Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik IR2181, FET-Driver, zwei N-Channel FETs, richtig?


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von Uno (Gast)


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Guten Morgen geehrte Damen und Herren,
vorerst entschuldigt mir bitte die qualitativ minderwertige Zeichnung :D

Ich möchte mit dem IR2181(Low und High-Side FET Driver) zwei High-Side 
FETs betreiben. Habe dazu mal bisschen gezeichnet.

Vcc und Vb sind zsm. und stellen High und Low-Side Power-Supply da.
Vs und COM sind zsm. und stellen High und Low-Side return(Ground) da.

So habe ich mir das mal gedacht da ich aus den Application Notes nicht 
schlauer gewurden bin :(

Hoffe jmd macht sich die Mühe und hilft mir weiter.
MfG. Uno

: Verschoben durch Admin
von Falk B. (falk)


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@ Uno (Gast)

>Ich möchte mit dem IR2181(Low und High-Side FET Driver) zwei High-Side
>FETs betreiben. Habe dazu mal bisschen gezeichnet.

Wie soll das gehen? Dazu braucht man ZWEI High Side Driver!

>Vcc und Vb sind zsm. und stellen High und Low-Side Power-Supply da.
>Vs und COM sind zsm. und stellen High und Low-Side return(Ground) da.

Schon mal in Datenblatt geschaut? Auf der ERSTEN Seite sieht man, wie 
diese ICs RICHTIG beschaltet werden!

http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/irf/ir2181.pdf

Oh, jetzt seh ich es erst. Um 5V auf ein paar LEDs zu schalten sind dies 
ICS VOLLKOMMEN UNGEEIGNET! Die sind für 12-600V gedacht!

Bei 5V schaltet man DIREKT mit P-Kanal MOSFETs.

https://www.mikrocontroller.net/attachment/34752/P_FET.png

Bei 5V kann man den Treiber etc. weglassen und DIREKT das Gate mit 5/0V 
ansteuern.

: Bearbeitet durch User
von Dex (Gast)


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Die Anwendung mit den LEDs ist nur Beispiel haft. Ja ich habe diese Pin 
Connection im Datenblatt gesehen. Stellt diese eine H-Brücke dar? Dachte 
es geht. Die Logik kann ich ja selbst programmieren.

MfG.

von Dex (Gast)


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Ich sehe halt nicht warum es nicht gehen sollte. Die Pins heißen zwar 
anders geben aber bei Ansteuerung eine + Spannung raus. Also sollte ich 
doch auch die Low-Side Pins für einen High-Side Channel nutzen können?
Und wieso legst du die minimal Spannung auf 12V?

Es geht darum das mir die Treiber nur als Pegelwandler für die FETs 
dienen, da ich sie an einem 3,3V uC betreiben will. Und die ICs liegen 
halt gerade hier und kosten spielen weniger eine Rolle.

MfG.

von Falk B. (falk)


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@ Dex (Gast)

>Die Anwendung mit den LEDs ist nur Beispiel haft.

Das ist kein Beispiel, das ist IRREFÜHRUNG!

>Ja ich habe diese Pin
>Connection im Datenblatt gesehen. Stellt diese eine H-Brücke dar?

Nö. Denn eine H-Brücke besteht aus vier Schaltern/MOSFETs. Du hast nur 
2, das max. eine Halbbrücke. H-Brücke ist NICHT die Abkürzung für 
Halbbrücke!

> Dachte es geht.

Nenne diesen Vorgang bitte nicht "denken".

> Die Logik kann ich ja selbst programmieren.

Wo liegt dann das Problem?

>Ich sehe halt nicht warum es nicht gehen sollte.

Weil dir massiv Grundlagen fehlen.

> Die Pins heißen zwar
>anders geben aber bei Ansteuerung eine + Spannung raus.

OMG! Aber das Potential stimmt nicht! Die Low Side ist IMMER auf COM 
festgenagelt! Die High Side dagegen kann bis auf 600V hochgehen!

> Also sollte ich
>doch auch die Low-Side Pins für einen High-Side Channel nutzen können?

OMG die IIte!

>Und wieso legst du die minimal Spannung auf 12V?

Weil sonst die ICs streiken (Undervoltage lock out, 
Unterspannungsabschaltung. Datenblatt lesen!

VCC Low side and logic fixed supply voltage min. 10 max. 20 V

von Dex (Gast)


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Ok. Also Versuch zwei. Den Low-Side Channel lasse ich nun ungenutzt(die 
Pins "floating").

So geht das?

Aber nochmal zu dem Low-Side Channel. Sie sagten er liegt dauerhaft auf 
Masse und deswegen kann ich ihn nicht zweckentfremden? Könnte ich dazu 
bitte noch ein paar Erläuterungen haben, ich kann es aus dem Datenblatt 
einfach nicht ableiten...

Ich sammle erste Erfahrungen mit FETs und besonders mit deren Treiber. 
Von daher kann ich dem Grundlagen Defizit wohl zustimmen und 
entschuldige mich dafür.

MfG. Dex

von Falk B. (falk)


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@ Dex (Gast)

>Ok. Also Versuch zwei. Den Low-Side Channel lasse ich nun ungenutzt(die
>Pins "floating").

>So geht das?

Ja.

>Aber nochmal zu dem Low-Side Channel. Sie sagten er liegt dauerhaft auf
>Masse und deswegen kann ich ihn nicht zweckentfremden? Könnte ich dazu
>bitte noch ein paar Erläuterungen haben,

Was soll man da groß erklären. Die Low Side ist ein einfacher Treiber 
mit FESTEM Potentialbezug zu COM.

>Von daher kann ich dem Grundlagen Defizit wohl zustimmen und
>entschuldige mich dafür.

Das musst du nicht.

von Dex (Gast)


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Jetzt versuche ich der Application Note AN-978 die Formeln zur 
Berechnung der Bootstrap Diode und des Kondensators zu entnehmen.

www.irf.com/technical-info/appnotes/an-978.pdf

Diode:

Die max. Spannung der Diode ist die maximale Spannung die wo anfällt? An 
der Last? Also z.B. bei meinem LED Beispiel 2,1V? Oder ist es die 
Betriebsspannung die am FET abfällt wenn er schließt? Ich entschuldige 
mich schon mal :D

Und für den Strom einfach Qgate * f?

Kondensator:

Die Formel die man auf Seite 6 dafür findet.
Z.B. Iqbs, nehme ich da die maximal Werte? Ist wohl am näherliegenden.

VMin = Minimum voltage between VB and VS.
Dazwischen liegt ja auch der Bootstrap-Kondensator den ich mit dieser 
Formel berechnen soll. Wie komme ich denn da auf die Spannung?

MfG. Dex

von Falk B. (falk)


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@Dex (Gast)

>Die max. Spannung der Diode ist die maximale Spannung die wo anfällt? An
>der Last?

Nein, die maximale Spannung des Leistungskreises, die am Drain vom 
MOSFET anliegen. Plus Reserve von 10% und mehr.

>Und für den Strom einfach Qgate * f?

Das ist der mittlere Strom.

von Dex (Gast)


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Morgen,
wie berechnet man denn  Vmin für die Bootstrapkondensator Formel im Bild 
oben? Der Kondensator liegt zwischen Vb und Vs.

Richtig?
  10V(Versorgung)
- 2,1V(LED)
-~0,7V(Diode)
= 7,2V

MfG. Dex

von Dex (Gast)


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Nachtrag der Formel, sorry

von Achim S. (Gast)


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Sevus Dex,

willst du als Interesse unbedingt etwas mit Highside-Treiber und 
Bootstrapkondensator bauen?

Falls nein: bei den Spannungsverhältnissen, die du hast, ist das 
schlicht unnötiger Aufwand. Wenn der Lastkreis aus 5V versorgt wird und 
dir eine 10V Spannung für den Ansteuerkreis zur Verfügung steht, 
brauchst du kein Bootstrap...

Du kannst einen pFET mit Levelshifter in Sourceschaltung einsetzen. Oder 
du bleibst bei dem nFET und steuerst ihn per lowside-Treiber mit 0V/10V 
an. Die Gate-Source Spannug gbeträgt dann -5V/+5V (hängt noch von der 
Last ab, an der LED werden ja keine 5V abfallen). Auch wenn der FET auf 
der Highside deiner Last sitzt, kannst du einen logic level nFET damit 
sauber ansteuern.

P.S.: dass du die LED nicht einfach so (ohne Vorwiderstand) gegen 5V 
schalten darfst, ist dir klar, oder?

von Dex (Gast)


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Heyhey :)

Zu dem LED, ja klar. In der echten Anwendung sitzen da noch ein paar 
LEDs und ein TLC5940 der den Strom regelt.

Und mir geht es bei dem Projekt hauptsächlich ums lernen und wenn ich da 
noch ein bisschen Treiber Erfahrung mitnehmen kann, soll es so sein :D 
Bauteile sind so oder so vom Arbeitgeber gesponsert (:

Also war das so gemeint das auch mit dieser Beschaltung der Kondensator 
überflüssig ist? Der dient ja um kurz die Spannung über die 
Betriebsspannung zu heben? Vll. um das schnelle Umladen zu 
gewährleisten?

MfG. Dex

von Falk B. (falk)


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@ Dex (Gast)

>wie berechnet man denn  Vmin für die Bootstrapkondensator Formel im Bild
>oben? Der Kondensator liegt zwischen Vb und Vs.

>    Form.png
>    6,01 MB, 9 Downloads

Geht's noch? Siehe Bildformate !!!

>  10V(Versorgung)
>- 2,1V(LED)
>-~0,7V(Diode)
>= 7,2V

Nein.

10V - Uf(Diode) ~ 9V.

von Falk B. (falk)


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@ Dex (Gast)

>Zu dem LED, ja klar. In der echten Anwendung sitzen da noch ein paar
>LEDs und ein TLC5940 der den Strom regelt.

Das wird so nicht wirklich gut funktionieren.

>Und mir geht es bei dem Projekt hauptsächlich ums lernen und wenn ich da
>noch ein bisschen Treiber Erfahrung mitnehmen kann, soll es so sein :D
>Bauteile sind so oder so vom Arbeitgeber gesponsert (:

Nicht sonderlich sinnvoll, derartig auf Krampf die Beuteile zu nutzen.

>Also war das so gemeint das auch mit dieser Beschaltung der Kondensator
>überflüssig ist?

Nein.

> Der dient ja um kurz die Spannung über die
>Betriebsspannung zu heben?

Er stellt einen Strompuffer dar, um den High Side MOSFET schnell zu 
schalten.

> Vll. um das schnelle Umladen zu gewährleisten?

Ja.

von Dex (Gast)


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>Das wird so nicht wirklich gut funktionieren.

Hoffe wegen der 5V. Die werden später angepasst.


Wie kann ich denn den Strom berechnen der durch die Diode fließt um 
Vf(genau) zu bestimmen?

MfG. Dex

von Falk B. (falk)


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@Dex (Gast)

>Wie kann ich denn den Strom berechnen der durch die Diode fließt um
>Vf(genau) zu bestimmen?

Das macht keiner und das ist auch nicht nötig. Rechne mit ~1V und 
fertig.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
>> Form.png
>>    6,01 MB, 9 Downloads
> Geht's noch? Siehe Bildformate !!!
Und noch eins: JPEG ist DAS Format für Fotos. Da nimmt man docch kein 
PNG!

Das ist ja, wie wenn man zum Ausdrehen einer Schraube einen 
Vorschlaghammer nähme.
Klar ist das ein Werkzeug. Und klar geht das auch.
Aber es ist ein ungeeignetes Werkzeug und es geht schlecht.

: Bearbeitet durch Moderator
von Supergast (Gast)


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Hallo Uno,

BITTE lies erst mal den Leitartikel mit den dort verlinkten 
Unterartikeln, und dann komme wieder mit Deinen Fragen.

Danke

von Achim S. (Gast)


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Dex schrieb:
> Zu dem LED, ja klar. In der echten Anwendung sitzen da noch ein paar
> LEDs und ein TLC5940 der den Strom regelt.

Schön, das zu erfahren. Und der FET macht dann genau was? Verschiedene 
LED-Zeilen multiplexen? Oder das ganze dauerhaft anschalten? Oder eine 
"zusätzliche" PWM-Möglichkeit (neben der im TLC5940 eingebauten) zu 
erzeugen?

Falls du mit dem FET dauerhaft schalten willst: dann klappt 
Bootstrapping nicht. Bootstrapping beruht darauf, dass die Source des 
FET regelmäßig auf GND gezogen wird, so dass der Kondensator nachgeladen 
werden kann.

Falls du LED-Zeilen muxen willst: auch dann wird Bootstrapping 
zweifelhaft. Denn die Source eines ausgeschalteten FET wird über die LED 
nicht ohne weiteres auf GND gezogen. Eine Diode unterhalb ihrer 
Durchlassspannung lässt sehr wenig Strom fließen. Die Source des 
ausgeschalteten FET kann durchaus bei 2,5V "kleben" bleiben (zumal wenn 
Licht auf die LED fällt, Spannungsabfall am TLC5940 schon eingerechnet), 
so dass der Bootstrapkondensator kaum nachgeladen wird.

Wenn du mit dem FET per PWM dimmen willst: warum machst du das nicht 
gleich mit dem TLC5940.

Falk B. schrieb:
> Nicht sonderlich sinnvoll, derartig auf Krampf die Beuteile zu nutzen.

genau so ist es: wenn du Erfahrung mit Highside-Treiber sammeln willst, 
dann mach das mit einer Schaltung, bei der der Einsatz von Highside 
Treiben angebracht und sinnvoll ist.

Wenn du LEDs am TLC5940 an und ausschalten willst und eine 10V 
Versorgung zur Verfügung steht, dann nutze einen für diese Zwecke 
sinnvollen Treiber.

Die Kombination, die dir aktuell vorschwebt, ist eher nicht sinnvoll.

von Dex (Gast)


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Ok, eure Argumente sind natürlich sehr begründet. Bin auch kurz davor 
mir einfach noch ein par P-FETs zu bestellen. Der Aufwand wird dadurch 
minimal.

Also, Bootstrapping setzt eine gewisse Freq. voraus damit sich der 
Kondensator auch wieder laden kann. In diesem Fall hier, wird ja An/Aus 
geschaltet(mit f = x) und nicht nur An. Und da ich meine Frequenz dazu 
ja in die Formel der Bootstrap-Komponenten einfließen lasse sind diese 
ja auch entsprechend dimensioniert und das Bootstrapping funktioniert 
auch bei einer kleinen Freq. sofern diese auch zur Berechnung genutzt 
wurde?

Als junger Azubi wird man doch immer recht schnell auf den Boden der 
Tatsachen geholt :D
MfG. Dex

von Dex (Gast)


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>Wenn du mit dem FET per PWM dimmen willst: warum machst du das nicht
gleich mit dem TLC5940.

Ich nutze den TLC ja zum dimmen. Aber die FETs müssen ja trotzdem 
abwechselnd an und ausgeschaltet werden für das Ebenen-Multiplexing

MfG.

von Achim S. (Gast)


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Dex schrieb:
> Also, Bootstrapping setzt eine gewisse Freq. voraus damit sich der
> Kondensator auch wieder laden kann. In diesem Fall hier, wird ja An/Aus
> geschaltet(mit f = x) und nicht nur An.

Das ist eine wichtige Voraussetzung, damit Bootstrapping funktioniert, 
aber nicht die einzige. Eine andere ist, dass die Source des 
ausgeschalteten FETs von der Last auch wirklich in Richtung 0V gezogen 
wird. Ist das nicht der Fall, dann wird der Bootstrapkondensator über 
die Diode nicht aufgeladen.

Dummerweise ist das bei deiner Last (LED mit nachgeschalteter 
Stromquelle) nicht der Fall. Wenn der FET ausgeschaltet ist, dann sinkt 
die Spannung an der inaktiven LED zwar ab, aber erst mal nur auf 
vielleicht 1,5V. Bei dieser Spannung fließt nur noch so wenig Strom über 
die LED, dass sie das bisschen Kapazität am Sourceanschluss nur sehr 
langsam entlädt.

Außerdem ist die Kathode der LED ja auch nicht an 0V sondern am LTC. An 
dem werden bei deiner Anwendung rund 2-3V abfallen wenn er leitet (die 
5V Versorgung des gerade aktiven LED-Streifens minus der 
Durchlassspannung der gerade aktiven LEDs.) Die Source des 
ausgeschalteten FET geht also nicht auf 0V runter sondern vielleicht nur 
bis auf ~3,5V. Und wenn sich die Source des FET (und damit der 
VS-Anschluss des Highside-Treibers) nur um 1,5V hin und her bewegt (von 
5V auf 3,5V), dann bringt bootstrapping praktisch gar nichts.

Dex schrieb:
> Aber die FETs müssen ja trotzdem
> abwechselnd an und ausgeschaltet werden für das Ebenen-Multiplexing

Danke: jetzt wissen wir das auch, bisher wusstest nur du das. Schreib 
doch einfach möglichst gleich zu Beginn, was du eigentlich vorhast. Dann 
braucht man viele Dinge gar nicht erst zu diskutieren, die sich im 
Nachhinein ohnehin als nicht funktionierend erweisen.

Dex schrieb:
> Bin auch kurz davor
> mir einfach noch ein par P-FETs zu bestellen. Der Aufwand wird dadurch
> minimal.

Ein kluger Entschluss. Minimaler Aufwand bei voller gewünschter Funktion 
klingt nach der guten Lösung.

von Falk B. (falk)


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@Achim S. (Gast)

>Das ist eine wichtige Voraussetzung, damit Bootstrapping funktioniert,
>aber nicht die einzige. Eine andere ist, dass die Source des
>ausgeschalteten FETs von der Last auch wirklich in Richtung 0V gezogen
>wird. Ist das nicht der Fall, dann wird der Bootstrapkondensator über
>die Diode nicht aufgeladen.

Ja,

>Dummerweise ist das bei deiner Last (LED mit nachgeschalteter
>Stromquelle) nicht der Fall.

Deswegen sind derartige Treiber fast immer Push-Pull Treiber, also 
Halbbrücken mit Low und High Side MOSFET. Dann klappt das immer.

Beim reinen High Side Treiber kann man nur ohmsch/induktive Lasten 
treiben.

von Dex (Gast)


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@ Achim S.

Vielen vielen dank für deine ausführliche Erklärung. Habs sehr gut 
verstanden :)!

@ Falk B.

Ok, habe mal bisschen gesucht und mir Push-Pull Driver angeschaut. Die 
waren aber eig. alle aus Komplementärtypen aufgebaut(also NPN und PNP, n 
und p-Channel). Im Datenblatt des IR2181(FET Driver) sieht man dort zwei 
N-Channel FETs. Ist aber dennoch ein PP-Treiber? Ein FET zum Laden, 
einer zum entladen(?).

Bedeutet das das die obige Schaltung, auch ohne Anbindung des Sources an 
GND, funktionieren würde? (Auch wenn der TLC später noch drunter hängt).

MfG. Dex

von Falk B. (falk)


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@Dex (Gast)

>Ok, habe mal bisschen gesucht und mir Push-Pull Driver angeschaut. Die
>waren aber eig. alle aus Komplementärtypen aufgebaut(also NPN und PNP, n
>und p-Channel).

Das ist der Klassisker. Kann man aber rein aus NPN oder N-Kanal 
aufbauen, wenn gleich das seltener ist.

> Im Datenblatt des IR2181(FET Driver) sieht man dort zwei
>N-Channel FETs. Ist aber dennoch ein PP-Treiber? Ein FET zum Laden,
>einer zum entladen(?).

Ja.

>Bedeutet das das die obige Schaltung, auch ohne Anbindung des Sources an
>GND, funktionieren würde?

??

> (Auch wenn der TLC später noch drunter hängt).

Nein. Sagten wir mehrfach.

von Achim S. (Gast)


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Dex schrieb:
> Bedeutet das das die obige Schaltung, auch ohne Anbindung des Sources an
> GND, funktionieren würde? (Auch wenn der TLC später noch drunter hängt).

Wenn du mit dem IR2181 und zwei nFETs eine Halbbrücke bauen würdest und 
wenn du damit die Anoden einer LED-Zeile zwischen 5V (Hi aktiv) und 0V 
(Lo aktiv) hin und her schalten würdest, dann würde das Bootstrapping 
des oberen FET funktionieren. Die 0V kommen dann über den unteren FET an 
die Source des oberen FET, nicht durch den TLC.

Das wäre dann allerdings nicht mehr nur eine "seltsame" Schaltung 
sondern (ich bitte um Verzeihung) ein bescheuerter Ansatz, um einen 
einzelnen pFET zu ersetzen.

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