Hallo ihr Lieben,
ich bin gerade am Verzweifeln. Ich suche jetzt schon seit 3 Stunden nach
einem Treiber zur Ansteuerung eines N-MOS (lowside). Der Transistor ist
ein BSO330 (Infineon, ultra-logic-level (braucht nur 2.5V U_GS)).
Ich suche einen passenden Treiber, also (eigentlich "einfach") irgend
einen Buffer mit Push-Pull Ausgang der bei 2.5V Versorgung noch ein
bischen Strom liefert (100mA oder mehr waeren super).
Leider bieten die Hersteller bei MOSFET-Treibern fuer so niedrige
Spannungen immer nur irgendwelchen Mist mit charge-pumps an, die zu
allem Ueberflusz nur winzige Stroeme bringen.
Ich hab mir auch schon diverse Highspeed-Logic angeschaut, z.B.
den NC7SZ125M5 von fairchild
(http://www.farnell.com/datasheets/85292.pdf),
der bringt immerhin bis zu 24mA bei Vcc=5V und immerhin noch 8mA bei
Vcc=2.3V.
Natuerlich musz das gesuchte Bauteil kein dedizierter MOSFET-Treiber
sein, fuer was da Ding offiziell ist ist mir wurscht.
Weisz jemand ein passendes Bauteil, oder auch ein Stichwort unter dem
ich ein solches finden koennte ?
Hmmm, also du meinst als Halbbruecke verschaltet ?
also Bipolar faellt flach, da ich mir es nicht Leisten will, nicht voll
bis Vcc und GND durchzusteuern. Aber theoretisch geht das ganze ja auch
mit MOSFets, oder ?
Dummerweise hab ich sowas noch nie gemacht und ich scheue mich davor,
denn eine gscheite Halbbruecke zu designen ist nicht so ganz einfach
soweit ich weisz (wg. shoot-through).
Aber es gibt doch manchmal komplementäre MOSFETs in einem Gehaeuse.
Gibts die dann auch mit angepassten Verzoegerungszeiten, so dasz ich mir
um den shoot-through keine Gedanken mehr machen musz ???
Achso, ich musz auch sagen, dasz das Ganze moeglichst winzig sein soll.
Ich kann also keine Schaltung aus 97 Diskreten Bauteilen aufbauen um
mein Ziel zu erreichen, nur fuer den Fall das jemand auf die Idee kommt
: "Hey du kannst doch die Totzeit bei einer Halbbruecke selber
einstellen, mittels Diode erzeugst du einen asymetrischen Widerstand am
Gate..."
Aber wenn es bereits aufeinander Abgestimmte Halbbruecken gibt (FET)
dann waere das eine Option. (Kennt jemand eine?)
Ich würde auch ein 74LVC Gatter vorschlagen. Z.B ein 74LVC14, dann
könntest Du sogar alle 6 Ausgäng parallel schalten. Das dürfte bei 2,5V
so um die 60mA liefern.
Also das bisher passendste Bauteil das ich gefunden habe ist ein
NC7NZ17K8X von Fairchild. Ein triple Schmitt-Trigger Buffer im
US8-Gehaeuse (3.1 x 2mm).
Seine Specs sind praktisch gleich denen des oben erwaehnten NC7SZ125M5,
nur das er eben drei Kanaele hat (und dafuer kein TriState).
@Jonathan Strobl
Von Diodes Inc. gibt es uebrigens brutale Teile als MOSFET-Treiber, die
arbeiten mit BJTs und bringen bis zu 9A im winzigen SOT23-Gehaeuse. Sehr
interessant die Dinger, weil es mal ein ganz anderer Ansatz ist als bei
den ueblichen MOSFET-Treibern. heiszen z.B. ZXGD3001E6TA
(http://de.farnell.com/diodes-inc/zxgd3001e6ta/treiber-gate-bipolor-9a-peak/dp/1549138)
Dieter_G schrieb:> da ich mir es nicht Leisten will, nicht voll> bis Vcc und GND durchzusteuern.
Wieso solltest Du mit Bipolartransistoren nicht ganz bis VCC und GND
kommen?
1
VCC VCC
2
/ /
3
100k |< 1k |<
4
|-|===|-| PNP |-|===|-|
5
| |\ | |\
6
IN ----------| |------| |--- OUT
7
| | 100k |/ | 1k |/
8
--- |-|===|-| NPN |-|===|-|
9
| | 10k |> |>
10
--- \ \
11
| | |
12
GND GND GND
Ist doch eigentlich ganz einfach. Wenn Du dir wegen Shoot-Through so
große Sorgen machst, dann bau noch eine Mitkopplung ein.
Gruß
Jonathan
@Mine Fields, Gerd E
Ja, die Highspeed_Logikgatter sind das beste was ich bisher gefunden
habe (siehe vorangegangenes Post).
Ich vergas uebrigens zu sagen, dasz das Ganze zwischn 2.5V und 5.4V
funktionieren musz, aber auch das passt ja.
Also die 100mA kommen daher, dasz ich ~4nC brauche um den Transistor
auszusteuern. Mit (konstanten) 100mA waeren das dann 40ns. Der
Transistor selbst hat 7.4ns turn-on-delay und 13.4ns turn-off-delay.
Ohne es jetzt zu wissen wuerde ich vermuten, dasz wenn man in diesen
Zeiten das Gate umlaedt, man ziemlich an der Grenze der
Verlustminimierung ist, sprich noch schnelleres umladen (fast) keine
Verbesserung mehr braechte.
Der Wirkungsgrad liegt mir bei dieser Anwendung sehr am Herzen
(sportsgeist), daher will ich moeglichst schnell schalten.
Die 40ns und daher 100mA sind also ein aus dem Bauch heraus geborener
Kompromiss zwischen Wunsch und (in) Wirklichkeit (kaufbaren Bauteilen)
Dieter_G schrieb:> daher will ich moeglichst schnell schalten.
Ok, dann hier nochmal eine Version mit Mitkopplung. Schafft (simuliert)
150mA. In der Realität (mit besseren Transistoren) wahrscheinlich noch
mehr.
Gruß
Jonathan
Dieter_G schrieb:> 0,3V Kollektor-Emitter-Saettigungsspannung, oder ? Zumindest glaube ich> das seit 20 Jahren :D
Nö, wieso? ;)
Mit genug Basisstrom kommst Du bis ganz an die Versorgung ran.
Gruß
Jonathan
@Jonathan Strobl
Oha, vielen Dank fuer diese Muehe. Jetzt hab ich schon ein bischen ein
schlechtes Gewissen.
Bin ich bloed oder was ??? warum kommt deine Schaltung so nahe an die
Rails ??? Ich hab wie gesagt seit 20 Jahren in meinem Kopf gespeichert,
dasz soetwas mit BJTs nicht geht !?
Noch ne kurze OT-Frage : Hier wird oft LT-Spice verwendet wie ich sehe.
Ich selbst habe "Multisim, Analog Devices Edition" (kostenlos), aber das
scheint ja alles sehr verwandt zu sein. Ist LTspice auch kostenlos ?
Dieter_G schrieb:> Ist LTspice auch kostenlos ?
Ja, ist es. Es ist von einem großen Halbleiterhersteller (Linear
Technology), der das Tool wohl "aus Bedarf" entwickelt hat. Wird auch
gut gepflegt :)
Gruß
Jonathan
Ergänzung zu meiner Schaltung: Wenn Du R1 + R3 viertelst und R2 + R4
halbierst wird das Schaltverhalten noch besser (300mA Schaltstrom). ;)
Gruß
Jonathan
Hmmm, ok,
also das mit der Halbbruecke ist mir letztlich doch zu Aufwendig und vor
allem, brauch ich mehr Energie um solch eine Vorstufe zu schalten als
ich letztlich fuer den "Haupt-"Transistor brauche. Zwar kann ich das
u.U. durch die geringeren Schaltverluste wieder ausgleichen, aber der
Einfachheit halber habe ich mich jetzt mit mir selbst auf folgende
Bauteile geeinigt :
NL37WZ17USG (OnSemi), triple-UHS-Buffer 1.65V-5.5V (7V max.)
~+-4mA@1.65V, +-8mA@2.3V (*1)
NC7NZ34K8X (Fairchchild), [das gleiche in Gruen]
(*1) gegen Kurzschlusz bringen die noch mehr, diese Angabe ist mit ~0.3V
Spannungsverlust gegen die jew. Rail.
Da ich mit Fairchild schon schlechte Erfahrungen gemacht habe traue ich
denen nicht mehr so ganz und werde daher mal beide bestellen und
ausprobieren.
Dieter_G schrieb:> also das mit der Halbbruecke ist mir letztlich doch zu Aufwendig und vor> allem, brauch ich mehr Energie um solch eine Vorstufe zu schalten als> ich letztlich fuer den "Haupt-"Transistor brauche. Zwar kann ich das> u.U. durch die geringeren Schaltverluste wieder ausgleichen, aber der> Einfachheit halber habe ich mich jetzt mit mir selbst auf folgende> Bauteile geeinigt :
Na da hab ich doch auch was für dich. Braucht nur Strom wenn auch
wirklich geschaltet wird und hat noch dazu weniger Bauteile als die
Halbbrücken-Version, allerdings keine Mitkopplung. Schafft mit
geeigneter Bauteil-Auswahl vielleicht 100mA Schaltstrom. ;)
Gruß
Jonathan
@joni-st:
Interessant die Schaltung mit den beiden Kondensatoren am Eingang.
Müsste man damit nicht auch eine Potentialdifferenz zwischen
Schaltsignal und Ausgang überbrücken könnnen? Also z.B. für einen
High-Side-Treiber mit Bootstrap-Kondensator.
Gerd E. schrieb:> @joni-st:>> Interessant die Schaltung mit den beiden Kondensatoren am Eingang.> Müsste man damit nicht auch eine Potentialdifferenz zwischen> Schaltsignal und Ausgang überbrücken könnnen? Also z.B. für einen> High-Side-Treiber mit Bootstrap-Kondensator.
Ja, sollte man können. Man hat dann während dem Schalten sogar eine
ziemlich große Mitkopplung, die sofort nach dem Schaltvorgang wieder
aufhört, was wohl ein Vorteil ist. Außerdem kann man damit mit nur 1 bis
2 Volt Steuerspannung(-sdifferenz) bereits einen N-MOSFET mit ziemlich
viel U_gs als High-Side-Transistor schalten.
In der Simulation kann man sehen, wie ich mit dieser Schaltung testweise
einen N-Kanal-MOSFET als High-Side-Transistor mit nur 2V Steuerspannung
schalte. "Nett"! xD
(Ich wusste vorher noch nicht, dass man diese Schaltung dazu einsetzen
kann... xD)
Gruß
Jonathan
@Eddy Curren
Das sieht sehr interessant aus, das Paerchen.
@ Jonathan Strobl
Die Schaltung ist ja sehr interessant !
Du bist BJT-Fan was ?
Ich bin gerade zu dicht um richtig nachdenken koennen, werd ich morge
nachholen, jedenfalls vielen Dank fuer die beiden interessanten
Vorschlaege !
@ Eddy Current
Es gibt keinen Port. Das Steuersignal wird letztlich von irgendeinem
gammligen CMOS-Gate kommen.
Das ganze ist Teil eines Projektes zum frisieren einer 6,99Eu
Dynamotaschenlampe vom Al*i. Soll mit EDLC's(2x 22F, 2.7V in Serie)
ausgestattet werden und mit Step-up-Converter. Von letzterem ist der
genannte BSO330 den ich ansteuern musz.
Die Step-up Schaltung (Boost-Converter im discontinous-Betrieb) habe ich
schonmal aufgebaut und verschiedene Induktivitaeten und Boost-Dioden
getestet. Mit aktiver Gleichrichtung habe ich 95.5% Wirkungsgrad
erreicht (Prahl) :D
93% mit der besten Diode.
Allerdings habe ich den MOSFet dabei mit Fremdenergie gesteuert, d.h.
vom einem Sequencer gesteuert.
Jetzt musz ich das ganze autonom aufbauen, d.h. irgendwie nen
(CMOS-)Timer555 zur Takterzeugung fuer den BoostConverter und dazu eine
Strommeszung auf der High-Side die ueber ein Gate mit dem Timer-output
verknuepft wird... und dann (ganze) Timer-Zyklen auf den Transistor gibt
oder eben nicht.
genau musz ich mir das noch ueberlegen :D
Ich baue also letztlich eine Step-up-KonstantstromQuelle.
Überlege Dir ob Du das wirklich mit nem 555er aufbauen willst. Mit allem
drumrum könnte es gut sein, daß das dann nicht mehr in Deine Lampe
passt...
Mein Vorschlag wäre nen Attiny, da gibts auch welche die 64MHz bei den
Timern können, damit kann man hübsch fein aufgelöste PWM machen und z.B.
auch so Dinge wie Deadtime ganz einfach in Software regeln. Der ADC ist
natürlich langsam, aber für ne relativ konstante Last wie ne LED reicht
das allemal um den Strom per ADC zu messen und dann damit zu regeln.
Gerd E. schrieb:> Überlege Dir ob Du das wirklich mit nem 555er aufbauen willst. Mit allem> drumrum könnte es gut sein, daß das dann nicht mehr in Deine Lampe> passt...
Hmmm, also ich weisz nicht in welchen Gehaeusen es den AT-Tiny gibt,
aber den 555er gibts im MSOP8, kleiner kann der AT wohl kaum sein. Und
selbst wenn, MSOP zu loeten ist so ziemlich die Grenze meines koennens,
zumindest mit meiner Station. Die feinste Spitze die ich dafuer kriege
ist 0.4mm und der PIN-pitch bei MSOP ist 0.5mm (0.25mm Beinchen, 0.25mm
Luecke), das ist schon sehr anstrengend.
Abgesehen davon, hab ich nur einmal, im Studium, was mit nem µC gemacht,
von daher musz ich mir erstmal alle "Infrastruktur" aufbauen
(Entwicklungskit, passende Kabel zum PC, dort passende Software in der
man i.d.R. auch wieder ein paar Einstellungen machen musz...). Das habe
ich zwar fuer ein anderes Projekt vor, aber fuer die Taschenlampe ist
mir das zu arg.
Und zudem, wie hoert sich denn das an : "Ach Sch***e, ich glaub meine
Taschenlampe ist abgestürzt" :D
Aber du hast natuerlich recht, wenn man mal einen drinn hat, dann wird
vieles leichter.
Der Platz in der Lampe ist sehr knapp, das stimmt. Problematisch sind
dabei aber vor allem die Leistungsbauteile, also die Induktivitaet und
die Kondensatoren (nicht nur die Supercaps, brauche auch noch diverse
andere).
Da ich maximalen Wirkungsgrad will, habe ich eine recht grosze
Induktivitaet gewaehlt.
Zudem musz nicht nur der Step-up-converter rein, sondern zusaetzlich
zwei charge-balancer fuer die EDLC's.
Dieter_G schrieb:> Bin ich bloed oder was ??? warum kommt deine Schaltung so nahe an die> Rails ??? Ich hab wie gesagt seit 20 Jahren in meinem Kopf gespeichert,> dasz soetwas mit BJTs nicht geht !?
Falsch gespeichert würde ich sagen. Wie weit man an die Rails kommt mit
BJTs ist lediglich eine Frage der Aussteuerung, d.h. wie weit man den
BJT in die Sättigung schiebt.
Dieter_G schrieb:> Die Schaltung ist ja sehr interessant !
Danke für die Blumen :D
Dieter_G schrieb:> Du bist BJT-Fan was ?
Hehe, ja ;)
Ich finde ja, dass viele hier im Forum überall MOSFETs reinsetzen
wollen, obwohl ein stinknormaler BJT das genausogut schafft... Und dann
bekommt man Probleme mit der Gate-Ansteuerung usw., was man mit BJTs
nicht hätte. Für ganz schnelle Schaltflanken kommt dann halt noch ein
kleiner Kondensator über den Basiswiderstand und dann hat sich's auch
bei Megahertz. :)
Gruß
Jonathan
@Jonathan Strobl
So, ich habe deine Schaltung mal etwas detailierter ausgearbeitet.
Ich habe ein Modell des BSO330 bei Infineon bekommen (gelber Klotz). Die
Kondensatoren habe ich auf 200pF reduzieren koennen, 100pF gehen auch
noch aber da wirds dann knapp. Zusaetzlich habe ich noch 1M-Widerstaende
parallel zu den "Basis-Kondensatoren" gemacht, damit man nicht auf die
korrekte Ladungsspeicherung am MOSFET-Gate angewiesen ist, also gegen
Leckstroeme gewappnet ist (ich weisz, eigentlich unnoetig (Paranoia)).
Die Transistoren sind ein komplementaeres Paerchen von Fairchild die
einigermaszen schnell sind.
N007 ist das MOSFET-Gate
N005 ist Drain
Wie man sieht (temp_Schaltung.gif), bleiben durch die kuenstlich
erzeugten Leckstroeme ~70mV gegen GND, deutlich weniger gegen Vcc. In
dem gezeigten Fall ist es sogar so, dasz U_gate aufgrund irgendwelcher
parasitaerer Induktivitaeten ueber 2.5V steigt und innerhalb der Zeit
bis zum Umschaltvorgang garnichtmehr darunter faellt.
Zuvor hatte ich mal 100K-Widerstaende als "Leckstromwiderstaende"
eingesetzt,
da kam ich dann ~10mV unter Vcc und ~100mV ueber GND.
Diese Asymetrie finde ich etwas seltsam, denke aber das wird an der
Charakteristik der Transistoren liegen.
Der Einschaltvorgang dauert ca. 12ns, der Abschaltvorgang ~25ns;
-wobei das etwas willkuerlich ist, da ich nicht die ueblichen 10%-90%
genommen habe, sondern beim Einschalten den vollen Hub und beim
Abschalten die
Zeit bis der Strom 1% des Nennstromes erreicht hat.
Allerdings braucht es (rechnerisch) ~155µW bei 31KHz Schaltfrequenz und
5V Vcc um die Kondis der Vorstufe umzuladen. 39µW bei Vcc=2.5V
Was ich auch etwas seltsam finde ist der negative Basisstrom der sich an
den Transistoren ergibt :
z.B. beim Einschalten des BSO330. Der Eingang meiner invertierende
Vorstufe wird dabei von Vcc auf GND geschaltet, d.h. der PNP (Q1)
oeffnet und der NPN (Q2) schlieszt. Dabei faellt die Spannung an der
Basis des NPN von ~+0.5V rapide auf ~-0.7V, zu sehen in
"temp_seltsamerBasisstrom.gif" und
"temp_seltsamerBasisstrom_timeCorr.gif". N008 ist uebrigens die Basis
von Q2. Dabei flieszt ein Strom rueckwaerts aus der Basis dessen Maximum
zeitlich mit der max. Flankensteilheit der (fallenden) Basisspannung
korreliert. Soweit so gut, das ist erklaerbar mit der parasitaeren
Kapazitaet der Basis gegen Kollektor und Emitter. Seltsam finde ich nur,
dasz dadurch scheinbar auch der kleine Kollektor-Emitter-Stromflusz
verursacht wird (rote Linie). Und nein, der kommt nicht (alleine) daher,
dasz Q2 vor dem Umschalten noch etwas forward-biased ist (durch R2),
denn ich hatte das ganze auch ohne R2 und R1 simuliert und es kam das
selbe heraus.
UPDT.:
ok, der Kollektorstrom kommt von der Kollektor-Basis-Kapazitaet in
Verbindung mit der von ~0 auf ~2.5V steigenden Spannung am Kollektor,
stimmts ?
Dieter G. schrieb:> Seltsam finde ich nur,> dasz dadurch scheinbar auch der kleine Kollektor-Emitter-Stromflusz> verursacht wird (rote Linie).
Un das ist dann natuerlich garkein "Kollektor-Emitter-Stromflusz",
sondern ein "Kollektor-Basis-Stromflusz" :D
ja das hast du ganz richtig erkannt. Du bist doch der Groeszte.
Zum Glueck fuehrst du keine Selbstgespraeche in Elektronikforen, sonst
koennte man meinen du hast einen an der Waffel :D
Dieter G. schrieb:> So, ich habe deine Schaltung mal etwas detailierter ausgearbeitet.
Nett von dir :D
(Schön, dass dir meine Schaltung so gut gefällt :D)
Dieter G. schrieb:> Zusaetzlich habe ich noch 1M-Widerstaende> parallel zu den "Basis-Kondensatoren" gemacht, damit man nicht auf die> korrekte Ladungsspeicherung am MOSFET-Gate angewiesen ist, also gegen> Leckstroeme gewappnet ist (ich weisz, eigentlich unnoetig (Paranoia)).
Vernünftig, aber eigentlich unnötig - wie Du selbst schon erkannt hast
;). Die Spannung an so einem MOSFET-Gate kann minutenlang (vllt. sogar
stundenlang) stehenbleiben. Im Datenblatt stehen ja die Gate-Leckströme,
da kann man dann ja entscheiden, ob man die Widerstände braucht oder
nicht.
Mit R5 kann man auch sowieso die Einschaltdauer der Transistoren
variieren.
Dieter G. schrieb:> ok, der Kollektorstrom kommt von der Kollektor-Basis-Kapazitaet in> Verbindung mit der von ~0 auf ~2.5V steigenden Spannung am Kollektor,> stimmts ?
Müsste eigentlich so sein. Ich habe das ganze einmal mit verbundenem
Emitter und einmal ohne verbundenem Emitter simuliert und es kam ohne
Emitter ein höherer Kollektorstrom raus. Also tritt keine
Stromverstärkung auf und es muss die B-C-Kapazität sein, die den Strom
verursacht. Den niedrigeren Stromfluss mit Emitter kann man sich damit
erklären, dass die B-C-Kapazität zusammen mit der B-E-Kapazität einen
kapazitiven Spannungsteiler bildet.
Gruß
Jonathan
P.S.: Lass dich von "anderer Benutzer" nicht ärgern - der will doch nur
trollen. ;)
