Hallo Leute,
aus Sicherheitsgründen muss ich bei einem Boostwandler zwei N-FETs in
serie (richtig, ich Serie nicht parallel!) Schalten. Hierzu werden zwei
unterschiedliche FETs mit vergleichbaren Werten (unterschiedlicher
Hersteller) miteinander verbunden (also vom ersten oberen FET wird die
Drain mit der Source des unteren FETs verbunden).
Ziel ist es, das selbst wenn ein Transi "Stirbt" und durchschalten
sollte, die Schaltung keinen Kurzschluss im Eingang verursacht (sie soll
definitiv noch deaktivierbar sein) - und nicht das diese trotz Defekt
weiter arbeiten soll.
Meine Idee war es eine HS/LS Treiber zu benutzen, doch da stoße ich auf
zwei probleme. Erstens erlauben es die Treiber in der Regel nicht, das
HS und LS zur selben Zeit durchgeschaltet sein dürfen (was ja auch für
99,99% der Anwendungen richtig ist - nur eben bei mir nicht) und
zweitens hat die Ladungspumpe kein Potential zwischen den beiden
Transistoren, auf das sie die Gatespannung des oberen FETs laden könnte.
Habt ihr das auch schon einmal implementiert bzw kann mir da jemand
einen Tipp geben?
Also das wird nie im Leben sicherer, als eine Schaltung mit nur einem
Fet.
Wer daran glaubt, daß ein Mosfet "einfach so" stirbt, der hat das
Bastlerstadium noch lange nicht verlassen, und sollte versuchen, nur das
nachzubauen, was andere schon erfolgreich entworfen und gebaut haben.
Scrat schrieb:> und sollte versuchen, nur das> nachzubauen, was andere schon erfolgreich entworfen und gebaut haben.
Stimmt. Wenn der MOSFET den Deckel aufmacht ist der 2. auch nutzlos.
Wahrscheinlich versucht der TS das Prinzip der Weihnachtsbaumbeleuchtung
auf Halbleiter anzuwenden? Erst schmilzt Silizium bei Überlastung, dann
geht der Deckel auf oder die Bonddrähte brennen weg.
Das Konzept ist Schrott. EMV Probleme, dh Layout probleme. Ich wuerd
erst mal die loesen. Und den FET passend dimensionieren. Etwas Luft
sollte schon sein.
Ich hab Kollegen die schalten FET in Serie, zB um 5kV 10A in 10ns zu
schalten, und verwenden 1500 V Fets. Fuer hoehere Spannungen gibt's
nichts.
Um welche Spannungen geht es denn ? Zeig mal das bisherige Layout.
Lass mich raten, SILx oder PLx und der TÜV?
Überleg dir erst mal, ob der Fehler überhaupt eine echte Gefahr
darstellt. Ich glaube das nicht!
Weil, wenn der FET einen Kurzschluss macht, ist im schlimmsten Fall die
Versorgung weg. Wenn er aufmacht, funktioniert der Boost nicht mehr.
Irgendwas dazwischen ist das gleiche - höchstens zu wenig Spannung. Der
FET alleine kann keine Überspannung produzieren.
Daher führt das höchstens zu einer Unterspannung am Ausgang. Und die
darf nicht gefährlich sein, sonst hast du etwas falsch gemacht.
Wo soll da eine gefährdung entstehen?
Außerdem:
Die Lösung mit 2 FET wird der TÜV nicht akzeptieren. Weil es Fehler
gibt, die beide FET zerstören können (Common Cause Fehler) - in dem Fall
wäre das z.B. ein Überstrom.
Die akzeptierte Lösung hier ist eine Crowbar - Eine Sicherung mit einem
Element dahinter, das einen Kurzen macht, wenn eine Überspannung
auftritt. Also keine Z-Diode, sondern ein Thyristor. Dessen
Schmelzintegral muss größer sein, als das der Sicherung, dann gibts
keine Probleme.
Jetzt Nicht schrieb:> Ich hab Kollegen die schalten FET in Serie, zB um 5kV 10A in 10ns zu> schalten
Verstehe, außerirdische Kollegen. Finde es aber gut, daß dein Chef dir
wenigstens noch die Stelle als Putzkraft gelassen hat ;-)
Musste meinen Platz vergangenes Jahr leider auch räumen, als einer mit
ner overunity-Maschine vorstellig wurde.
Die Sicherheit eines Boost zu erhöhen indem man einen zweiten FET in
Reihe schalten heißt den Teufel mit dem Belzebub auszutreiben.
Eher wahrscheinlich das diese komische Konstruktion Defekte erst
hervorruft.
Was macht man denn um den Ausfall der Diode, des Reglers, des Elkos, der
Induktivität und aller anderer Komponenten abzufangen ?
2 redundante Boost sind m.E. die einzige realistische Möglichkeit.
Jetzt Nicht schrieb:> 5kV 10A in 10ns
Das ist ... beachtlich ...
Für den HT61-02 (25A / 6KV) gibt Behlke 20ns Typical Turn-On Rise Time
bei 4,8KV und 0.1A an.
Da Behlke für mich die Referenz in HV Halbleiterschaltern ist, würde ich
wirklich gerne wissen wo ich Euer Know How kaufen kann.
Scrat schrieb:> Musste meinen Platz vergangenes Jahr leider auch räumen, als einer mit> ner overunity-Maschine vorstellig wurde.
Ich kann Dir meine Zeitmaschine leihen dann kannst Du den Typen abfangen
bevor das passiert.
> Jetzt Nicht schrieb:> 5kV 10A in 10ns
Das ist ... beachtlich ...
Für den HT61-02 (25A / 6KV) gibt Behlke 20ns Typical Turn-On Rise Time
bei 4,8KV und 0.1A an.
Da Behlke für mich die Referenz in HV Halbleiterschaltern ist, würde ich
wirklich gerne wissen wo ich Euer Know How kaufen kann.
Die genauen Daten muesste ich erfragen. Es war eine laengere
Entwicklung. Nichtkommerziell. Antrieb war, dass die Behlke dauernd
kaputt gingen...
Unsere Last ist nicht ohmsch, sondern kapazitiv. Im Einzelpico Bereich.
Das muesst ich auch erfragen. Die Ausfuehrung ist Pushpull, mit 1kHz
Retriggerbarkeit. Da muesst ich mich aber auch nochmals informieren.
Vielleicht gibt's mal eine Publikation...
Die Ausfuehrung ... mehrere Fet in Serie, transformatorisch angesteuert.
DC ansteuerung geht nicht.
Danke für die vielen Vermutungen, nur geht es in meinem Fall um
resistenz gegen Strahlung. Dabei können nun mal die FETs trotz richtiger
Dimensionierung nach einer bestimten Dosis instentan durchschlagen. Da
es ein Demonstrator und Testgerät wird, können auch aus Kostengründen
keine Strahlenfeste Typen benutzt werden.
Es ist halt mehr ein Technologiedemonstrator...
Der große Wumpus schrieb:> Danke für die vielen Vermutungen, nur geht es in meinem Fall um> resistenz gegen Strahlung. Dabei können nun mal die FETs trotz richtiger> Dimensionierung nach einer bestimten Dosis instentan durchschlagen. Da> es ein Demonstrator und Testgerät wird, können auch aus Kostengründen> keine Strahlenfeste Typen benutzt werden.> Es ist halt mehr ein Technologiedemonstrator...
Wenn strahlenfeste FETs für die Demo zu teuer sind, dann setz doch auch
einen Demonstrator für die Strahlung ein.
mfg klaus
Der große Wumpus schrieb:> zwei N-FETs in serie> Meine Idee war es eine HS/LS Treiber zu benutzen
Nein, du brauchst nur zwei ganz normale LowSide-Treiber, deren Eingänge
du verbindest und deren Ausgänge auf die beiden MOSFETs gehen.
Eventuell kannst du noch eine Defekterkennung einbauen, indem du
zeitweise nur den einen MOSFET ansteuerst, und prüfst ob die
Ausgangsspannung noch anliegt. Wenn das der Fall ist, dann hat der
andere MOSFET eine Kurzschluss.
Ich vermute, die Diode ist nicht so kritisch, wegen den größeren
Strukturen?!
Soll es in den Weltraum gehen?
Alexander Schmidt schrieb:> Nein, du brauchst nur zwei ganz normale LowSide-Treiber, deren Eingänge> du verbindest und deren Ausgänge auf die beiden MOSFETs gehen.
Bei Serienschaltung ?
Da wird der 'obere' Low Side Treiber aber dicke Backen machen wenn der
untere Fet sperrt.
Unten Low Side, oben High Side und um die Symmetrierung braucht man sich
nicht zu kümmern da beide Fets die volle Spannung abkönnen.
@Wumpus
Wenn beide Fets die gleiche Dosis erhalten dann sind doch beide Fets zum
gleichen Zeitpunkt unzuverlässig. Was gewinnt man da durch
Reihenschaltung ?
Ich habe das Thema jetzt nur kurz überflogen, aber es scheint als ob das
im wesentlichen ein N-MosFet und ggf. noch IGBT Problem ist.
In dem Fall würde ich mal SiC Transistoren und bipolare ins Auge fassen.
Damit kann man hervorragend Boost Wandler bauen.
Vielleicht High-Side, vor dem Eingang in den Boost, eine
Überstrom-Erkennung und einen P-FET (oder mehrere parallel) zum
abschalten einbauen.
Dann bist Du nicht nur gegen Zerstörung der N-FETs geschützt, sondern
auch gegen Kurzschluss am Ausgang des Boosts.
Michael Knoelke schrieb:>> Nein, du brauchst nur zwei ganz normale LowSide-Treiber, deren Eingänge>> du verbindest und deren Ausgänge auf die beiden MOSFETs gehen.> Bei Serienschaltung ?> Da wird der 'obere' Low Side Treiber aber dicke Backen machen wenn der> untere Fet sperrt.
Du hast recht, dann schlägt das Gate des MOSFET durch.
Man braucht oben einen HighSide-Treiber, so wie im Anhang.
Nicht immer sterben die MOSFETS, auch Eklos leben nicht ewig. Statt 2
MOSFETS in Reihe würde ich lieber 2 ganze Geräte separat aufbauen und
die Ausgänge sinnvoll zusammenschalten: wenn eins ausfällt übernimmt das
Andere. 2 Dioden?
oszi40 schrieb:> Statt 2> MOSFETS in Reihe würde ich lieber 2 ganze Geräte separat aufbauen und> die Ausgänge sinnvoll zusammenschalten: wenn eins ausfällt übernimmt das> Andere. 2 Dioden?
Richtig!
Es sind sogar drei Systeme parallel (Tripple Modular Redundancy)! Wobei
die Bauteile wild in ihrer Varianz gestreut werden. Also es werden
vergleichbare Halbleiter von unterschiedlichen Herstellern und
Fertigungstechnologien benutzt.
Und ja auch die Dioden sind in Reihe - ein Sicherheitsfeature. Wir sind
momentan noch am Diskutieren, ob wir SIC Dioden benutzen, da diese
scheinbar etwas resistenter sind, nur haben die natürlich doppelt so
hohe Flussspannung (und dann zwei in Reihe). Auch wenn Effizienz nicht
ganz im Mittelpunkt steht, wäre das jedoch schon ein starker
Angriffspunkt für Optimierungen.
Alle Bauteile sind um Faktor fünf bis sieben in Ihrer
Spannungsfestigkeit überdimensioniert... ECSS lesen macht ja soetwas von
keinen Spaß :-(
@Alexander Schmidt
Danke
Eine Idee wäre noch, ein lowside FET zur Freigabe und ein darüber
angeordneter der getaktet wird.
