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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Transistor, 1A, 4MHz Schaltfrequenz


Autor: My D. (mydani)
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Hallo,

ich suche einen Transistor für eine PWM Applikation. Der Transistor soll 
für 300ns durchgeschaltet werden, mit einem Verbraucher (12V, 10W).

Wäre ein MOSFET oder eine Darlingtonstufe etwas?
Wahrscheinlich brauche ich bei der Frequenz einen Treiber?

Gruß und Dank
Daniel

: Verschoben durch Admin
Autor: Karl (Gast)
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Machbar ist das schon aber wozu willst du eine solch hohe Frequenz? 
Dadurch ist die Ansteuerung nicht sonderlich einfach, du bekommst 
extreme Störungen im Rundfunkbereich und die Schaltverluste sind extrem 
hoch (sprich dein Fet wird warm/heiß). Durch die Störungen müsstest du 
alles sauber abschirmen und mit Filtern versehen. Ist dir das klar?

Wenn ja: Nimm ein Mosfet und einen passenden Mosfet-Treiber dazu. Damit 
sollte es funktionieren. Schau hier in dem Artikel Mosfet-Übersicht da 
sollte was passendes dabei sein.

Die Filter sowie Abschirmung kommt dann noch extra dazu. Filter muss in 
die Versorgungsspannung und in den Ausgang. Alles dazwischen (inkl. 
Filter müssen in ein Metallgehäuse) Die Filter in abgetrennte Bereiche. 
Aber ich denk du kommst sicherlich auch mit einer niedrigeren Frequenz 
zurecht (-200kHz) da hast du noch nicht so extrem mit solchen Problemen 
zu kämpfen und dein Fet wird auch nicht so warm.

Gruß Karl

Autor: Willi (Gast)
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My D. schrieb:
> mit einem Verbraucher (12V, 10W).

LED? Die müßte man noch aktiv ausschalten, damit sie nicht 
"nachleuchtet".
Vielleicht auch direkt mit MOSFET-Treibern ansteuern. Die bringen den 
Strom, die passenden Flanken und Push-Pull-Ausgänge.

Autor: My D. (mydani)
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Hallo Karl,

es handelt sich um eine Art Ambilight mit 1W LED Lampen, Ansteuerung bei 
100 Hz. Selbst bei 1/65535 Taktung sind die Lampen fast schon zu hell.
Daher die hohe Frequenz.

Netzfilter, Filterung auf der Platine sowie Abschirmung über 
Metallgehäuse ist möglich. Die MOSFETs müsste ich also ev. kühlen.

Hm. Vielleicht wäre eine 2-stufige Lösung besser. Ein Treiber mit 100Hz, 
dessen Ausgangsleistung ich per PWM einstellen kann.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@My D. (mydani)

>es handelt sich um eine Art Ambilight mit 1W LED Lampen, Ansteuerung bei
>100 Hz. Selbst bei 1/65535 Taktung sind die Lampen fast schon zu hell.
>Daher die hohe Frequenz.

Was möglicherweise an deiner aktuell genutzten Treiberschaltung liegt, 
die nicht wirklich schnell schalten kann. Ein Oszilloskop bringt hier 
Klarheit.
Und ein Schaltplan.

>Netzfilter, Filterung auf der Platine sowie Abschirmung über
>Metallgehäuse ist möglich. Die MOSFETs müsste ich also ev. kühlen.

Jo, Mann, echt cool wa!

Meine Herrn, mal nicht soviel Red Bull saufen un DMAX guggen, vielleicht 
ab und an nen Beruhigungstee und BR-Alpha Telekolleg E-Technik. Dann 
würde dir vielleicht dämmern, dass man bei lausigen 1A einen passenden 
MOSFET keine Sekunde kühlen muss. Und dir würde vielleicht auch klar 
werden, dass 300ns Schaltzeit mit 4 MHz nicht viel zu tun haben.

>Hm. Vielleicht wäre eine 2-stufige Lösung besser. Ein Treiber mit 100Hz,
>dessen Ausgangsleistung ich per PWM einstellen kann.

Der direkte Ansatz, einen IRF7103 oder IRLZ34N (für Grobmotoriker) zu 
nehmen und einfach per AVR anzusteuern sollte genügen. Auch ohne Boa Eh!

MfG
Falk

Autor: Willi (Gast)
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Falk Brunner schrieb:
> Der direkte Ansatz, einen IRF7103 oder IRLZ34N (für Grobmotoriker) zu
> nehmen und einfach per AVR anzusteuern sollte genügen.

Na det will ick sehn.

Autor: My D. (mydani)
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Falk Brunner schrieb:
> Und dir würde vielleicht auch klar
> werden, dass 300ns Schaltzeit mit 4 MHz nicht viel zu tun haben.

Bei einer Periode von 300ns komme ich auf 3.3MHz.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  My D. (mydani)

>> Und dir würde vielleicht auch klar
>> werden, dass 300ns Schaltzeit mit 4 MHz nicht viel zu tun haben.

>Bei einer Periode von 300ns komme ich auf 3.3MHz.

Dumm nur, dass man während einer Periode schon bissel mehr machen 
will/muss als nur einzuschalten . . .

WENN schon, dann könnte man bestenfalls die Anstiegszeit grob in 
Bandbreite umrechnen

f = 0,35/tr

f = Bandbreite, tr = Anstiegszeit 10%/90%

Macht bei 300ns ~ 1MHz

MFG
Falk

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

>> Der direkte Ansatz, einen IRF7103 oder IRLZ34N (für Grobmotoriker) zu
>> nehmen und einfach per AVR anzusteuern sollte genügen.

>Na det will ick sehn.

Na dann mach es doch einfach mal und miss mit dem Oszilloskop.

Der IRF7103 hat typ. 12nC Total Gate Charge.

Q = I * t
t = Q/I

Wenn man mal sehr konservativ von 20mA Ausgangsstrom ausgeht, komme ich 
da auf ~600ns Schaltzeit. Real wird man wohl bei 200-500ns landen, muss 
man mal probieren. Damit kann man dann auch eine LED mit 100 Hz und 
vielleicht 10-12 Bit PWM sauber dimmen.

MfG
Falk

Autor: Willi (Gast)
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Falk Brunner schrieb:
> Na dann mach es doch einfach mal und miss mit dem Oszilloskop.

Eh, watt denn? Deinen Murks soll ich jetzt noch selber aufbauen?

Autor: Falk Brunner (falk)
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Für alle Forumsexperten und Freizeitphilosophen, hier mal ein paar hands 
on facts. IRF7103, direkt mit einem AVR@5V getrieben. Sehen Sie selbst! 
Das Gatesignal, einmal im Leerlauf, einmal mit 1A Last (2x47 Ohm 
parallel an 24V).

Q.E.D.

MfG
Falk

Autor: Falk Brunner (falk)
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Und weil wir gerade dabei sind, hier die Sache nochmal mit IRLZ34N.

Autor: My D. (mydani)
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Hallo Falk,

danke für deine Messungen! So ein LeCroy ist eine feine Sache. Ich habe 
leider nur ein Tektronix ohne Möglichkeit, Messungen an den PC zu 
senden. Sonst hätte ich das für Post 1 getan.

Ich habe mich bezüglich Frequenz falsch ausgedrückt. Die Steuerspannung 
ist natürlich kein Rechteck mit 3.3MHz. Es kommt für die Auflösung der 
PWM, wie deine Messungen zeigen, auf Rise/Fall Zeit des Transistors an.

Mit dem IRF7103 wäre, wenn man Bauteilschwankungen und 
Sicherheitszugaben außer Acht läst, sogar eine PWM mit 16Bit möglich, 
wobei dann nur eine sehr kurze Zeit durchgeschaltet wäre.
Ein einfacher Transistor wäre wahrscheinlich die meiste Zeit in P_tot.
Ich mach mich mal ans Datenblatt der IRF7103...

Gruß,
Daniel

Autor: Willi (Gast)
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Falk Brunner schrieb:
> Q.E.D.

Gut, dann war es ja doch nicht verkehrt, Dir einen kleinen Schupps zu 
geben, um die Hausaufgaben selber zu machen :-)
Dennoch zeigst Du nur das Signal am Gate; das Signal am Drain ist das 
entscheidene und zwar mit der LED als Last.

@Daniel
Da nur Du diese LED hast aber auch ein Oszi, miss doch mal am Drain 
nach.

Ein brauchbarer MOSFET-Treiber wäre ein MIC4421, der schnell schaltet 
und in <30ns 10nF umladen kann.

Autor: My D. (mydani)
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Hallo zusammen,

wenn die Ansteuerung durch ein 74HC595 (typ. Rise/Fall bei ~2ns, Setup 
bei ~4ns) passieren soll, würden bei 8 MOSFETs gleichzeitig geschaltet 
für - sagen wir 100ns - 8*12nC fließen, was ~1A entspricht. Wenn ich das 
Datenblatt des 74HC595 richtig lese ist der max. Strom pro Ausgang 20mA, 
insg. bei 70mA. :-) Das ist wahrscheinlich der maximale Wert für 
statische Verhältnisse. Wie komme ich denn an dynamische Werte? 
Try/Error?

Gruß,
Daniel

Autor: My D. (mydani)
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PS: Den 6C595  hab ich mir angeschaut, allerdings hat der Rise/Fall 
Zeiten von 80ns/100ns, also sub-optimal.

Autor: My D. (mydani)
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Bauteile sind bestellt, werde mal ausgiebig testen.
Eine Alternative die mir noch im Kopf herumschwirrt wäre eine 
Darlingtonstufe. Z.B. BD679A wenn die Last gleich geschaltet werden 
soll, oder vielleicht BC517 als Vorstufe für die MOSFETs.
Speziell BC517 mit einer Verstärkung von 30000 und I_c von 0.5A könnte 
ich auch mit einem normalen 74HC595 ansteuern ohne den max Strom des 
Schieberegisters zu sprengen.

Autor: Willi (Gast)
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My D. schrieb:
> Eine Alternative die mir noch im Kopf herumschwirrt wäre eine
> Darlingtonstufe.

Klasse, mit Darligntons erreicht man locker Schaltzeiten im ps-Bereich - 
aber nur im Kopf.
Im realen Leben reicht es, den Transitor alle 100µs kurz einzuschalten, 
um Dauerlicht zu bekommen.

Rat hast Du genug bekommen, jetzt gibt es Schläge :-)

Autor: David (Gast)
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Hallo My D.,

was auch geht ist ein MOSFET-Treiber (z.B. MCP1401) als Pegelwandler von 
3,3...5V auf 12V und dann ein Bipolartransistor (z.B. FMMT618) als 
Emitterfolger. Damit sind 300ns kein Problem.

David

Autor: mydani (Gast)
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Vorschläge sind auch Schläge!! :-)

Aber bitte nicht nur mich schlagen, die Transistor-Übersicht suggeriert 
auch mehr, als die Transistoren können - z.B hat der 517 eine fG/MHz von 
200.

Ich kauf ja schon den MIC4421, im Datenblatt steht wenigstens 450µA und 
für Logic Level geeignet, aber eben 4 x teurer als ein MOSFET.

Autor: My D. (mydani)
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Hallo Willi,

> Im realen Leben reicht es, den Transitor alle 100µs kurz einzuschalten,
> um Dauerlicht zu bekommen.

Ansteuerung an der Basis für 100ns @5V, Strom an einer normalen LED 
@12V/2k7 für 1.5µs, BC337 mit Z-Diode.

Gruß,
Daniel

Autor: My D. (mydani)
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Nabend,

mal abseits vom Thema, ich habe jetzt die Datenblätter verschiedener 
MOSFETs verglichen, IRLR024Z, IRLZ34N,IRLU024N,TMS2302,IRF7103.
Darunter sind Logic Level und nicht Logic Level Transistoren.
Die Gate Kapazität lag zwischen 5nC und 25nC, egal ob LL oder nicht LL.
Auch Rise/Fall-Zeiten sind vergleichbar. Und ebenso die Gate Threshold 
Voltage, von 1V bis 3V.

Den einzigen Indikator für LL ist dann die Kennlinie I_D zu V_GS - ist 
meine Erkenntnis da richtig?

Gruß und Dank
Daniel

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