Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik MOSFET + Treiber Dimensionierung


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von Max (Gast)


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Hallo!

Bin dabei, eine Endstufe mit einem MOSFET inkl. MOSFET-Treiber zu 
planen.

Ich möchte ca. 15A durchschalten können, mit einer Flankensteilheit von 
100ns.

Als MOSFET habe ich den ausgesucht:
http://www.conrad.at/ce/de/product/151583/MOSFET-N-Kanal-Fairchild-Semiconductor-RFP50N06-N-Kanal-Gehaeuseart-TO-220AB-ID-50-A-UDS-60-V

Von einem Freund habe ich diesen Treiber bekommen:
http://www.conrad.at/ce/de/product/147303/Linear-IC-Intersil-ICL7667CPA-Gehaeuseart-DIL-8-Ausfuehrung-Dual-Power-MOSFET-Treiber#

Lt. Diagramm auf Seite 3 des Datenblattes vom Treiber kann er bei einer 
Gate-Kapazität von 2020pF (lt. Datenblatt MOSFET) 100ns locker 
erreichen, das sollte also passen.

Die Frage ist aber, welcher Vorwiderstand zw. Treiber und MOSFET kommen 
soll, damit die Flankensteilheit tatsächlich 100ns beträgt.

Wenn ich mit 100ns=5RC rechne, kommen ca. 10 Ohm raus.
Heißt das, dass ich jz 10 Ohm dazwischen schalte?
Im DB des Treibers steht etwas von Rout=7 Ohm typ.
Heißt das, ich muss das von den 10 Ohm abziehen?

Den Beitrag von mikrocontroller.net zu den MOSFET-Treibern habe ich 
gelesen, konnte aber nichts dazu finden....

Ach ja und für welche Leistung muss die Dimensioniert werden?

Hab einen Ladestrom von 1,5A ausgerechnet. Der fließt pro Schaltvorgang 
ein mal zu und ein mal ab. D.h. es wäre

P= R * (1,5)^2 * f_PWM

??


Danke schon mal im Voraus!

Bye

von Max (Gast)


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Sorry,

P= R * (1,5)^2 * (t_rise+t_fall) * f_PWM

hab ich gemeint....

von ArnoR (Gast)


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Max schrieb:
> Lt. Diagramm auf Seite 3 des Datenblattes vom Treiber kann er bei einer
> Gate-Kapazität von 2020pF (lt. Datenblatt MOSFET) 100ns locker
> erreichen, das sollte also passen.

Voll reingefallen. Die Eingangskapazität des Mosfet wird bei Ugs=0V und 
Uds=25V gemessen. Also bei nicht geschaltetem Mosfet. Beim Schalten hat 
man ganz andere Verhältnisse (Miller-Effekt), die wirksame 
Eingangskapazität ist viel größer als die genannte Datenblattangabe.

Max schrieb:
> damit die Flankensteilheit tatsächlich 100ns beträgt.

Wegen des Miller-Effekts wirst du keine gleichmäßig steigende/fallende 
Flanke bekommen, sondern ein schönes Plateau mittendrin. Außerdem ist 
Flankensteilheit was anderes, z.B. V/µs oder A/µs, aber nicht µs oder 
so, das wäre eine Zeit, aber keine Steilheit.

von Rolf R. (ultra-low)


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Was für eine Art von Endstuffe?
Was willst du denn in so kurzer Zeit schalten? Und wie oft?
Welche Spannung?

Dir muss es ganz klar sein, wenn du von 0 auf 15A in 0,1µs willst, dann 
hast du ganz andere Problemme zu bewältigen. Gatetreiber ist noch das 
kleinere Übel...

von Max (Gast)


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Sorry, die Spannung hab ich vergessen, es sind 12V.

Die kurze Zeit hab ich gewählt, weil so weniger Schaltverluste 
entstehen.

Frequenz soll oberhalb der hörbaren Schwelle, also ca 22kHz sein.

Die EMV-Probleme sind mir bewusst, werde die Leitungen schirmen.

Aber wie rechne ich dann die Ströme aus? Auf der Seite über die Treiber 
steht, dass man 5*Ciss nehmen soll...

von Olaf (Gast)


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> Die Frage ist aber, welcher Vorwiderstand zw. Treiber und MOSFET kommen
> soll, damit die Flankensteilheit tatsächlich 100ns beträgt.

Die Antwort kannst du in Applikationen von IRF (International Rectifier) 
nachlesen. Die bauen naemlich Mosfet und haben es dir genau 
vorgerechnet. Es ist naemlich etwas komplizierter als du denkst.

Olaf

von Max (Gast)


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Wo genau kann man das nachlesen?

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


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Max schrieb:
> Die Frage ist aber, welcher Vorwiderstand zw. Treiber und MOSFET kommen
> soll, damit die Flankensteilheit tatsächlich 100ns beträgt.

Max schrieb:
> Die kurze Zeit hab ich gewählt, weil so weniger Schaltverluste
> entstehen.

Aha. Du willst also gar nicht in genau 100ns schalten, sondern so 
schnell wie möglich (mit so geringen Verlusten wie möglich). Dann fang 
damit an, daß du gar keinen Gate-Widerstand einbaust. Typischerweise 
verwendet man diese Widerstände, um den Schaltvorgang gezielt 
langsamer zu machen. Z.B. um EMI-Probleme zu reduzieren.

von Pandur S. (jetztnicht)


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>Die EMV-Probleme sind mir bewusst, werde die Leitungen schirmen

Welche Leitungen ? Es darf gar nicht erst irgendwelche Leitungen geben.
-Zwischen Treiber und Fet(s)? so kurz wie moeglich, ueber GND Plane.
-zwischen Fet und Spule und Cap ? So kurz wie moeglich, mit so kleiner 
Flaechenaenderung wie moeglich. Die Spitzen des Rippels werden auch noch 
gefiltert. Eigentlich verlaesst nur DC das Board.

von Dieter F. (Gast)


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Max schrieb:
> Wo genau kann man das nachlesen?

Ich würde hier schauen: http://www.irf.com/application-notes

von Rolf R. (ultra-low)


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P(Watt) = f(freq) x Q(Coulumb) x 2 x  U(Volt)

gatetreiber müsste da also pi mal daumen ca. 10mw verkraften können. 
wenn du da einen logic level mosfet nehmen würdest, bräuchtest du 
vielleicht gar keinen gate treiber, könntest also fast an controller 
direkt anhängen. ansonsten jeder gate treiber wäre da unterfordert. aber 
wie gesagt wir wissen nicht welche last du schalten möchtest...

: Bearbeitet durch User
von Pandur S. (jetztnicht)


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Nee. Man moechte nicht waehrend einer halben Periodendauer umschalten, 
sondern einiges schneller. Da ist nichts mit 10mW.

von Max (Gast)


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Hallo!

Danke schon mal für die Antworten!

My English is not the yellow from the egg, also sind die Application 
notes von IR keine große Hilfe für mich.
Natürlich möchte ich besser Englisch können und arbeite auch schon dran, 
aber im Moment kann ich's eben noch nicht, sorry.

Den Wiki-Artikel auf mikrocontroller.net hab ich bereits 
durchgearbeitet, demnach habe ich ausgerechnet, dass ich für die 100ms 
Flanke 1,5A brauche.
Dummerweise ist im DB vom Treiber nicht angegeben, wie viel Strom er 
liefern kann. Jedoch kann lt Diagramm ca. 3000pF in 100ms geladen werden 
und ich ging davon aus, dass es reicht, da im DB vom MOSFET ja 2020pF 
angegeben sind.
Stimmt diese Überlegung nun auch nicht mehr??
Wie weiß ich dann überhaupt, was der verlinkte Treiber überhaupt treiben 
kann?

Und wie ist das nun mit der Kapazität des Gates? Was muss jz wirklich 
geladen werden?
Wie kann ich nun wirklich ausrechnen, wie groß der Widerstand sein soll?

Mein Ziel ist nicht nur, diese Schaltung zu bauen, sondern auch ein 
nachhaltiges Wissen mitzunehmen.

Wäre deshalb für Erklärungen und/oder gute Links zu (deutschen) 
Erklärungen sehr dankbar!

von ArnoR (Gast)


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Ach Mensch, so schwer ist das doch nicht. Im DB des Mosfet kann man die 
Gateladung für einen Schaltvorgang ablesen. Max. 80nC bei Ugs 0->10V und 
Uds=48V, Id=50A.... Da Qg nicht besonders stark von Uds und Id abhängt, 
gilt das auch etwa für deine Anwendung. Bei Vcc=12V kann man etwa 
Qg=100nC ansetzen. Der Treiber muss also 100nC in 100ns liefern. Das 
entspricht einem mittleren Strom von 1A.

Der Treiber-IC hat etwa 10 oder 12Ohm Ausgangswiderstand bei Vcc=12V. Er 
kann also am Anfang der Schaltperiode 1A liefern, wenn die Gatespannung 
sich gerade noch nicht geändert hat. Mit ansteigender/fallender 
Gatespannung sinkt der Strom aber ab. 100ns wirst du nicht ganz 
schaffen. Auf die ns genau kann man das nicht berechnen.

von Max (Gast)


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Danke!

Bleibt noch die Frage des Vorwiderstandes.
Oder soll ich keinen nehmen? Ist der Treiber dann nicht überlastet?

Ausgangswiderstand ist lt. DB 7 Ohm.
(Das ist ganz normal der Innenwiderstand der Spannungsquelle, oder?)

von Klaus (Gast)


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Max schrieb:
> Wie kann ich nun wirklich ausrechnen, wie groß der Widerstand sein soll?

Manche Application Notes schlagen einen Wert von 0 Ohm vor, es sei denn 
aufgrund des Aufbaus schwingt der FET beim Umschalten. Dann wird ein 
größerer Widerstand als 0 empfohlen, um die Schwingung zu dämpfen. Wobei 
andere da lieber Ferritperlen an den Anschlüssen nehmen.

MfG Klaus

von ArnoR (Gast)


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Max schrieb:
> Ausgangswiderstand ist lt. DB 7 Ohm.

Oh Mann, bei Vcc=15V, DB lesen musst du auch noch üben.

von Max (Gast)


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Sorry, hab's gleich auf der ersten Seite gelesen....

Stimmt, weiter unten steht 12 Ohm...

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


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Max schrieb:
> Sorry, hab's gleich auf der ersten Seite gelesen....
> Stimmt, weiter unten steht 12 Ohm...

Mir ist vollkommen schleierhaft, was du mit diesem Wert willst. Der sagt 
am Ende auch nix weiter aus, als daß der Treiber bei 12V Versorgung ca. 
1A in die Gatekapazität laden kann wenn die gerade leer ist.

Allerdings verhält sich der Ausgang des Treibers genausowenig wie ein 
Widerstand wie sich der Gate-Anschluß des MOSFETs wie ein Kondensator 
verhält.

von Max (Gast)


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Was meint ihr dazu, einen Potentiometer einzubauen und damit die 
Flankensteilheit per Messung einzustellen?
Dann kann man später auch noch nachjustieren.

Für welche Leistung müsste der Poti dimensioniert sein?

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


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Max schrieb:
> Was meint ihr dazu, einen Potentiometer einzubauen und damit die
> Flankensteilheit per Messung einzustellen?

Wofür zum Teufel willst du die Flankensteilheit einstellen können?

Die Frage ist ungefähr so sinnig, wie die den cw-Wert seines Autos 
einstellen zu können. Wenn man gleichzeitig angesagt hat, daß das 
letztendliche Ziel ein möglichst geringer Spritverbrauch ist.

Fang doch mit kleineren Brötchen an: bau es so auf daß es überhaupt erst 
mal funktioniert.

von Max (Gast)


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Naja, es wäre aber schade, wenn man die ganze Platine neu machen müsste, 
nur weil man dann doch zu steile Flanken hat...
Und das Poti kann man ja auch auf 0 Ohm drehen...

Oder hat es irgendwelche Nachteile?

von Falk B. (falk)


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@ Max (Gast)

>Naja, es wäre aber schade, wenn man die ganze Platine neu machen müsste,
>nur weil man dann doch zu steile Flanken hat...

Schon mal dran gedacht, den Gatewiderstand auszuwechseln?

>Und das Poti kann man ja auch auf 0 Ohm drehen...

Sowas macht an der Stelle kein Mensch.

von Max (Gast)


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Naja, was es nicht gibt, kann man auch nicht auswechseln...

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


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Max schrieb:
> Naja, was es nicht gibt, kann man auch nicht auswechseln...

Dann sieh doch ein paar Lötbrücken vor. Ob du dann Gatewiderstände oder 
evtl. Ferritbeads oder Drosseln einbaust, kannst du dir dann immer noch 
überlegen, bzw. an die Gegebenheiten anpassen.

: Bearbeitet durch User

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