Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Mosfet-Treiber für PWM


von Michael N. (much)


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Hallo,

ich versuch grad eine PWM-Steuerung für einen kleinen GM (12V, 40W) zu 
planen. Da ich bislang noch nie mit Power-Mosfets gearbeitet habe möchte 
ich den Treiber selbst aufbauen. Dabei hab ich mich am Artikel 
http://www.mikrocontroller.net/articles/Treiber orientiert. Bei der 
Dimensionierung der Bauteile bin ich mir allerdings noch nicht ganz 
sicher und möchte euch daher bitten mir dabei ein wenig weiter zu 
helfen.

1) R8||R9 kann ich über die Stromtragfähigkeit der Bipolartransistoren 
Dimensionieren. richtig?
2) R8 dimensioniere ich über meine Vorgabe bzgl. Spannungsüberschwingen. 
richtig?
3) So wie ich das verstanden habe ist die Wahl der Diode D2 relativ 
unkritisch. Kann ich die BAT54 durch eine BYV2100 (ebenfalls Schottky) 
ersetzen oder wurde die BAT54 im Artikel neben der Schaltgeschwindigkeit 
auch aus anderen Gründen gewählt?
4) Worauf basiert die Dimensionierung der Kapazitäten von C11 und C12? 
Sind das Stützkondensator (C12) und Abblockkondensator (C11)?

lg,
michael

von Daniel M. (erfolgstyp)


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servus
also ich habs so gmacht
http://www.mikrocontroller.net/attachment/108946/n_Fet.png
funktioniert einwandfrei
wobei der kondensator 22pF hat

von Michael N. (much)


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deine Schaltung funktioniert soweit ich sehe nach dem selben Prinzip.
Hast du keine Kondensatoren an der Gegentaktstufe?
Mit welcher Schaltfrequenz betreibst du deinen Mosfet? Mein Wunschziel 
wäre ja irgend was in der Größenordnung von 8kHz.

von Daniel M. (erfolgstyp)


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Die Spannung für die Gegentaktstufe kommt von nem L7815 da sind 
natürlich schon Kondensatoren dran.
Ich betreibe den FET mit ca 30kHz da ginge aber noch wesentlich mehr 
denk ich.

von Floh (Gast)


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Michael N. schrieb:
> Mein Wunschziel
> wäre ja irgend was in der Größenordnung von 8kHz.

Wie groß ist denn der Motor?

von Michael N. (much)


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Ach ja,
ich hab schon wieder eine Frage. Kann ich den Kühlkörper nach folgender 
Leistung Dimensionieren?
(Formel aus oben genannten Artikel)

von Michael N. (much)


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Floh schrieb:
> Wie groß ist denn der Motor?

Der Motor hat 40W und eine Betriebsspannung von 12-18V laut Aufschrift. 
Mehr Daten gibts dazu leider nicht.

edit: Leerlaufdrehzahl 20000U/min steht auch noch drauf falls dies von 
Interesse sein sollte.

von Floh (Gast)


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Die Frage deshalb, um die Trägheit vom Motor abschätzen zu können.
Denn bei genügender Trägheit kann man die PWM-Frequenz auch viel weiter 
unten ansetzen, meinetwegen 300-500 Hz und so die Umladeverluste klein 
halten.
:-)

von Michael N. (much)


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Floh schrieb:
> Die Frage deshalb, um die Trägheit vom Motor abschätzen zu können.
> Denn bei genügender Trägheit kann man die PWM-Frequenz auch viel weiter
> unten ansetzen

Der Motor stammt aus einer kleinen Proxxon Micromot. Das Trägheitsmoment 
ist also nicht sonderlich groß. Allerdings schätze ich, dass ich 
trotzdem weit unter den oben genannten 8kHz bleiben kann. (Der Treiber 
sollte aber trotzdem möglichst an diese Frequenz herankommen)

Bei der Dimensionierung der Bauteile konnte mir bislang aber leider noch 
niemand weiterhelfen. Vor allem bei der Wahl der Diode D2 wäre ich froh 
wenn mir jemand bestätigen könnte, dass diese durch eine andere Schottky 
Diode ersetzt werden kann.

lg Michael

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Michael N. schrieb:
> Bei der Dimensionierung der Bauteile konnte mir bislang aber leider noch
> niemand weiterhelfen. Vor allem bei der Wahl der Diode D2 wäre ich froh
> wenn mir jemand bestätigen könnte, dass diese durch eine andere Schottky
> Diode ersetzt werden kann.

Du brauchst weder R8 noch R9 noch D2. Viel interessanter sind Vcc (5V 
wie es aussieht?) und R10 und woher das PWM-Signal kommt.

5V sind mit dieser Schaltung übrigens nicht üppig, weil bedingt durch 
die U_be der Treibertransen am Gate nicht mehr als 4.3V und nicht 
weniger als O.7V erreicht werden können. Warum nimmst du nicht einfach 
ein Treiber-IC (4050, 40098, 74HC125, etc) und schaltest alle Treiber 
parallel?

Andererseits sind 12V/3.5A ein Klacks für diesen FET, zumal du ihn ja 
dank TO220 einfach kühlen kannst. Und 8kHz sind gar nix.


XL

von Michael N. (much)


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Axel Schwenke schrieb:
> Du brauchst weder R8 noch R9 noch D2. Viel interessanter sind Vcc (5V
> wie es aussieht?) und R10 und woher das PWM-Signal kommt.
>
> 5V sind mit dieser Schaltung übrigens nicht üppig, weil bedingt durch
> die U_be der Treibertransen am Gate nicht mehr als 4.3V und nicht
> weniger als O.7V erreicht werden können. Warum nimmst du nicht einfach
> ein Treiber-IC (4050, 40098, 74HC125, etc) und schaltest alle Treiber
> parallel?

Danke für die Antwort. Treiber wollte ich keinen nehmen, weil ich mich 
in Bezug auf Mosfet-Treiber etwas schlauer machen wollte und es mal ohne 
versuchen. Wenn ich einen fertigen Treiber-IC verwende, muss ich mich ja 
nicht in die Thematik einarbeiten, weil der IC dann ja quasi alles für 
mich erledigt.
Daher werd ich es vorerst mal mit einer Eigenkonstruktion versuchen 
(Wenns nix wird kann ich ja immer noch einen IC hohlen). R8, R9 und D2 
werd ich aus der Schaltung rausschmeißen. Die Versorgung der 
Gegentaktstufe werd ich erhöhen und noch einen zusätzlichen Transistor 
zwischen µC und Gegentaktst. spendieren.

Danke
Michael

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Michael N. schrieb:

>> Warum nimmst du nicht einfach
>> ein Treiber-IC (4050, 40098, 74HC125, etc) und schaltest alle Treiber
>> parallel?
>
> Danke für die Antwort. Treiber wollte ich keinen nehmen, weil ich mich
> in Bezug auf Mosfet-Treiber etwas schlauer machen wollte und es mal ohne
> versuchen.

Die vorgeschlagenen Typen sind keine MOSFET-Treiber. Sondern 
Logik-Gatter mit hohem Ausgangsstrom. Deswegen auch Parallelschaltung.

> Wenn ich einen fertigen Treiber-IC verwende, muss ich mich ja
> nicht in die Thematik einarbeiten, weil der IC dann ja quasi alles für
> mich erledigt.

Wenn du dich wirklich in die Thematik einarbeiten willst, dann schau dir 
vielleicht mal was anderes an, als einen simplen komplementären 
Emitterfolger.

> R8, R9 und D2
> werd ich aus der Schaltung rausschmeißen. Die Versorgung der
> Gegentaktstufe werd ich erhöhen ...

Ich habe mich vermutlich nicht ganz so klar ausgedrückt, wie ich sollte. 
Das Problem ist nicht so sehr der Einschaltvorgang, sondern der 
Ausschaltvorgang, Der FET kann bei U_gs=4V schon >10A schalten. Die 4.3V 
aus der Treiberschaltung reichen also locker. Im Datenblatt von IRF 
steht leider keine Schwellspannung (Threshold) drin, aber ich schätze 
mal, die liegt so bei 1.5V. Beim Ausschalten mußt du die Gate-Kapazität 
von 1.6nF schnell von 4.3V deutlich unter besagte 1.5V bringen. Die 
Stromergiebigkeit der Treiberschaltung nimmt aber rapide ab, je näher du 
den Endwerten (0.7V und 4.3V) kommst. Das kannst du einfach selber 
ausrechnen: leg das linke Ende von R10 auf GND und rechne, wieviel 
Basisstrom Q4 bei 0.7V, 1V, 1.5V, ... 4.3V am Gate bekommt und mit 
wieviel Emitterstrom er dann die Gate-Kapazität entladen kann.

Eine höhere Treiberspannung ändert die Lage nur, wenn du dann auch einen 
FET mit höherer Threshold-Spannung nimmst.


XL

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Axel Schwenke schrieb:
> m Datenblatt von IRF
> steht leider keine Schwellspannung (Threshold) drin, aber ich schätze
> mal, die liegt so bei 1.5V.

Gut geschätzt ! Für den IRLZ34N steht im Datenblatt:

>VGS(th)                min       max
>Gate Threshold Voltage 1.0  –––  2.0   V
Lagst also mit deiner Vermutung goldrichtig.

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