Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik High-Side Treiberschaltung für NPN-Ausgang


von Stephan N. (stenol)


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Hallo,
Ich arbeite z.Z. auch an ein paar Projekten für die ich einige 
Schaltwandler bauen muss (oder sollte). Aus verschiedensten Gründen 
versuche ich gerade mit solchen klar zu kommen, die anstelle eines 
Logik- oder MosFET-Treiber Ausgangs stattdessen über einen 
NPN-Transistor als Ausgang verfügen (ähnlich wie bei 34063, aber mit 
weniger Leistung).
Praktisch wenn man damit auskommt, nicht so gut wenn man z.B. einen 
High-Side Schalter ansteuern möchte. Da Bipolartansistoren (mit Ausnahme 
von Einzelstücken) ein bisschen wie schwarze Magie für mich sind hoffe 
ich auf eure Tipps und Denkanstöße ;)

Ich sehe z.Z. drei Möglichkeiten:

1) Ein Treiber IC verwenden.
  a) Welches würdet ihr empfehlen und
  b) wie könnte man das Steuersignal dafür erzeugen?
2) Einen Treiberstufe diskret aufbauen
3) Doch keinen MosFET, sondern z.B. einen PNP ansteuern, aber wie 
schütze ich meinen Ausgangstransistor vor zu hoher Spannung?

Nebenbedingung bei allem dürfte die Flankensteilheit sein, da die 
PWM-Frequenz bis zu 400 kHz betragen kann. Verzögerungen wären hingegen 
egal, vorausgesetzt sie ist für beide Flanken gleich lang.

Die Eingangsspannung variiert stark (ca. 9 bis 50V), das IC arbeitet mit 
mit 7 bis 15V. Der MosFET sollte >100V blocken können.

von Joe F. (easylife)


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Was genau möchtest du tun?
Einen Stepup/Stepdown selbst bauen?
Suchst du einen Stepup und/oder Stepdown?
Wenn ja für welche Eingangsspannung (vermutlich 9-50V).
Welche Ausgangsspannung ist benötigt? Welcher Strom wird am Ausgang 
erwartet?

von Stephan N. (stenol)


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Ich habe versucht mich auf das wesentliche zu beschränken, deshalb habe 
ich keine Angaben über das hinaus gemacht was mir Probleme bereitet.

Aber ja, ich brauche zunächst einen Wandler der 24V in 15 bis 27V 
umwandelt, am besten mit Strom und Spannungsbegrenzung. Der Laststrom 
beträgt 0 bis 500mA. Weil ich nicht weiß, ob ich später 24V zur 
Verfügung habe soll der Eingangsspannungsbereich möglichst groß sein.

von Joe F. (easylife)


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Und was spricht dagegen einfach den MC34063 mit seinem internen Switch 
zu verwenden (als Step-Down)?
Beschaltung wie auf S.7 (oben) des Datenblattes.


24V in 15 bis 27V out ist natürlich ungünstig,
24V in 15 bis 24V out oder
27V in 15 bis 27V out wären da irgendwie besser.

: Bearbeitet durch User
von Stephan N. (stenol)


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Weil es wegen des Spannungsbereichs ein Inverswandler wird werden müssen 
und dann 24+27+Toleranz über den 40V liegt die ein 34063 (oder auch mein 
IC) aushält.

von Joe F. (easylife)


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???
Inverswandler?
Also -15 bis -24V out?

"24+27+Toleranz"?

Also nicht 24V in?

Werde doch bitte mal klarer mit deinen Angaben.

: Bearbeitet durch User
von Stephan N. (stenol)


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Lieber Joe wieso hältst du dich an irrelevanten Details auf die nichts 
damit zu tun haben, dass ich einen High-Side MosFet ansteuern möchte?

von Joe F. (easylife)


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Der ganze Thread ist glaube ich irrelevant.
Edit:
Es ist doch nicht irrelevant, was für Spannungen du am Ende erzeugen 
willst. Diese unvollständige Beschreibung der Aufgabe, die du dir 
vorgenommen hast, ist anstrengend für jeden, der dir helfen möchte.
Aus dem ersten Post in diesem Thread kann man erkennen, dass du von 
Schaltreglern nicht besonders viel Ahnung haben kannst, daher meine 
Fragen.

: Bearbeitet durch User
von Stephan N. (stenol)


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Joe F. schrieb:
> Es ist doch nicht irrelevant, was für Spannungen du am Ende erzeugen
> willst. Diese unvollständige Beschreibung der Aufgabe, die du dir
> vorgenommen hast, ist anstrengend für jeden, der dir helfen möchte.
> Aus dem ersten Post in diesem Thread kann man erkennen, dass du von
> Schaltreglern nicht besonders viel Ahnung haben kannst, daher meine
> Fragen.

Selten so gelacht.
Was Schaltregler angeht kenne ich mich recht gut aus, deswegen weiß ich 
ja, dass ich ein High-Side MosFET steuern möchte. Es hat keinen Zweck 
über "die" Spezifikation zu reden, weil es mehrere gibt. Die Frage ist 
aber für alle - bis auf die Dimensionierung, die später kommt - 
dieselbe.

Ich kann aber gerne das Beispiel nochmal wiederholen:
Eingangsspannung: 9 bis 48V (aufgerundet 50)
Ausgangsspannung: Einstellbar, minimaler Regelbereich 15 bis 27V
Ausgangsstrom: 500 mA

Daraus folgt, da ich z.Z. keinen SEPIC, CuK oder ZETA Wandler bauen will 
und auch keinen Trafo wickeln möchte, dass es ein Inverswandler werden 
muss. Das ändert aber nichts an der Spezifikation, du musst nur 
gelegentlich das Vorzeichen beachten. Ob du nun die Eingangs, oder 
Ausgangsspannung als negativ betrachtest, oder mit Beträgen rechnest 
spielt keine Rolle.

@Toleranz,
ja meine 24V Quelle ist nicht perfekt, sondern hat +/-10% - na und?
Irrelevant, wichtig war nur das 24+27>40.


Und jetzt bin ich gespannt wo genau und wozu du diese Angaben zur 
Beantwortung meiner Frage benötigst.

von easylife (Gast)


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bei deinen angaben fehlt nach wie vor das vorzeichen.

24+27 ist cryptisch. was meinst du damit?

von Stephan N. (stenol)


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easylife schrieb:
> bei deinen angaben fehlt nach wie vor das vorzeichen.
>
> 24+27 ist cryptisch. was meinst du damit?

Bei einem Inverswandler muss das Schaltelement die Differenz zwischen 
Ein- und Ausgangsspannung blocken können(Plus Schaltspitzen). In diesem 
Beispiel also mindestens 24-(-27) = 24+27 Volt. Das ist mehr als die 40V 
die mein IC oder der MC34063 vertragen, und deswegen brauche ich einen 
High-Side Schalter, vorzugsweise ein n-Kanal MosFET.
Das ist für das Problem, mit dem NPN-Ausgang ein schönes rechteckiges 
Signal zu erzeugen, um damit ein Treiber-IC anzusteuern aber 
unerheblich.

von Hakon H. (ickiller)


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Guten Abend,

das 34063 Datasheet von TI 
(http://www.ti.com/lit/an/slva252b/slva252b.pdf) bringts in Kapitel 5 
gut auf den Punkt. Anhand von dem Prinzipschaltbild kannst du dir 
überlegen, welche Komponenten welche Spannungen vertragen können müssen.
Beim Treiben eines externen Mosfets bietet es sich in deiner Anwendung 
ggf. an, den 34063 über einen Linearregler zu versorgen, da sonst (bei 
34063-Kollektor an V+) eine unzulässig hohe Gate-Source-Spannung am 
MosFET anliegen kann. Vorteil dabei wäre, dass die Versorgungsspannung 
des 34063 gegen Masse abnimmt, die eigendliche Leistung wird zwar von 
ihm gesteuert, wird aber im externen MosFET geschaltet, stell dir den 
hier (Beitrag "Re: Stepup 180V - sackt völlig zusammen") als 
buck-boost mit Linearregler am 34063-Vin vor, das sollte bei dir passen.

LG,
Hakon

von Hakon H. (ickiller)


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Im Datasheet von st 
(http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/datasheet/CD00001232.pdf) 
ist auf Seite 16 eine Schaltung mit externem PNP angegeben, die sollte 
ohne Schwierigkeiten auf meinen Vorschlag mit dem Linearregler umsetzbar 
sein. Kritisch dürften dabei die internen Transistoren sein, die bei 
ausgeschaltetem PNP über dessen Basis-Emitter-Strecke einen 
Lawinendurchbruch erleiden könnten, da die Kollektor-Emitter-Spannung 
beinahe der Eingangsspannung entspricht. Bis 40V Eingangsspannung müsste 
es also passen, darüber könnte evtl. eine Zener in Reihe zum 
Basiswiderstand vom PNP-Transistor die Kollektor-Emitter-Spannung um den 
Wert der Zenerspannung reduzieren, wirklich schön wäre das aber nicht 
;-)


- Hakon

von Stephan N. (stenol)


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Danke Hakon für die erste konstruktive Antwort.
Leider beinhaltet dein Beispiel aber keinen High-Side, sondern einen 
Low-Side-Treiber. Um einen High-Side N-Kanal Mosfet durchzuschalten muss 
man an das Gate eine Spannung anlegen, die höher ist als die 
Versorgungsspannung.

Die verwendete Schalung mit Kleinsignal-PNP, Diode und Widerstand könnte 
sich aber eignen um ein Treiber-IC anzusteuern, sie scheint ein schönes 
Rechteck zu erzeugen. Danke für den Link.

Oh und ja, eine Begrenzung der Versorgungsspannung wurde bedacht.

Stephan

von Thomas B. (thombde)


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Welchen gravierenden Grund gibt es denn, um
mit einem N-Kanal High-Side zu schalten?

von Thomas B. (thombde)


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Thomas B. schrieb:
> Welchen gravierenden Grund gibt es denn, um
> mit einem N-Kanal High-Side zu schalten?

Die Frage war eigentlich an den "TE" gestellt.
Aber er antwortet ja nicht.

MfG
Thomas

von Stephan N. (stenol)


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Thomas B. schrieb:
> Thomas B. schrieb:
>> Welchen gravierenden Grund gibt es denn, um
>> mit einem N-Kanal High-Side zu schalten?
>
> Die Frage war eigentlich an den "TE" gestellt.
> Aber er antwortet ja nicht.
>
> MfG
> Thomas

Was heißt denn TE?

N-Mos verwendet man gerne weil z.B.
- P-Kanal für höhere Leistung selten sind
- N-Kanal bessere Eigenschaften haben (Elektronen bewegen sich leichter 
als Löcher -> kleinerer Widerstand)
Wenn du mehr wissen willst ist 
https://de.wikipedia.org/wiki/Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor#Vor-_und_Nachteile 
ein guter Anfang.

von Hakon H. (ickiller)


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Wenns ein N-Mos sein soll, musst du entweder eine Topologie mit 
Low-Side-Switch wählen oder einen Buck-Boost mit High-Side-Driver 
realisieren. Ersteres scheint selten zu sein, eine kurze Suche ergab 
lediglich diese Konstantstromquelle: 
http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/DN05002-D.PDF . Mit einem 
Differenzverstärker zur Bereitstellung der Feedbackspannung für den 
34063 sollte aber auch ein Konstantspannungsbetrieb möglich sein.
Buck-Boost-Wandler kannst du mit einem diskreten Bootstrapping oder eben 
einem integrierten High-Side-Treiber realisieren. Letzteres ist meiner 
Ansicht nach zu bevorzugen, da integrierte Lösungen einfacher zu 
realisieren sind, 'ab Werk' saubere Flanken liefern und viele davon 
einen zwei-Flanken-Levelshifter besitzen, der einen reduzierten 
Stromverbrauch ermöglicht.
Es gibt auch Wandler-ICs mit eingebautem High-Side Treiber, vieles davon 
scheint aber schwer beschaffbar/teuer, so z.b. der LM5118. Günstiger ist 
da wahrscheinlich eine Lösung mit zwei ICs und externem N-Kanal-Mosfet.

Hakon

von Thomas B. (thombde)


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Stephan N. schrieb:
> Was heißt denn TE?
Threadersteller

Gibt aber mittlerweile schon sehr gute P-MOS.
Ich würde mir den Stress gar nicht machen.
Es sei denn, Du willst das letzte Prozent an Wirkungsgrad
ausreizen.

Gruß
Thomas

: Bearbeitet durch User
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