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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MOSFET ohne Body-Diode


Autor: seennoob (Gast)
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Hallo

Weiß wer von euch man nen FET ohne Body-Diode her bekommt ?
Wär für jeden Rat dankbar.

Mfg Patrick

: Verschoben durch Admin
Autor: frag doch (Gast)
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Die Diode entsteht bei der Herstellung, und nicht weil das unbedingt so 
gewollt ist.

Autor: seennoob (Gast)
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Ich dache bei den FET wo der Bulk anschluss (dual Gate) nach draußen 
geführt ist gibt es keine Diode oder irre ich mich da ?

Autor: Echo (Gast)
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Soweit ich mal gelesen habe im Tieze Schenk ist die Bodydiode ein 
herstellungsbedingtes parasitäres Bauteil. Man könnte es durch andere 
Herstellungsschritte vermeiden, die wäre allerdings mit größeren 
Herstellungskosten verbunden.

Hab bisher auch keine MOSFETs ohne Bodydiode gesehen bzw. keine 
Hersteller die diese FETs anbieten.

MfG Echo

Autor: frag doch (Gast)
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seennoob schrieb:
> Ich dache bei den FET wo der Bulk anschluss (dual Gate) nach draußen
> geführt ist gibt es keine Diode oder irre ich mich da ?


Da hast Du 5 Beinchen bei Dualgate? Ich kenne die mit vier.

Meiner Erinnerung nach muss Bulk an ein Potential angenagelt liegen. 
Darf also nicht unbeschaltet bleiben.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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frag doch schrieb:
> Meiner Erinnerung nach muss Bulk an ein Potential angenagelt liegen.

Meine ich auch. Die Spannung UGS, die bestimmt, wie stark der FET 
durchsteuert ist in "Wirklichkeit" AFAIK der Potentialunterschied 
zwischen Gate und Bulk (denn das ist ja der "Kondensator", der durch die 
Isolationsschicht am Gate herrschst).

Bulk hängt aber in der Regel an Source und somit eben UGS. Die Diode ist 
immer da. Die liegt immer zwischen Drain und Bulk. Zwischen Source und 
Bulk liegt übrigens auch eine, wenn ich das richtig sehe (Sperrschicht).

Autor: Michael (Gast)
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seennoob schrieb:
> Ich dache bei den FET wo der Bulk anschluss (dual Gate) nach draußen
> geführt ist gibt es keine Diode oder irre ich mich da ?

Einfach mal den Aufbau eines FETs betrachen:

Drain: z.B. N-dotiert
Kanal: z.B. P-dotiert
Source: z.B. N-dotiert

Fällt was auf? Gut ;) Es gibt keinen MOSFET ohne Bulk-Diode. MOSFETs 
haben grundsätzlich sogar zwei Bulk-Dioden von denen durch den 
"Kurzschluss" von z.B. Bulk und Source eine Diode gebrückt ist. However, 
mit einer Bulk-Diode muss man bei MOSFETs immer leben.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Michael schrieb:
> MOSFETs haben grundsätzlich sogar zwei Bulk-Dioden von denen durch den
> "Kurzschluss" von z.B. Bulk und Source eine Diode gebrückt ist.
> However, mit einer Bulk-Diode muss man bei MOSFETs immer leben.

Es sei denn, man schließt die zweite Diode ebenfalls kurz ;-)

Dieser Thread könnte in dem Zusammenhang von Interesse sein:

  Beitrag "N-Kanal Mosfet mit herausgeführtem Substrat"

Durch Anlegen eines geeigneten Potentials an das Substrat können in
einigen Anwendungen (bspw. Analogschalter) die ungewollten Einflüsse der
BS- und BD-Diode unterbunden werden.

Autor: Rudi (Gast)
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frag doch mal einer, warum er einen Fet ohne Diode braucht...

Autor: apfelmännchen (Gast)
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>frag doch mal einer, warum er einen Fet ohne Diode braucht...

Bei vielen Schaltreglern wäre das toll. Weil die BodyDiode viel 
langsamer ist, als eine Shottky. Man hat dadurch sehr viele Recovery 
Verluste.

ZB bei Solarwechselrichter.

Bei hohen Spannungen gibt es keine Shottky mehr. Nimmt meine eine 
andere, schnelle Diode, dann hat die oft eine Flusspannung, die höher 
ist als die Bodydiode. Damit fließt der Strom wieder durch den FET.

Autor: ... (Gast)
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schu mal nach SiC J-Fets 
(http://www.semisouth.com/products/products.html)....

Autor: MaWin (Gast)
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> Bei vielen Schaltreglern wäre das toll. Weil die BodyDiode viel
> langsamer ist, als eine Shottky. Man hat dadurch sehr viele Recovery
> Verluste.

Häh ?

Wenn du KEINE Body-Diode hättest, bräuchtest du sowieso eine externe 
Schottky-Diode.

Und WENN du sowieso eine zusätzliche Schottky-Diode spendierst, wird die 
Body-Diode nie leitend wegen höherer Flusspannung, also kann auch ihre 
langsamere Abschaltzeit nicht stören.

Es gibt keinen Grund für FETs ohne Diode, die externe Schottky sparst du 
mit FETKY-MOSFETs von IR.

Autor: Michael (Gast)
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Yalu X. schrieb:
> Es sei denn, man schließt die zweite Diode ebenfalls kurz ;-)

Womit dann der FET auch ein wenig an Attraktivität verliert ^^

apfelmännchen schrieb:
> Bei vielen Schaltreglern wäre das toll. Weil die BodyDiode viel
> langsamer ist, als eine Shottky. Man hat dadurch sehr viele Recovery
> Verluste.

Wie MaWin schon schrieb, was spricht dagegen einen Shottky parallel zu 
schalten wenn die eh schneller ist als die Body-Diode? Versteh ich grad 
net...

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Michael schrieb:
> Yalu X. schrieb:
>> Es sei denn, man schließt die zweite Diode ebenfalls kurz ;-)
>
> Womit dann der FET auch ein wenig an Attraktivität verliert ^^

Wieso? Das verringert zusätzlich ganz gewaltig den RDSon ^^^

Einziger Nachteil: Der Leckstrom wird dadurch etwas vergrößert ^^^^

Autor: Günther (Gast)
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Hallo

Versuche ebenfalls den Reverse Recovery Effect zu vermindern.
Schalten im stromlosen Zustand ist bei mir nicht möglich.

Unter 200V sind die SIC Dioden Aufgrund der hohen Vorwärtsspannung 
sinnlos (bei mir) sinnlos. Hier werde ich es nochmals mit Shottkydioden 
versuchen.

Autor: Fralla (Gast)
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ohne Body-Diode wäre Toll, gibt genug Multilevelkonverter wo Fets 
antiseriell geschaltet werden und einen bidirektionelen Schalter zu 
erreichen.

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Ich habe soetwas liegen: SMY50, 51, 60

http://krause-robotics.de/xtshop/index.php?cat=c19...

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Axel Rühl schrieb:
> Ich habe soetwas liegen: SMY50, 51, 60

Haben natürlich auch eine Substratdiode, aber das Substrat ist dort
separat rausgeführt, sodass man es unabhängig vom eigentlichen Kanal
beschalten kann.

Autor: Andreas K. (derandi)
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Axel Rühl schrieb:
> Ich habe soetwas liegen: SMY50, 51, 60
>
> 
http://krause-robotics.de/xtshop/index.php?cat=c19...

Da steht nur, das die keine Gate-Schutzdiode haben...
Darüber hinaus finde ich dazu keinerlei Datenblätter. In dem Shop 
scheints aber auch nur Datenblattlose Transistoren zu geben.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Beitrag "Re: Was ist das für ein Bauteil?"

http://www.mikrocontroller.net/attachment/21056/P-...

Bulk ist herausgeführt.

Allerdings möchte ich nach wie vor anmerken, dass ich mir vorstellen 
kann, dass die Spannung UGS zu UGB (Gate-Bulk) mutiert und es deswegen 
nicht unerheblich ist, auf welcher Spannung Bulk liegt.
Ist aber nur ein Bauchgefühl. Kann da jemand was zu sagen?

Autor: Michael (Gast)
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Simon K. schrieb:
> Allerdings möchte ich nach wie vor anmerken, dass ich mir vorstellen
> kann, dass die Spannung UGS zu UGB (Gate-Bulk) mutiert und es deswegen
> nicht unerheblich ist, auf welcher Spannung Bulk liegt

Dein Bauchgefühl trügt dich nur teilweise nicht. Ja, auf welchem 
Potential Bulk liegt ist nicht unerheblich. Bulk und Gate bilden ja den 
gesteuerten Kondensator. Dass aber Ugs zu Ugb mutiert ist nicht 
zwingend. Man könnte Bulk auch auf Drain legen und es würde ebensogut 
gehen. Die Spannung am Gate müsste dann aber logischer Weise höher als 
Drain sein...du siehst das Problem? Spannungsfestigkeit ist des Rätsels 
Lösung denn einen Durchschlag von Gate auf Source kann keiner brauchen. 
Es hat einfach mit dem MOSFET-Aufbau zu tun warum man üblicher Weise 
Source und Bulk kurzschließt.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Ah, Danke für die Aufklärung!

Autor: Ernestus Pastell (malzeit) Benutzerseite
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Standardmäßig wird der Bulk mit Source verbunden. Desweiteren 
beeinflusst die Bulk-Sourcespannung U_SB zusammen mit U_GS den 
Drainstrom. Da der MOSFET zumindest in der Theorie symmetrisch Aufgebaut 
ist, gilt der Anschluss als Source, der mit Bulk verbunden ist.

Der im Bild links abzweigende blaue Anschluss der auf P+ geht, das ist 
Bulk

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/23...

Weitere Details gibt Wikipedia unter MOSFET im Abschnitt Bulkeffekt. Ein 
anderes Problem könnte noch durch die Bulk-Drain-Kapazität darstellen, 
aber in dem Gebiet habe ich keine Erfahrungen.

Autor: Ernestus Pastell (malzeit) Benutzerseite
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Ah Moment, die Grundlagen vergessen. Die Body-Diode entsteht aus dem 
p-Gebiet von Bulk plus Substrat und dem n-Gebiet des Drainanschlusses.

Da die Bulkspannung Einfluss auf den Drainstrom ausübt tut man gut daran 
selbigen an ein festes Potential - Source - zu binden.

Das Ansprechen der Bodydiode lässt sich durch herabsetzen der 
Bulkspannung etwas verschieben. Da sollte man aber schon wirklich wissen 
was man da tut.

Autor: Arno H. (arno_h)
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Die Body-Diode ist durch den Herstellungsprozess bedingt. Der 
Source-Anschluß schließt die Basis des parasitären bipolaren Transistors 
mit seinem Emitter kurz. Die Body-Diode entspricht der 
Kollektor-Basis-Diode dieses Transistors.
Die Fairchild-AN ist da ganz hilfreich.
Es gibt auch MOSFET mit herausgeführtem Bulk-Anschluß, allerdings nur im 
Kleinleistungsbereich mit eingeschränkter Funktionalität, siehe 
Datenblatt.

Arno

Autor: adfix (Gast)
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>Häh ?
>Es gibt keinen Grund für FETs ohne Diode, die externe Schottky sparst du
>mit FETKY-MOSFETs von IR.

>[..]Versteh ich grad net...

Bei Spannungen >500V haben Shottkydioden oder Siliziumcarbiddioden einen 
Flusspannung, die höher ist als die der Bodydiode eines 
HochspannungsFets.

Der Strom wird deswegen den Weg über den FET suchen.

Wegen der hohen Schaltspannungen und dem Recoverystrom entsteht dadurch 
kurzzeitig eine sehr hohe Verlustleistung.

Autor: Michael (Gast)
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adfix schrieb:
> Bei Spannungen >500V haben Shottkydioden oder Siliziumcarbiddioden einen
> Flusspannung

Öhm...also bei mir ändert sich die Flussspannung einer Diode nicht 
wesentlich aufgrund der angelegten Spannung. Die Flussspannung ändert 
sich bei meinen Dioden meist nur aufgrund des fließenden Stroms. Kannst 
du genauer erläutern was du meinst?

Arno H. schrieb:
> Die Body-Diode ist durch den Herstellungsprozess bedingt. Der
> Source-Anschluß schließt die Basis des parasitären bipolaren Transistors
> mit seinem Emitter kurz. Die Body-Diode entspricht der
> Kollektor-Basis-Diode dieses Transistors.
> Die Fairchild-AN ist da ganz hilfreich.
> Es gibt auch MOSFET mit herausgeführtem Bulk-Anschluß, allerdings nur im
> Kleinleistungsbereich mit eingeschränkter Funktionalität, siehe
> Datenblatt.
>
> Arno

Das wurde bereits in den ersten Antworten zum Thema ge- und erklärt...;)

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

>> Bei Spannungen >500V haben Shottkydioden oder Siliziumcarbiddioden einen
>> Flusspannung

>Öhm...also bei mir ändert sich die Flussspannung einer Diode nicht
>wesentlich aufgrund der angelegten Spannung.

Das schrieb er auch nicht. Aber eine Diode mit 500V und mehr maximal 
zulässiger Sperrspannung hat auch prinzipbedingt eine höhere 
Flußspannung, auch bei geringen Strömen.

MfG
Falk

Autor: seennoob (Gast)
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Sorry das ich mich erst so soät wieder melde!

Ich wollte eigentlich die Diode eines Schaltreglers durch einen FET 
ersetzen aber leider macht die Diode im FET einen Kurzschluss (zb Buck 
Converter).

Ich bin auch offen für andere Lösung es geht um: von 12 V auf ca 2V zu 
kommen und das möglichst effizient (5A Strom).

Mfg

Autor: Michael (Gast)
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seennoob schrieb:
> Ich wollte eigentlich die Diode eines Schaltreglers durch einen FET
> ersetzen aber leider macht die Diode im FET einen Kurzschluss

Wie hattest du es denn angeschlossen?

Autor: Andreas K. (derandi)
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Michael schrieb:
> Wie hattest du es denn angeschlossen?

Wenn er den MOSFET so einbaut, das er die Diode ersetzt, ist die 
Body-Diode andersherum drin, in einem Abwärtswandler bildet sie also 
einen äußerst direkten Kurzschluss.
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Bu...
Dem könnte man begegnen, indem man eine Diode in Serie zum MOSFET 
schaltet, dann könnte man aber auch gleich die alte Diode drin lassen...

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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seennoob schrieb:
> Ich wollte eigentlich die Diode eines Schaltreglers durch einen FET
> ersetzen aber leider macht die Diode im FET einen Kurzschluss (zb Buck
> Converter).

Du must den Mosfet natürlich so herum einbauen, dass die Body-Diode in
die gleiche Richtung zeigt wie die Diode, die der Mosfet ersetzen soll,
sonst rumpelt's :)

Autor: Michael (Gast)
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Andreas K. schrieb:
> Wenn er den MOSFET so einbaut, das er die Diode ersetzt, ist die
> Body-Diode andersherum drin, in einem Abwärtswandler bildet sie also
> einen äußerst direkten Kurzschluss.

Und wenn er den MOSFET so einbaut, dass die Body-Diode so drin ist wie 
die alte Diode dann ist alles in Butter. ;)

Yalu X. schrieb:
> Du must den Mosfet natürlich so herum einbauen, dass die Body-Diode in
> die gleiche Richtung zeigt wie die Diode, die der Mosfet ersetzen soll,
> sonst rumpelt's :)

Genau, ich denke auch, dass er den MOSFET falsch rum drin hatte oder, 
was ja auch sein könnte, er hat das Gate offen gelassen/nicht 
angeschlossen.

Autor: Ernestus Pastell (malzeit) Benutzerseite
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Das ganze nennt sich Synchrongleichrichter.

Also wie schon gesagt den MOSFET anderst herum einbauen. im Ein-Zustand 
leitet der MOSFET Strom in beide Richtungen, nur in einer stört die 
Bodydiode ab deren Flussspannung.

Rote-Linie im Bild, schaltet der Transistor genug durch wirkt keine 
Diode.
http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:MOSFET-Kennlinie.svg

Schwierig wird der Wechsel von unterer Transistor leitend zu oberem 
Transistor leitend, denn erst schaltet der untere Transistor ab und die 
Bodydiode fängt den Induktionsstrom auf. Dann kommt obere Transistor 
leitend, jedoch hat die Bodydiode eine relativ große Speichererhohlzeit 
(t_rr ~100ns / Datenblatt). Das führt zu erhöhten Schaltverlusten.

Autor: Fralla (Gast)
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Mann muss das so timen das die Bodydiode nicht leitend wird, wie erwähnt 
die räumt sich schlecht aus. Zum ansteuern gibt da verchiedenste 
Trickschaltungen mit Stromspiegeln, uws. Die einfache "self-driven" 
Methode kann das einfch nicht.
Und überleg die auch den DICM (lückender betrieb)

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Ernestus Pastell schrieb:
> Schwierig wird der Wechsel von unterer Transistor leitend zu oberem
> Transistor leitend, denn erst schaltet der untere Transistor ab und die
> Bodydiode fängt den Induktionsstrom auf. Dann kommt obere Transistor
> leitend, jedoch hat die Bodydiode eine relativ große Speichererhohlzeit
> (t_rr ~100ns / Datenblatt). Das führt zu erhöhten Schaltverlusten.

Und hier kann dann wieder eine parallel zum Mosfet geschaltete Schottky-
Diode mit geringerer Flusspannung helfen.

Fralla schrieb:
> Und überleg die auch den DICM (lückender betrieb)

Dort hat man diesbezüglich natürlich die wenigsten Probleme.

Autor: seennoob (Gast)
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Also ist das ideale zur Steuerung ein dsPIC oder ein Piccolo von TI.
Zur Regelung dann mit PFM & PWM arbeiten. Den Strom ausregeln das er 
grad ned lückend ist. Zum "Freilauf-Mosfet" eine Shotky paralell 
schalten.
Das mit dem Strom spiegeln ist mir zu aufwendig wenn ich ehrlich sein 
darf.

Allen noch mal danke für die Unterstützung!

Mfg Patrick

Autor: Andreas K. (derandi)
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Michael schrieb:
> Und wenn er den MOSFET so einbaut, dass die Body-Diode so drin ist wie
> die alte Diode dann ist alles in Butter. ;)

Warum baut er dann nicht gleich eine diskrete Diode rein?

Autor: Fralla (Gast)
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>Dort hat man diesbezüglich natürlich die wenigsten Probleme.
Oft wird versuch den sync Fet durch invertierung des Gate Signals des 
EInschaktfets zu steuern. Dann gibts ein Problem.

Autor: seennoob (Gast)
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Andreas K. schrieb:
> Michael schrieb:
>
>> Und wenn er den MOSFET so einbaut, dass die Body-Diode so drin ist wie
>
>> die alte Diode dann ist alles in Butter. ;)
>
>
>
> Warum baut er dann nicht gleich eine diskrete Diode rein?

Naja weil ich den Buck-Converter für eine Ausgangsspannung von 1 bis 2V 
ist der Spannungsabfall bei etwas Strom (10A) schon mal 0,3 bis 0,4 V. 
Bei einem Mosfet wären dies bedeutent weniger.

ca 4W an der Diode, dann kommen noch was am Mosfet ein paar Watt und 
noch so ein paar kleinigkeiten.

Dann ist man gleich mal bei einem Wirkungsgrad von nur mehr 60% oder 
weniger mit schlechten Bauteilen usw

Autor: BMK (Gast)
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Na, dann schau dir doch mal an, wie das heutzutage gelöst wird.
Beispielschaltung auf Seite 23
http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tps28225.pdf

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