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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Schaltung für Flankensteilheit bei Powertransistoren


Autor: robert diart (Gast)
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hallo!
Ich habe folgendes Problem: Ich möchte einen Rechteck- Pulsgenerator
bis 100 KHZ aufbauen Strom bis 20 Ampere, bei max. 100V , Transistoren
habe ich als bipolar, igbt, oder als mosfet zur Verfügung, auch
Treiberbausteine (zb. TC4422) Obwohl das Signal am Taktgeber (zb TL494
oder NE555) einwandfrei ist, sieht es am Transistor bestenfalls einer
"Trapezspannung" ähnlich. Kennt Jemand eine Schaltung, oder einen
Trick, damit der Powertransistor zügig durchschaltet? Ich denke, das
Problem haben auch andere, oder?
Dankeschön!
mfG
Robert Diart

Autor: Michael (ein anderer) (Gast)
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Powertransistor mit ordentlich Leistung ansteuern? Ordentliche Leistung
aus ordentlich entwickelter Endstufe bereitstellen?

Und was heisst "Trapez"? Du wirst immer ein Trapez haben. Die
entscheidende Frage ist nur, wie steil die Flanken sind und wie steil
sie werden sollen...

Autor: robert diart (Gast)
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Hallo! Danke für ihre antwort erstmal. Das es eine 100%ige
flankensteilheit nicht gibt, das weiss ich, aber sie macht in der regel
ca 1/3- 1/4 eines Kompletten Pulses bzw. der gesamten Zeit! aus
das ist garantiert zu viel.

Autor: Michael (ein anderer) (Gast)
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@robert diart:

Das glaube ich Dir gerne. Nur, ohne konkrete Frage keine konkrete
Antwort...

Häng' doch mal einen Schaltplan was Du bis jetzt hast hier an, und
sag' doch mal was über die geforderte Flankensteilheit. Was bedeuted
bei Deiner Anwenung "garantiert zu viel"?

Und wie ich schon sagte, die Schaltgeschwindigkeit eines Mosfets hängt
(fast) nur von der Ansteuerung ab. Den benötigten Strom dafür kannst Du
Dir leicht selbst ausrechnen: Erforderliche Gate-Ladung dividiert durch
Anstiegszeit = benötigter Strom.

So, und wenn Du das nun hast, suchst Du Dir entweder eine fertige
Ansteuerung für einen Mosfet raus die das kann, oder Du baust sie mit
den entsprechenden Daten selber.

Autor: KlaRa (Gast)
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Hallo Robert,
ganz allgemein gesagt, ein Transistor sperrt um so schneller, je
schneller man ihm die Ladung aus der Basis herauszieht. Im einfachsten
Fall legt man die Basis auf 0V. Soll es scheller gehen so legt man eine
negative Spannung an. Das gleiche bewirkt auch ein Emitterwiderstand.
Bei der negativen Spannung können allerdings die negativen Basisströme
grösser als zulässig werden. Die trifft für MOS-Fet ebenfalls zu. Hier
gibt es spezielle Steuermodule.
Die Flankensteilheit hängt übrigens auch von der äusseren Beschaltung
ab. Hierbei setzt die Resonanzfrequenz der Beschaltung eine Grenze.
Schneller geht es nicht.

Gruss Klaus.

Autor: Alexander (Gast)
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Eins verstehe ich aber nicht:
es gibt ja noch die Gate-Kapazität und noch eine parallele dazu. Muß
man nicht mit der gewünschten Gate-Spannung rechnen um mit der
Schaltgeschwindigkeit (z.B. 100kHz und 1% Rechteck-Verzerrung, also
10MHz) auf den erforderlichen Strom zu kommen?
Oder ist die Gatekapazität aus den Datenblättern nur die, die man
benötigt damit der MOS "ein bißchen" aufmacht?

Autor: nides (Gast)
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Die Gatekapazität ist jene Kapazität die du bei jedem Schaltvorgang
(Ent)laden musst.

Autor: nides (Gast)
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"ein bißchen" mehr aufgeladen => "ein bißchen" mehr aufgemacht

Autor: Alexander (Gast)
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Ja, schon klar. Aber die Kapazität ist doch aussagekräftiger. Die Ladung
ist ja direkt proportional zur Gatespannung. Also Q_gate bei
U_gs_threshold ??

Autor: Uwe (Gast)
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Hi!
Es gibt da noch eine Kapazität die dir noch viel mehr zu schaffen
machen wird, und zwar Cdg. Sie ist Spannungs und Stromabhängig und
schlecht berechenbar. Ihre Auswirkung ist in den steigenden und
fallenden Flanken an einem plötzlichen Absatz im Spannungsan/abstieg zu
erkennen. Wenn du nach Treibern suchst, bemühe bitte mal die
Suchfunktion der Codesammlung.

MFG Uwe

Autor: Michael (ein anderer) (Gast)
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@Alexander:

Also, das Problem ist, die Kapazität ändert sich ziemlich seltsam in
Abhängigkeit von verschiedenen Parametern an einem Mosfet. So ein Gate
ist nämlich kein Kondensator, sondern verhält sich nur ähnlich, d.h.
speichert Ladung.

Am Anfang ist der "Gate-Kondensator" relativ klein, beim Erreichen
der Gate-Treshold-Spannung wird er plötzlich richtig groß um nach
Überwinden dieser Phase wieder plötzlich kleiner zu werden.

Mit dieser variabler Kapazität kann man nicht ordentlich rechnen. Darum
ist in den Datenblättern eigentlich immer die benötigte Ladungsenergie
(Total-Gate-Charge) abhängig von Gatespannung und Drain-Source-Spannung
angegeben.

Anhand dieser Kurven kann man auch die Ansteuerschaltung so auslegen,
dass sie eben im kritischen Moment ausreichend Strom liefert um den
Mosfet schnell zu schalten; eben so, dass die niedrige Impedanz der
Ansteuerschaltung genau im Bereich der Gate-Treshold-Spannung liegt.

Autor: Alexander (Gast)
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Danke! Habe bisher dafür noch keine Erklärung gefunden!
Mal sehen, ob das dann bei mir immer noch funktioniert. Ich hatte vor,
das Gate mit 15V anzusteuern. Wenn es im Experiment auch mit weniger
geht, dann versuche ich das natürlich auch.

Autor: Michael (ein anderer) (Gast)
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@Alexander:

Naja, das Gate auf eine unnötig hohe Spannung aufzuladen, bringt kaum
etwas. Es kommt immer auf den Mosfet drauf an, wieviel Spannung Du für
Deine Anwendung brauchst. Einfach in den Datenblättern nachsehen.

Autor: Christian Hoefling (Gast)
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Koennte man nicht Step Recovery Dioden benutzen um die Flankensteilheit
zu erhoehen?
Wir hatten sowas mal in einer Vorlesung!Leider hab ichs da nich so ganz
geschnallt :(

auf jedefall kann man damit auch Rechteckgeneratoren basteln.

mfg

Chris

Autor: Alexander (Gast)
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@ Michael (ein anderer):
Schon klar. Seltsamerweise kam bei LTSpice aber bis zu einer
Gatespannung von 60V eine Steigerung des Durchlaßstromes zu stande.
Klar, das kann nicht stimmen und außerdem war das irgendein MOS...
Ich verwende den BUZ72A und bei ca. 10V dürfte sich da nicht mehr viel
tun aber nachmessen werd' ich trotzdem.

Autor: Michael (ein anderer) (Gast)
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@Alexander:

Huh... 60 Volt auf's Gate? Da wird vom Mosfet nicht mehr viel übrig
bleiben, danach ist er nämlich einfach nur noch kaputt...

Und wenn Du in einem Spice so ein Mosfet Model ausserhalb der normalen
Parameter betreibst, kommt nur noch Mist heraus.

Ein Model ist ja nicht die Wirklichkeit, sondern simuliert bzw.
versucht einen kleinen Teil der Wirklichkeit möglichst originalgetreu
darzustellen.

Kannst es selber mal mit Lt-Spice ausprobieren: Nimm mal eine 1N4148,
häng' die an eine Spannungsquelle mit 30 Volt und 0,1 Ohm
Innenwiderstand, und miss den Strom. Ich hab's gerade ausprobiert, da
behauptet Spice auch, durch die Diode würden 43 Ampere fliessen...

Und wenn Du lustig bist, kannst Du das mit Deinem Netzgerät
ausprobieren, was eine 1N4148 denn nun wirklich macht, wenn Du sie an
30 Volt direkt hängst...

Ich denke aber, das Ergebnis kannst Du Dir denken...

Autor: Michael (ein anderer) (Gast)
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@Christian Hoefling:

Naja, was Du verwendest, ist eigentlich egal. Es muss zum schnell
Schalten eben nur ordernlich Strom liefern.

Wenn ein Gate 50nC benötigt, und Du möchtest den Mosfet in einer
Mikrosekunde einschalten, geht das mit gemütlichen 50mA. Wenn Du unter
gleichen Bedingungen das in 100ns erledigen willst, braucht's dazu
schon 500mA. Das ist auch noch relativ einfach zu schaffen. Wenn der
Mosfet dann aber in 10ns schalten soll muss das mit 5 Ampere erledigt
werden, und das ist dann richtig kompliziert...

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