nF hatte ich tatsächlich vergessen. Nach dem Hinzufügen des 
Kondensators hat sich allerdings auch nichts geändert. Hätte ja sein 
können...

Die Platine habe ich nochmal auf Kurzschlüsse überprüft, und nichts 
gefunden. Die Signale sehen auf dem Oszi auch gut aus, es wird einfach 
zu viel Energie verbraucht, und der MSP wird warm.

:/

Autor: ebtschi (Gast)
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So, ich habe die Schaltung jetzt nochmal auf einer Lochraster-Platine 
aufgebaut, um Kurzschlüsse etc. komplett ausschliessen zu können. Der 
MSP430 braucht auch hier pro Inverter um die 40 mA. Der Verbrauch des 
Inverters selbst ist - wie im Datenblatt angegeben - vernachlaessigbar.

Kann das irgendwas mit dem MSP zu tun haben? Ich verwende die I/O Ports, 
und nicht Pullup/Pulldown.

Autor: ebtschi (Gast)
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Der aktuelle Workaround ist die ursprüngliche Schaltung zu lassen, und 
die Schaltfrequenz zu reduzieren. Die Performance ist für die Anwendung 
ausreichend, und der Stromverbrauch ist mit zusätzlichen 10 mA noch 
akzeptabel.

Falls ich die tatsächliche Ursache für das Problem finden sollte lasse 
ich es euch wissen. Gatekapazität scheint es nicht gewesen zu sein, da 
andere MOSFETs das selbe Ergebnis liefern.

Autor: ebtschi (Gast)
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Hallo Leute, es hat sich noch etwas getan.

Die MOSFETs wurden recht warm wenn man das Gerät ohne den MSP430 (und 
mit "offenem" Eingang der MOSFETs) in Betrieb nimmt. War recht einfach 
gelöst mit 47k Pulldowns beim Gate.

Bei mittlerweile 3 von den Boards wurde eines der MOSFET-Paare sehr 
heiss, obwohl es keinen ersichtlichen Unterschied zu den anderen Boards 
gibt. Die MOSFETs werden mit der selben Frequenz und Spannung 
angesteuert, und auch hier gibt es den 47k Pulldown beim Gate.

Das gibt's ja nicht dass ein einfacher Inverter solche Probleme macht...

Irgendwelche Ideen? :-)

Autor: B-Bert (Gast)
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hm, ob die Gate-Kapazität(en) den µC warm werden lassen, hängt auch 
deutlich von der Schaltfrequenz ab, bei sehr hoher Frequenz kann das 
schon sein.

Was wäre denn, wenn statt des Inverters nur ein einziger MOSFET als 
Nachbrenner angeklemmt wird und das Programm im Controller den 
Portzustand invertiert ausgibt?
(sozusagen Software-Invertierung...)

Autor: ebtschi (Gast)
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B-Bert: Meinst du einen MOSFET + Widerstand? Der derzeitige Aufbau ist 
ja effektiv CMOS, was effizienter sein sollte, oder?

Autor: ebtschi (Gast)
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push

Hat noch jemand eine Idee zu der Sache?
Habe ich irgendwas offensichtliches nicht bedacht? (passiert mir dauernd 
;-) )

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