Durchschaltgeschwindigkeit eines MOSFETs

Was bietet das Datenblatt denn an ? Was sagen die Werte des Datenblattes 
denn aus ?

Und genau Rise time ist nicht drin... Es gibt 15A Treiber, sogar 30A 
Treiber, die koennen ein nF Gate in 4ns umladen.

Praxiswissen schrieb:
> Ok danke, Rise time beträgt in meinem Fall 27ns(IRF9510), wenn ich jetzt
> allso das Transistor-Gate mit Spannung "versorge", dann dauert es 27ns
> bis die Spannung an Drain vollständig anliegt.

Die On-Time kommt auch noch dazu. Alle Zeiten gelten natürlich nicht 
pauschal, sondern nur mit den im Datenblatt angegebenen Parametern im 
Kleingedruckten!

Praxiswissen schrieb:
> hört sich wohl danach an als wäre ein Oszi nötig -,- ...

Wenn du an die Schaltgrenze des MOSFETs willst, noch nicht mal ein 
Oszilloskop hast und diesen hässlichen Smiley öfter machst, frage ich 
mich, ob dies das richtige für dich ist.

Junge, mach die Augen auf und schau ins Datenblatt und lies App Notes 
der Hersteller. Das ist sowas von typenabhängig!

Eine Frage des Treibers. Mit einem Schwachstrom Treiber der 60/80mA 
bringt dauert es etwas laenger wie ein Leistungstriber der 1.5A ++ 
bringt.

Dekad Oschi schrieb:
> Eine Frage des Treibers. Mit einem Schwachstrom Treiber der 60/80mA
> bringt dauert es etwas laenger wie ein Leistungstriber der 1.5A ++
> bringt.

Stimmt, das kommt auch noch dazu.

Man kann aber alles theoretisch ablesen und ausrechnen. Aber man muss 
wissen wie.

Dekad Oschi schrieb:
> Eine Frage des Treibers. Mit einem Schwachstrom Treiber der 60/80mA
> bringt dauert es etwas laenger wie ein Leistungstriber der 1.5A ++
> bringt.

Es ist nicht nur eine Frage des Treibers. Der Mosfet hat einen 
bestimmten Gate-Widerstand "schon eingebaut", der ist im Datenblatt 
allerdings nicht immer angegeben. Durch diesen Gate-Widerstand wird der 
maximale Gate-Strom definiert, der bei einer bestimmten Treiber-Spannung 
fließen kann.

Es bringt also nichts, einen 15A Gate-Treiber an einen Mosfet 
anzuschließen, der 2 Ohm Gate-Widerstand hat, da sowieso nur ein viel 
kleinerer Strom fließen kann.

Hallo Praxiswissen,
TI hat in einem Application Report eine ausführliche Berechnung der 
Schaltung durchgeführt. Man geht hier auch im Detail auf die "rise and 
fall time" in Abhängigkeit des "miller plateau" ein.

http://www.ti.com/lit/an/slua560c/slua560c.pdf

Kapitel 9, Select FETs QE and QF, Seite 11.

Ich stufe es ein als "Das was ich schon immer wissen wollte".
Ich denke, das wird Dir auch etwas weiterhelfen.

Gruss Klaus.

Praxiswissen schrieb:
> Ok danke, Rise time beträgt in meinem Fall 27ns(IRF9510), wenn ich jetzt
> allso das Transistor-Gate mit Spannung "versorge", dann dauert es 27ns
> bis die Spannung an Drain vollständig anliegt.

Bei der entsprechend im Datenblatt angegebenen Gate-Spannung, Rnadwerte 
beachten ;)

Polo schrieb:
> Klaus Ra. schrieb:
>> Hallo Praxiswissen,
>> TI hat in einem Application Report eine ausführliche Berechnung der
>> Schaltung durchgeführt. Man geht hier auch im Detail auf die "rise and
>> fall time" in Abhängigkeit des "miller plateau" ein.
>>
>> http://www.ti.com/lit/an/slua560c/slua560c.pdf
>>
>> Kapitel 9, Select FETs QE and QF, Seite 11.
>>
>> Ich stufe es ein als "Das was ich schon immer wissen wollte".
>> Ich denke, das wird Dir auch etwas weiterhelfen.
>>
>> Gruss Klaus.
>
> Ja, die Formel hab ich gefunden, das Problem ist aber doch wieder dass
> da viele Werte aus dem Datenblatt nur für bestimmte Randbedingungen
> gelten (zb Vds, Id, Vgs) und die sind ja evtl abweichend?

Der Schaltvorgang in einem Mosfet ist schon relativ kompliziert, wenn 
man sich das etwas genauer anschaut. Da kann man nicht nur irgendwo eine 
Formel heraussuchen und da irgendwelche Zahlen einsetzen.

Wichtig ist, dass man den Mosfet als Bauteil verstanden hat und auch 
versteht, wie die einzelnen Parameter zusammenhängen. Nur dann kann man 
mit so einer Formel auch etwas berechnen bzw. abschätzen, wie sich das 
ganze mit anderen "Randbedingungen" verhält.

In einer realen Schaltung wirken sich dann auch noch parasitäre Effekte 
wie z.B. Leitungsinduktivitäten auf den Schaltvorgan aus.

Schon die ursprüngliche Frage "weiß jemand wie schnell ein Mosfet 
typischerweise durchschaltet" ist ziemlich unpräzise gestellt.

Es kommt nämlich drauf an, ob eine induktive oder eine ohmsche Last 
geschaltet wird oder ob vielleicht noch eine Diode mit einer großen 
"reverse recovery charge" mit dran hängt.

Beschreib doch mal deine Anwendung mit einem Schaltplan und allen 
Randbedingungen. Dann kann dir vielleicht jemand erklären, wie man die 
Schaltgeschwindigkeit abschätzen bzw. beeinflussen kann.

Die Rise- bzw. Falltime am Mosfet hängt mit du/dt zusammen. Wenn man 
z.B. eine Spannung von 100V in 10 ns schalten möchte, bekommt man eine 
du/dt von 10 V/ns. Während die Drain-Spannung schaltet, liegt die 
Gate-Source-Spannung ungefähr bei der Schwellspannung, z.B. 4V.

Im Mosfet wirkt eine Kapazität zwischen Drain und Gate, bei einem 
positiven du/dt am Drain (Auschaltvorgang) fließt also ein Strom vom 
Drain zum Gate, dadurch wird die Gate-Spannung etwas angehoben, was dem 
Abschaltvorgang entgegenwirkt. Der Strom, der durch diese Kapazität 
fließt, ist I = C * du/dt, bei z.B. 100 pF ergibt das in diesem Beispiel 
einen Strom von 1A.

Der Treiber muss im Low-Pegel also einen Strom von 1A aufnehmen können, 
dabei darf die Treiber-Ausgangsspannung nicht größer als die 
Schwellspannung werden. Wenn man die Anstiegszeit der 
Drain-Source-Spannung schneller machen möchte, braucht man einen 
entsprechend größeren Gate-Strom.

Praxiswissen schrieb:
> Für die MOSFETs wird
> ein einfacher Treiber mit der selben Spannung verwendet (Vgs=Vds), er
> besteht aus einem bipolaren Transistor und einem Pullupwiderstand:
> http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/7/7b/Gate...

Diese Schaltung würde ich nicht als "Treiber" bezeichnen, das ist eher 
ein Pegel-Wandler von z.B: 5V-TTL auf 15V. Das ist nur für sehr niedrige 
Schaltfrequenzen bzw. für statischen Ein/Aus Betrieb geeignet.

Bei einem High-Pegel am Eingang schaltet der NPN durch und das Gate wird 
entladen. Dabei erreicht man je nach Typ des NPN-Transistors eine 
relativ hohe Schaltgeschwindigkeit.

Dafür eignen sich ganz gute die Low-Vce-Sat Typen (z.B: PBSS4440), da 
sie eine sehr niederohmige Kollektor-Emitter-Strecke haben.


Um den Mosfet einzuschalten, fließt der Gate-Strom durch den Pull-Up 
Transistor R2, hier wird also durch diesen Transistor der Gatestrom 
begrenzt. Gleichzeitig kann man diesen Widerstand aber nicht sehr 
niederohmig machen, weil der sonst sehr viel Leistung braucht.
Damit kommt man also nur auf ein paar 100 mA Gatestrom und somit auf 
eher langsame Schaltgeschwindigkeiten.

Johannes E. schrieb:
> Die Rise- bzw. Falltime am Mosfet hängt mit du/dt zusammen. Wenn man
> z.B. eine Spannung von 100V in 10 ns schalten möchte, bekommt man eine
> du/dt von 10 V/ns. Während die Drain-Spannung schaltet, liegt die
> Gate-Source-Spannung ungefähr bei der Schwellspannung, z.B. 4V.

Das kann man so nicht sagen. Das hängt immer von dem jeweilig FET ab. 
Die FETs, die ich bisher so hatte hatten immer ein Ugs von 10V, die 
Schwellspannung liegt auch bei diesen Dingern nicht selten um die 3V. 
Die Testbedingungen für die Rise Time und Co jedoch werden normaler 
Weise immer angegeben. ;)

Wie Johannes und andere beschreiben, hängt die Schaltgeschwindigkeit von 
sehr vielen Parametern ab.

Das Datenblatt gibt einige Hinweise auf Parameter des MOSFET, aber die 
tatsächlichen Geschwindigkeiten hängen stark von der äußeren Beschaltung 
und dem jeweiligen Arbeitspunkt ab.

Einen groben Richtwert kann man aus der Gateladung erhalten. Denn nur 
wenn das Gate umgeladen wird ändert der MOSFET seinen Schaltzustand.
http://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-6005.pdf
Siehe Formel 10A / 10B.
Der Treiberstrom wird typischerweise von einer Spannungsquelle mit 
Serienwiderstand geliefert, es ergibt sich in einiger Näherung etwas wie 
ein RC Netzwerk.

Die Ansteuerung am Gate ist aber nur ein Indikator für das resultierende 
dU/dt an Drain-Source. Hier muss nämlich noch die parasitäre Kapazität 
Cds umgeladen werden. Beim schnellen Einschalten wird diese Kapazität 
vom MOSFET selbst kurzgeschlossen und ein schnelles Abfallen der 
Spannung kann beobachtet werden. Die steigende Flanke (beim Abschalten) 
wird schneller, wenn im eingeschalteten Zustand ein größerer Strom 
geflossen ist.

Beim Abschalten des MOSFET kommt es noch auf die vorherige Stromrichtung 
an. Wenn der MOSFET vorher in Durchlassrichtung seiner internen Body 
Diode betrieben wurde muss beim Abschalten zusätzlich zur Cds noch der 
Reverse Recovery Strom der Body Diode aufgebracht werden, dieser Strom 
verlangsamt das Abschalten zusätzlich.

Ansonsten hilft ausprobieren und nachmessen :)