Hallo, ich bin seit längerem auf der Suche nach einer geeigneten Schaltung um einen P-Mos, z.B. IRF4905 für eine 500kHz PWM sinnvoll und ohne zu großen Aufwand anzusteuern. Versorgungsspannung ist dabei ca. 24-30V, schalten würde ich gerne ca. 20A, ohmsche last. Ich würde gerne auf 0-100% PWM kommen, daher fallen die meisten Treiber mit Bootstrapping weg. Ich habe bis jetzt diese beiden diskreten Lösungen gefunden und ausprobiert: http://www.mikrocontroller.net/attachment/7584/p-channel.jpg http://www.mikrocontroller.net/attachment/34752/P_FET.png wobei die zweite die besser ist, weil schneller. Allerdings werden die Push-Pull Transistoren doch relativ warm bei 500kHz. Der IRF4905 ist eben doch etwas "größer". Was haltet ihr nun davon einen LowSide-Treiber ala IR2121 zu nehmen und diesen wie im Anhang gezeigt zwischen 12V und 24V zu betreiben. Das sollte doch prinzipiell funktionieren. Und einen P-Mos ansteuern müsste doch auch damit gehen!? Hat das schonmal jemand gemacht oder kann dazu was sagen? Das Eingangssignal muss nat. auch geschiftet werden. Danke schonmal, Dominik
Angehängte Dateien:
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IR2121_HighSide_PMOS.PNG
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Die Verlustleistung in der Treiberstufe kriegst Du damit aber nicht weg. Wenn ich so ein relativ fettes Gate mit 500kHz umlade dann wird der Treiber halt ein wenig warm, egal obs nun ein IC oder ein diskreter Aufbau ist! Das wird nur weniger wenn Du die PWM-Frequenz senkst, weiß ja nicht wozu die 500kHz notwendig sind.
Naja, das mit der ohmschen Last war auch nicht ganz richtig. Ich will das ganze noch LC-Filtern. Und eine Spule für 20A zu finden mit entsprechend großer induktivität für sagen wir mal 100kHz ist nicht so ganz einfach. 10µH 20A bekommt man noch, aber alles was darüber liegt wird teuer und selten. Daher die hohe Frequenz. Dominik
Okay, aber was willst Du letzten Endes damit betreiben? Ein paar Glühlampen oder ein paar LEDs? Die 12V-Wicklung auf der sekundärseitigen Drossel eines besseren 500W-PC-Netzteils macht im Step-Down-Wandler locker 24V/20A mit und ist alles andere als selten. Bei 60-70kHz.
Es ist normal, dass die Endstufentransistoren des Gatetreiber warm bzw. ein Kühlungskonzept bedürfen - das ist eigentlich kein Problem. Allerdings denke ich dabei an wesentlich größere FETs, Gatekapazität oder Frequenzen als dies bei Dir der Fall ist. Du kannst auch anstelle der Bipolartransistoren beim Gatetreiber FETs einsetzen - was Dir die bekannten Vorteile von FETs gegenüber Bipolartransistoren bringt, aber nicht in jedem Fall bedeutet, dass Du weniger Verlustleistung hast. Es kommt aus die Implementierung an. Ansonsten schau Dir mal die Schaltungsbeispiele hier an: http://www.daycounter.com/Circuits/HV-MOSFET-Driver/HV-MOSFET-Driver.phtml ...ist für deine Anwendung aber schon etwas Überdimensioniert, würde ich sagen - dennoch eine Möglichkeit.
Ich will einen Peltier-Controller entwickeln. Ich habe einen von CoolTronic (Schweiz), aber der ist in meinen Augen Schrott. Der kann zwar viel aber macht ungefilterte PWM bei 4.5kHz... für den Wirkungsgrad des Peltier nicht gerade optimal. Daher habe ich vor einen LTC1923 zu verwenden und die Endstufe mit mehr Spannung zu betreiben-> 24V-30V. Sascha W. schrieb: > Ansonsten schau Dir mal die Schaltungsbeispiele hier an: > http://www.daycounter.com/Circuits/HV-MOSFET-Driver/HV-MOSFET-Driver.phtml > ...ist für deine Anwendung aber schon etwas Überdimensioniert, würde ich > sagen - dennoch eine Möglichkeit. Ja, das sieht auch nicht schlecht aus, vielleicht wirklich ein bisschen Overkill. Ich bräuchte dann aber trotzdem noch eine Begrenzung für Vgs des Leistungs-MosFETs. Die Schaltung mit dem IR2121 habe ich mal ausprobiert, funktioniert auch einwandfrei aber benötigt eben eine Pegelanpassung der Ansteuersignale. Mal sehen was ich am Ende weniger Platz weg nimmt. Dominik
Hättest Du das mal gleich erwähnt! Wofür baust Du den Kühler und wie lauten die Daten des Peltierelements? Ich habe mit einem LTC1923 einen Peltierkühler/heizer - Temperaturkonstanter - für einen External-Cavity-Diode-Laser konstruiert, bzw. auch für andere ähnliche Applikationen: Etalons, NLOs, Rubidiumzelle, ... mangels Zeit/Geld steht das Projekt aber leider bei einem funktionsfähigen Prototypen fest - eben den ~80mW 780nm ECDL (aus einer 785nm-120mW-Billig-Standard-Diode mit aufgetrenntem Gehäuse) in Littman-Metcalf Konfiguration; aufgebaut mit nahezu nur (selbst in Summe gar nicht mal soo teuren) Thorlabs Standardkomponenten (hauptsächlich zwei Kinematic Mounts und der Laserdiodenhalter mit Kollimator und anamorphischen Prismen, fast- und slow- Achse sind somit nahezu gleich divergent, was für viele Applikationen ja doch eher Luxus ist) und in einem gedämmten Bopla-Alugehäuse eingebaut. Solltest dies ausgerechnet auch Dein Vorhaben sein, kann ich Dir gerne meine Konstruktionsunterlagen zur Verfügung stellen, hier mein ein paar Beispiele an denen ich mich stark orientiert habe (Teilweise ist allerdings die noch einfacher zu realisierende Littow-Konfiguration ausgebaut - kommt mit nur einem modifiziertem Kinematic Mount aus): http://optics.ph.unimelb.edu.au/atomopt/diodes.html http://redlum.xohp.pagesperso-orange.fr/laser/ECDL.html http://tf.nist.gov/ofm/lasers/ecdls.htm http://laser.physics.sunysb.edu/~bazmoun/RbSpectroscopy/ http://www.denergysolutions.com/Technology/ECDL.aspx Was für dich eher interessant ist, solltest Du etwas ganz anderes aufbauen: Zum LTC1923... Schau mal auf Seite 25 des Datenblatts, dort ist Schaltungsvorschlag für eine Brücke mit höherer Betriebsspannung - das setzt auf LTC1693-1 als FET-Treiber, welches zwar eigentlich doppelte N-Kanal-MOSFET-Treiber sind sich aber auch für P-Kanal-MOSFETs nutzen lassen (wie man sieht). Diese Schaltung aus dem Datenblatt ist übrigens die Grundlage für meinen Aufbau und funktioniert nach anfänglichen Schwierigkeiten einiger Modifikationen (hauptsächlich die Regelung betreffend - der Leistungsteil war eher unproblematisch) sehr gut. Das was Du auch zu bedenken gibst (Vgs_max) steht auch im Datenblatt des LTC1923 auf Seite 24 ('Higher Voltage Applications') nebst den anderen zu bedenkenden Tücken. Wenn Du wirklich in den von dir genannten Spannungsbereich gehen willst, >30V, wird es wohl keine Option sein FETs zu verwenden, die eine entsprechend hohe Gatespannung verkraften - weil es sie nicht gibt. Ich würde an dieser Stelle die Gatespannung einfach mittels Zenerdioden clampen bzw. eventuell auch mittels Dioden/Zenerdioden die Spannung am Treiberausgang zu den Gates etwas heruntersetzen.
Noch ein Nachtrag: Bist Du dir bei den Aussagen über den CoolTronic-Controller sicher? Klar, so ein OEM-Controller ist nicht immer für alle spezialisierteren Aufgaben geeignet - aber PWM ungefiltert auf das Peltierelement? Einige sprechen davon, dass es das Peltierelement geradezu tötet, auf jeden Fall senkt es die Lebensdauer und, das sogar ganz enorm, die Effizenz (die ja ohnehin schon nicht sonderlich berauschend ist). Aber ganz allgemein, sag doch nochmal was über deine Anwendung und die daraus resultierenden Anforderungen, ggf. kann der LTC1923 auch ein Overkill oder gar eine Fehlbesetzung sein, auch die H-Brücke ist nicht bei jeder Anwendung nötig - das würde dann den Schaltungsaufwand auch schon verringern.
Danke für die ausführliche Antwort, coole Sache! Auf Temperatur gehalten werden soll ein 40W Laserbarren + Ansteuerung. Für die Lebensdauer des Barrens sollte dieser bei nicht mehr als 30°C betrieben werden. Gesamtverlustleistung min. 60W, die durch das Peltier müssen. Peltierelement ist erst mal egal, der Controller sollte aber so universell wie möglich sein. Ich habe z.B. eines hier mit 340W (34V, 15A) aber auch welche mit 200W (24V, 15A) und 118W (24V, 8A). Vermutlich sollte man das passende Peltier für die vorhandene Verlustleistung auswählen, wegen des Wirkungsgrads, da bin ich mir aber noch nicht so sicher. Gekühlt wird das Peltier mit einer CPU Wasserkühlung, die sollte das wohl schaffen. Auf der High-Voltage-Application aus dem Datenblatt des LTC1923 basieren auch meine Überlegungen. Der LTC1693-1 geht halt leider nur bis 12V, wenn ich das richtig gesehen habe. Ansonsten könnte man den ohne weiteres nehmen. Die Frage die sich mir dabei noch stellt ist, warum überhaupt immer die gegenüberliegenden FETs in der Brücke also P und N gleichzeitig eingeschaltet werden und nicht nur der N-Mos mit der PWM geschaltet wird und der P-Mos "statisch" eingeschaltet bleibt. Es ist ja wohl daher auch so, dass ein 50% DutyCycle genau 0A bzw. 0V am Peltier erzeugt!? <50% ist dann Heizen >50% Kühlen. Regeln würde ich mittels Mikrocontroller, um direkt Soll- und Ist-Temp zu erhalten und einstellen zu können. Außerdem hätte man dann die Möglichkeit auch die Regelparameter anzupassen (PID Anteile). Und ich hätte gerne die PWM außerhalb des Mikrocontrollers, da ich dann mit der Frequenz höher komme und mir außerdem keine Gedanken über Schutzmaßnahmen usw. machen muss. Ich hatte mir aber auch schon überlegt, analog eine ca. 500kHz PWM zu erzeugen und zu nutzen. Es bleibt aber immer wieder das Problem mit der Ansteuerung der High-Side Mos-FETs, obs jetzt P-MOS oder N-MOS (Stichwort 100% DutyCycle) sind. Ich habe mir auch noch LT1336 besorgt, das sind HighSide N-FET Driver mit eingebautem Bootstrap Schaltwandler. Vielleicht gehts ja auch damit. Zum CoolTronic: Ich habe mit dem Osci unter last direkt am Peltier eine astreine ca.4,5kHz Rechteckspannung gemessen. Eine Filterung in diesem Frequenzbereich würde mir auch reichen, aber was braucht man dafür für Spulen :-|!?!? Dominik
Dom inik schrieb: > Was haltet ihr nun davon einen LowSide-Treiber ala IR2121 zu nehmen 500kHz sind eine Periodendauer von 2µs. Der IR-Chip hat eine Einsahaltverzögerung von bis zu 200ns und eine Ausschaltverzögerung von bis zu 250ns. Damit wird es schon schwierig, Duty-Cycle unter 25% schon vernünftig zu stellen, bei einem Duty-Cycle von weniger als 10% bekommst Du keinen Impuls mehr durch den Treiber. Wir haben den mal bei 250kHz benutzt, da brauchst Du keinen großen Transistor mehr dranzuhängen, der Treiber wird bei den Frequenzen von sich aus so heiß, dass Du ihn nicht mehr anfassen kannst. Bei den Frequenzen brauchst du etwas richtig schnelles (z.B. den TC4626 oder TC4627 von Microchip) oder benutzt eine Impulsübertrager.
Heiße Applikation! So ein 40W-Laseremitter ist schon ein heftiges Kaliber... Nur um mal nachzuhaken: Du schreibst, dass der Laserbarren um eine akzeptable Lebensdauer zu erreichen nicht über 30°C in Betrieb erreichen soll - aber - welche Temperatur soll er denn erreichen und halten? Und wie genau muss er diese halten? Du weißt ja sicher, dass die Emissionswellenlänge freilaufender Laserdioden Temperaturabhängig ist, wenn es nun um eine Anwendung geht wo die Wellenlänge sehr genau eingehalten werden muss, z.B. um den schmalen Absorptionspeak eines Festkröperlasers zu genau zu treffen, also beim Pumpen von Sekundärlaserquellen, muss die Temperatur der (Pump-)Dioden sehr genau gehalten werden - geht es allerdings um Materialbearbeitung kommt es auf 1-2nm nicht an und man kann getrost 'einfach drauf los' Kühlen! Wie schaut es also bei Dir aus, was benötigst Du? So ein sehr genau temperturstabilisierter Leistungs-Diodenlaser ist eine sehr delikate Angelegenheit, das gesamte Thermosystem muss sehr gut durchgerechnet sein und man braucht einen schnellen Regler, der vielleicht nicht nur Kühlen sondern auch Heizen kann - wie ja hier beim Diskutierten LTC1923. Außerdem muss man diverse Parameter genau erfassen - Umgebungstemperatur, Kühlwassertemperatur, Laserleistung (elektrisch), Laserleistung (optisch) und natürlich auch die Temperaturen an der Diode und dem Peltier. Das ist wirklich alles andere als trivial, solch ein leistungsstarkes System auf ein paar 10mK stabil zu bekommen... Nun gut, ich hoffe ja fast, dass Du das gar nicht benötigst, sondern die Diode 'einfach' nur kühlen willst - dann allerdings musst Du das Peltier gar nicht zwischen eine H-Brücke setzen, es würde ein einziger Transistor, sogar Low-Side, zur Stromreglung ausreichen. In dieser Richtung tun sich auch sehr viele Möglichkeiten auf, z.B. eine art Buck-, oder von mir aus auch Boost-, Konverter aufbauen. Das ist alles einfacher als einen LTC1923 mit HV-Brücke dafür zu nutzen! 'Regeln' funktioniert damit natürlich nur noch in eine Richtung - aber auch damit lässt sich einiges Rausholen, es kommt auf die Rahmenbedingungen an, z.B.: In welchem Leistungsbereich wird die Laserdiode betrieben? Kühlwassertemperaturbereich? Umgebungstemperaturbereich? Wie genau soll/muss die Temperatur gehalten werden? Ich bin jetzt fast noch weniger davon überzeugt, dass der LTC1923 das richtige für Dich in dieser Applikation ist!
Nun viel kann ich darüber nicht schreiben, weil es keine private Bastelei ist sondern für meine Firma. :-X Aber zum Peltier-Kühler an sich: Das Gerät soll eben so universell wie möglich sein, also auch heizen können. Aber auf jeden Fall die Temperatur konstant halten. Da reicht allerdings +-0.5°C. Also nicht hochgenau. Naja wie schon geschrieben, im Prinzip würde mir auch eine einfache digital oder analog einstellbare PWM reichen. Den Regler bau ich dann sowieso in einen Mikrocontroller, aber der LTC1923 sah recht einfach aus und hat alles onboard was man so gebrauchen kann... Ich werd mal weiter forschen, vielleicht kann ich ja doch auf 250kHz oder 100KHz PWM gehen, dann sieht das schon wieder anders aus. Vielleicht finde ich irgendwo geeignete Spulen oder baue z.B. eine 2-Phasen H-Brücke um den Ripple-Strom klein zu halten. Mir wird schon was einfallen... Dominik
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