Hallo zusammen, eine Frage zur MOSFET-Treiber Auslegung... Ich habe noch nie MOSFETs mit Treiber eingesetzt, also seid bitte nachsichtig mit mir ;) Die Rahmenbedingeungen sind: µC Output: 3,3 V Treiber Versorgung: 15 V Zu schaltende Spannung am MOSFET: 7,5V bis 21V 2x High Side Switch (jeweils statisch und gepulst bis 12A) 1x Low Side Switch (nur statisch bis 25A) Nun habe ich durch die Anforderungen einige Probleme. Zuerst wollte ich als High Side Switch einen P-MOSFET wie den irf9383 verwenden (http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irf9383mpbf.pdf). Ugs verträgt aber nur 20V, also kann ich das Gate nicht einfach auf Masse schalten, da dann ja maximal 21V anliegen könnten. Wenn Ich stattdessen nur N-MOSFETs nehme, muss ich am Gate ja über die 21V kommen. Soweit ich das richtig gelesen habe, geht das aber nicht mit Bootstrap Treibern, wenn auch dauerhaft durchschalten möchte, weil der Kondensator sich dann irgendwann entlädt. Außer wenn die Last niederohmig ist? Das habe ich nicht ganz verstanden. Am leichtesten erscheint es mir im Moment einen Optokoppler als High Side Treiber zu verwenden. Ich bin auf den apv1122 gestoßen.(http://pewa.panasonic.com/assets/pcsd/catalog/apv-ssop-mosfet-driver-catalog.pdf) Dann einfach mit Vorwiderstand vom Controller auf den Eingang und den Ausgang auf Emitter und Gate eines N-MOSFETs Als Low Side Treiber würde ich den ICL7667 mit 15V Versorgung wählen. Würde das so funktionieren?
muss du schnell und oft schalten? Welche Frequenz ? Evtl gehts ja auch ohne Treiber? Man kann beim pmoseft ja auch die Spannung am gate mit einfachen möglichkeiten begrenzen.
Der Low Side Switch muss nur nur dauerhaft schalten, die beiden High-Side-Switches sollten 2 kHz schaffen. Der Optokoppler schafft das wahrscheinlich gar nicht mit seinen 14µA im Ausgang, oder? Wie sieht so eine Begrenzung aus? Meinst du eine Z-Diode? Aber die würde den Strom wahrscheinlich zu sehr in die Höhe treiben? Oder mit einem LDO?
Hier sind ein paar Möglichkeiten: Treiber: Beispiele zu High-Side Treibern http://www.mikrocontroller.net/attachment/34752/P_FET.png
@Alexander Schmidt: Die ersten beiden Schaltungen im Link müssten ja eigentlich funktionieren. Die Bootstrap Schaltung fällt ja wegen dem statischen Betrieb raus. Aber ich verstehe dein Bild nicht ganz. Wenn Q3 durchschaltet, steigt Ugs doch über 20V. Zerstört das nicht den MOSFET? @Falk Brunner: Der BTS555 sah auf den ersten Blick perfekt aus - schön simpel. Die relativ hohen Kosten spielen auch kaum eine Rolle. Dann wollte ich aber mal die Erwärmung ausrechnen. Im stationären Betrieb ist sie absolut im Rahmen, aber im Schaltbetrieb steigt sie rechnerisch auf über 1500°C, weil die Schaltzeiten so hoch sind. :( Gibt es vergleichbare Bauteile mit deutlich geringeren Schaltzeiten? Ansonsten würde ich nun das Zweite Beispiel aus Alexanders Link favorisieren. Also ein "herkömmlicher" Treiber mit einer zusätzlichen isolierten Versorgungsspannung. Es sei denn jemand kennt einen einfacheren Weg?
Bernd schrieb: > Es sei denn jemand kennt einen > einfacheren Weg? Ja, der nennt sich jackfritt und gab die erste Antwort! Er k"onnte mit 'einfach' eine Z-Diode und Widerstand gemeint haben, oder einen Spannungsteiler. 2kHz sind jetzt nicht soo heftig...
Bernd schrieb: > Aber ich verstehe dein Bild nicht ganz. Wenn Q3 durchschaltet, steigt > Ugs doch über 20V. Zerstört das nicht den MOSFET? Nein, die Spannung wird durch den Spannungsteiler R1 und R2 vorgegeben und durch Q1/Q3 wird die Spannung nicht verändert, nur der Strom verstärkt.
Angehängte Dateien:
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P_FET.png
4,3 KB
Danke für die Erklärungen. Ich hatte erst nicht gesehen, dass oben der npn und unten der pnp sitzt, dadurch meine Verwirrung. Um auf der sicheren Seite zu sein, habe ich mich entschieden nicht direkt vom Controller zu kommen sondern benutze die empfohlene Schaltung. Ich habe sie auch schon in LTspice simuliert und real aufgebaut - funktioniert einwandfrei. Trotzdem habe ich noch ein kleines Verständnisproblem, dafür habe ich das Bild mal etwas modifiziert: Bei 3,3V im Eingang liegen an Punkt 1 die 21V Versorgung an. Q1 schaltet somit durch und an Punkt 2 steigt die Spannung bis 20,5V an. Darüber hinaus würde Q1 ja wieder sperren, so pendelt sich die Spannung in Punkt 2 bei 21V-Ube ein. Soweit verstanden. Aber wenn ich jetzt 0V auf den Eingang gebe, liegen an Punkt 1 4,6V an. Dadurch sperrt Q1 und Q3 schaltet durch. Die Spannung an Punkt 2 fällt also. Und nun kommt mein Problem: Ich hätte erwartet, dass ab 5,3V an Punkt 2 Q3 wieder beginnt zu sperren. Dadurch sollte die Spannung doch eigentlich nicht weiter fallen. Stattdessen sinkt sie aber noch weiter auf 4,3V. Q3 ist dann also längt im Sperrbereich und Q1 leitet. Kann mir jemand erklären wieso der Abfall nicht bei 5,3V stoppt?
Bernd schrieb: > Bei 3,3V im Eingang liegen an Punkt 1 die 21V Versorgung an. Das ist unmöglich. Bei 3,3V am Eingang, liegen 2,6V über R2 und durch R2 fließt ein Emitterstrom von 17,3mA. Dieser Strom fließt auch im Kollektor von Q2 und erzeugt über R1 einen Spannungsabfall von 17,3V. An Punkt 1kann also nicht die Versorgungsspannung liegen, sondern 17V weniger.
@ Bernd (Gast) >Problem: Ich hätte erwartet, dass ab 5,3V an Punkt 2 Q3 wieder beginnt >zu sperren. Dadurch sollte die Spannung doch eigentlich nicht weiter >fallen. Eigentlich schon. >Stattdessen sinkt sie aber noch weiter auf 4,3V. Q3 ist dann >also längt im Sperrbereich und Q1 leitet. Kann mir jemand erklären wieso >der Abfall nicht bei 5,3V stoppt? Wahrscheinlich auf grund von Leckströmen.
Bernd schrieb: > Aber wenn ich jetzt 0V auf den > Eingang gebe, liegen an Punkt 1 4,6V an. Dadurch sperrt Q1 und Q3 > schaltet durch. Die Spannung an Punkt 2 fällt also. Auch falsch. Bei 0V am Eingang fließt in Q2 kein Kollektorstrom und Punkt1 geht auf 21V hoch. Wie`s aussieht hast du da irgendwie die Spannungen verdreht. Und welcher Transistor von dem Paar Q1/Q3 leitet, hängt allein vom Laststrom ab (den es statisch nicht gibt). Wenn der Laststrom nach + geht, leitet Q3, umgekehrt eben Q1. Danach richtet sich dann auch der Spannungsversatz zwischen 1 und 2.
ArnoR schrieb: > Bei 3,3V im Eingang liegen an Punkt 1 die 21V Versorgung an. Sorry, ich meinte natürlich bei 0V. ArnoR schrieb: > Aber wenn ich jetzt 0V auf den > Eingang gebe, liegen an Punkt 1 4,6V an. Dadurch sperrt Q1 und Q3 > schaltet durch. Die Spannung an Punkt 2 fällt also. Und hier meinte ich 3,3V Aber ich habe das Problem gelöst! Die Spannung an Punkt 2 folgt der von Punkt 1. Sinkt Punkt 1, folgt Punkt 2 bis bis zur Differenz von Ube (ca. 0,5V). Steigt die Spannung an Punkt 1 überholt sie die Spannung an Punkt 2 zuerst, bis sie 0,5V über Punkt 2 liegt. Erst dann folgt Punkt 2 wieder. Nun müsste die Spannung an Punkt 2 nach der negativen Flanke ja trotzdem über Punkt 1 liegen. Tatsächlich hat die Flanke an Punkt 1 aber einen leichten Unterschwinger, der dafür sorgt dass wir "von unten" kommen und nicht "von oben". Wenn ich den Überschwinger in LTspice vermeide, verhält sich die Spannung wie erwartet.
@Bernd: Wenn du den Mosfet nur selten schaltest, also keine PWM machst, dann kannst du Q1 und Q3 auch weglassen.
@ Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite >Wenn du den Mosfet nur selten schaltest, also keine PWM machst, dann >kannst du Q1 und Q3 auch weglassen. Beitrag "Re: MOSFET Treiber Konzept" "High-Side-Switches sollten 2 kHz schaffen. "
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