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?
@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.
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.
@ 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. "