Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik PNP Transistor Peak Pulse Current > 10A


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von Peer (Gast)


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Hallo Forum,

zum schnellen Abschalten eines Mosfets in einem Schaltnetzteil bin ich 
auf die Schaltung im Anhang gestossen. Eine ähnliche Schaltung findet 
sich auch bei Basso. Dieser empfielt den PNP 2N2907.
Wird der Mosfet abgeschaltet schließt der PNP die Spannung am Gate gegen 
Erde kurz und es fließt ein hoher Strom. Diesen Strom muß der PNP auch 
abkönnen. Im DB des 2N2907 finde ich die Angabe Collector Cut Off 
Current = 20A.
Fürs Layout hätte ich gern einen SMD Transistor. Leider habe ich den 
2N2907 nur bedrahtet gefunden.
Kennt jemand einen PNP der SMD ist und einen ähnlich hohen Strom ab 
kann?

Übrigens, ich habe natürlich schon bei Digikey gesucht, nur leider 
gestaltet sich die Suche schwierig, da der maximale Strom da nicht 
angegeben ist. Bei einigen Herstellern war ich auch schon.

Peer

von hinz (Gast)


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Peer schrieb:
> Im DB des 2N2907 finde ich die Angabe Collector Cut Off
> Current = 20A.

Das muss ja ein lustiges Datenblatt sein.


Und Bild als TIF ist hier nicht so praktisch.

von Dieter W. (dds5)


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Peer schrieb:
> Im DB des 2N2907 finde ich die Angabe Collector Cut Off Current = 20A.

Das kann nicht sein, cut off ist der Reststrom bei gesperrtem 
Transistor.

Absolute Maximum Rating für Ic ist 0,6A.

von Marcus H. (Firma: www.harerod.de) (lungfish) Benutzerseite


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Aktuelles Datenblatt:
http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/2N2907A-D.PDF

Ansonsten:
Für den Job sollte jeder PNP-Transistor mit ausreichender 
Spannungsfestigkeit tun. Ich werfe mal BC847 in die Runde.
Spaßhalber BCP52.

Außer:
Du hast einen MOSFET (Typ?) mit monstermäßiger Gateladung.
Was sind denn so die Betriebsdaten?

Detailliertere Antworten ggf. gegen Schaltplan. ;)

von hinz (Gast)


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Marcus H. schrieb:
> Ich werfe mal BC847 in die Runde.

Er will ja PNP, also BC857.


> Spaßhalber BCP52.



Dazwischen dann BC807.

von Marcus H. (Firma: www.harerod.de) (lungfish) Benutzerseite


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hinz schrieb:
> Marcus H. schrieb:
>> Ich werfe mal BC847 in die Runde.
>
> Er will ja PNP, also BC857.
>
>
>> Spaßhalber BCP52.
>
>
>
> Dazwischen dann BC807.

Oh Mann, danke, sorry -> sollte BC857 werden.

von Klaus R. (klara)


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Peer schrieb:
> zum schnellen Abschalten eines Mosfets in einem Schaltnetzteil bin ich
> auf die Schaltung im Anhang gestossen. Eine ähnliche Schaltung findet
> sich auch bei Basso. Dieser empfielt den PNP 2N2907.

Basso ist natürlich ein guter Name. T1 schaltet sicher schnell ab. Kann 
er denn danach auch wieder schnell genug auf ON gehen?

von Hp M. (nachtmix)


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Wer wirklich stromstarke Transistoren in kleinen Gehäusen suchte, wurde 
in der Vergangenheit bei Zetex fündig.
Mittlerweise heissen die Diodes Inc.

Dieser z.B. könnte dein Gefallen finden: 
http://www.diodes.com/_files/datasheets/FMMT717.pdf

von Dieter W. (dds5)


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Naja, als die noch Ferranti hießen waren die Angaben zu den 
Maximalströmen gelegentlich grenzwertig.

Ich erinnere mich an Transistoren im ZX80 die gerne mal den Hut 
abgehoben haben.

von Peer (Gast)


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hinz schrieb:
> Das muss ja ein lustiges Datenblatt sein.

Dieter W. schrieb:
> Das kann nicht sein, cut off ist der Reststrom bei gesperrtem
> Transistor.

ich habe den Wert aus diesem DB:

http://www.farnell.com/datasheets/1673669.pdf

Dieter W. schrieb:
> Absolute Maximum Rating für Ic ist 0,6A.

Na immerhin hat Basso den 2N2907 empfohlen.

Also muß der PNP gar nicht so einen hohen Collectorstrom können? Mein 
Gedanke war, dass der Gatekondensator ja über den PNP entladen wird und 
da ein sehr hoher Strompeak ensteht. Ciss = 2500pF und Gatespannung sind 
12V. Wäre jetzt in Reihe ein Widerstand von 1 Ohm würden immerhin 12A 
fliessen. Deshalb dachte ich der Cut off current wäre der maximale 
Peakstrom, den der Transistor kann.

Aber wie legt man den PNP nun richtig aus? Den BC807-16 hab ich am 
Start.

von Klaus R. (klara)


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Peer schrieb:
> Aber wie legt man den PNP nun richtig aus? Den BC807-16 hab ich am
> Start.

Mit LTspice? Der BC807 ist von Haus aus mit dabei.
mfg klaus

von Jens G. (jensig)


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Also mit einem BC327/337 Pärchen im Gegentakt habe ich zwei IRF3205 
parallel mit 20kHz geschaltet, ohne jegliche Vorwiderstände. Also rund 
7nF. Die wurden nur leicht warm, und haben jahrelang gelebt.
Letztendlich müssen die Treiber nur ganz kurz den Gatestrom liefern 
können, was diese in der Regel dann ohnehin nur begrenzt können, wegen 
der begrenzten Stromverstärkung bei höheren Strömen. Auf 12A wirst Du 
damit also ohnehin nicht kommen.

von hinz (Gast)


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Peer schrieb:

> http://www.farnell.com/datasheets/1673669.pdf

Da hat man halt ein n vergessen.


> Na immerhin hat Basso den 2N2907 empfohlen.

Wer ist Basso?

von hinz (Gast)


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Peer schrieb:
> Ciss = 2500pF und Gatespannung sind
> 12V. Wäre jetzt in Reihe ein Widerstand von 1 Ohm würden immerhin 12A
> fliessen.

Aber nur wenn man einiges parasitäres unter den Tisch kehrt.

von Hp M. (nachtmix)


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Peer schrieb:
> Den BC807-16 hab ich am
> Start.

Also ist von 10A Impulsstrom keine Rede mehr?
Der BC807 (gleicher Chip wie im BC327) ist zwar etwas besser wie der 
uralte 2N2907, aber auch nur bis 1A spezifiziert, wobei die 
Stromverstärkung da schon nur noch 30 beträgt.
Vergleichsweise hat der oben verlinkte FMMT717 unter vergleichbaren 
Bedingungen eine Verstärkung von über 200.

von Marcus H. (Firma: www.harerod.de) (lungfish) Benutzerseite


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Peer schrieb:
> Also muß der PNP gar nicht so einen hohen Collectorstrom können? Mein
> Gedanke war, dass der Gatekondensator ja über den PNP entladen wird und
> da ein sehr hoher Strompeak ensteht. Ciss = 2500pF und Gatespannung sind
> 12V. Wäre jetzt in Reihe ein Widerstand von 1 Ohm würden immerhin 12A
> fliessen. Deshalb dachte ich der Cut off current wäre der maximale
> Peakstrom, den der Transistor kann.

Leg doch bitte noch ein paar Scheibchen Salami auf die Waage.
Z.B. Schaltplan, inkl. Impedanz der Ansteuerung und zumindest 
MOSFET-Typ. Manche Leute hier könnten aus einen Datenblatt richtig 
Informationen rausziehen.
Es gibt tatsächlich verschiedene Auslegungsziele.
Zunächst möchte man, dass die Schaltung den Einsatz erfolgreich 
überlebt.
Danach kommen aber noch so spannende Dinger wie 
Verlustleistungsoptimierung, EMV, Kosten, ...

Letztes Jahr hat sich jemand von mir geregelte 0..12V/0..110A bei 
passiver Kühlung gewünscht. Wir waren dann nach etwas Rechnerei bei <5W 
Verlustleistung in der Endstufe, inkl. EMV-Optimierung.

von Peer (Gast)


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Irgendwie scheine ich mich schwer verständlich auszudrücken. Muss an mir 
liegen, keine Ahnung.

Da ich den Schaltplan nicht posten darf habe ich den Scan erweitert.

Fasse nochmal zusammen: Es geht um die Ansteuerung eines Leistungsmosfet 
in einem Flyback. PWM Regler ist der MIC38HC42 von Micrel. Der 
Ausgangstreiber kann 1A liefern. Die Versorgungsspannung ist 12V. Der 
Schaltfet ist der IRFP250PBF von Vishay.

Da der Fet zu warm wird, war ich auf der Suche nach einer Schaltung, die 
ihn schneller abschaltet und bin auf die Möglichkeit mit dem PNP 
Transistor gekommen. Bei der Auslegung von T1 habe ich mich gefragt, 
welche Stromspitzen muss der können, da man ja einen aufgeladenen 
Kondensator gegen Masse zieht und der empfohlene 2N2907 schien mir zu 
klein. Aber scheinbar habe ich da noch ein Verständnissproblem.

Jens G. schrieb:
> Also mit einem BC327/337 Pärchen im Gegentakt habe ich zwei IRF3205
> parallel mit 20kHz geschaltet, ohne jegliche Vorwiderstände. Also rund
> 7nF. Die wurden nur leicht warm, und haben jahrelang gelebt.

Nachdem was Jens G. schreibt, scheint es auch mit kleinen PNP zu 
funktionieren.

Als Auswahl habe ich: BC807-16; BCP53-16 oder BCX42.

D1 will ich durch 15R ersetzen, da bei 12V Versorgung dann 0.8A 
Spitzenstrom ins Gate fliessen. Beim Ausschalten würde das zu lange 
dauern. Deshalb der PNP.

Was sagt Ihr dazu?

Marcus H. schrieb:
> Es gibt tatsächlich verschiedene Auslegungsziele.
> Zunächst möchte man, dass die Schaltung den Einsatz erfolgreich
> überlebt.
> Danach kommen aber noch so spannende Dinger wie
> Verlustleistungsoptimierung, EMV, Kosten, ...

Ich bin gerade am 1. Punkt. Die Schaltung soll erstmal überleben.

von hinz (Gast)


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Peer schrieb:
> Flyback

Streuinduktivität nicht beachtet?

von Marcus H. (Firma: www.harerod.de) (lungfish) Benutzerseite


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Also auch 12V Versorgung für den Gate-Treiber?
Schaltfrequenz  Tastverhältnis  Spitzenstrom?

von Peer (Gast)


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Marcus H. schrieb:
> Also auch 12V Versorgung für den Gate-Treiber?
> Schaltfrequenz  Tastverhältnis  Spitzenstrom?

Hi Marcus,

der MIC38HC42 hat einen interne Push Pull Stufe.

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/mic38hc42.pdf

Fsw 80kHz, Dmax 0.7 Ipeak 7A.

von Marcus H. (Firma: www.harerod.de) (lungfish) Benutzerseite


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OK, so langsam bekommen wir ein Bild.
Verzeih mir bitte die Frage:
Layout: Steckbrett/Lochraster/PCB?

Wie sehen Deine Signalverläufe so aus?
Gibt's die Spannungen Ugs / Uds auch als Bild?
Hast Du einen Messwiderstand, an dem Du uns Ids zeigen kannst?

von Peer (Gast)


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Hi Marcus,

die ursprüngliche Frage war ja die nach der Auslegung des PNP 
Transistors. In meiner naiven Art dachte ich immer das Laden und 
Entladen von Ciss ist unabhängig von den Primären Grössen. Deswegen war 
ich auch sparsam mit Informationen.

Hast du was mit SNT zu tun?

von voltwide (Gast)


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leider sieht man dem MOSFET ja nicht gleich an, zu welchem Zeitpunkt die 
Hitze entsteht.
Zur gate-Ansteuerung: Ein BC807 zum raschen Abschalten sollte genügen, 
ansonsten gibt es da noch schnelle Schalttransistoren bei Diodes/Zetex 
oder auch NXP.
Ein andere Baustelle ist aber Avalanche-Durchbruch in der 
drain-source-Strecke, bedingt durch die Überspannungsspitzen der 
Primärwicklung - Stichworte "Streuinduktivität" und "snubber".

Sehr viel Erkenntnis kann man gewinnen aus einem 2-kanaligen Scope-plot:
Kanal 1 = Vgs
Kanal 2 = Vds
Das solltest Du mal hier als nächstes posten.

Es kommt durchaus vor, dass der PowerMOSFET die Überspannungsspitzen 
begrenzt und dabei aufheizt - MOSFETs mit einem ordentlichen 
avalanche-rating können das unbeschadet im Dauerbetrieb. Aber natürlich 
wüßte man schon gerne, wo die Verluste eigentlich herkommen.

Die Geheimniskrämerei um ein simplen Sperrwandler finde ich übrigens 
ziemlich albern. Sowas ist prior art seit 50 Jahren. Just my 2c

von Marcus H. (Firma: www.harerod.de) (lungfish) Benutzerseite


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Sagen wir, ich habe im Rahmen meiner freiberuflichen Ingenieurstätigkeit 
schonmal einen Schaltwandler in der Hand gehabt.
Wobei man hier im Forum mit 12V, 110A, 0..100% regelbar kaum jemanden 
beeindrucken kann.

Aber Du hast bereits bemerkt, dass ich versuche, Dich durch die 
Auslegung Deiner Baugruppe zu führen?

Aufgrund der bisher vorhandenen Informationen habe ich theoretisch 
erreichbare Leistungsdaten ermittelt. Details behalte ich aber erstmal 
für mich, um Dich nicht zu beeinflussen.

Um rauszufinden, was die ganze Aktion maximal bringen kann, habe ich 
Rdson-Verlustleistung und Schaltverlustleistung überschlagen.
Angenommen du hättest am MIC38HC42 2,5W P-rds und 4W P_switch und Dein 
Kühlkörper ist ausreichend dimensioniert, dann wären wir schon fast 
fertig.
P_switch kann bei diesem Transistor aber mit anderen Treibern und 
optimalem Aufbau ggf. noch auf ca. 0,5W reduziert werden.

Ich habe diesen Frageblock losgeschoben, um rauszubekommen, wo Du 
aktuell stehst:

- Layout: Steckbrett/Lochraster/PCB?

- generelle Schaltungsqualität, Klingeln und so -> Wie sehen Deine 
Signalverläufe so aus?

- haben Deine Schaltzeiten eine gewisse Ähnlichkeit mit der Theorie -> 
Gibt's die Spannungen Ugs / Uds auch als Bild?

Detailinfo zur Verlustleistung -> Hast Du einen Messwiderstand, an dem 
Du uns Ids zeigen kannst?

Die IRFP250 Datenblatt ist in Deinem Arbeitsbereich seeeehr sparsam mit 
Info - das kommt davon, wenn man einen 200V-Transistor bei 12V einsetzt.
Vergleiche das nur spaßhalber mit dem Datenblatt eines BSC028N06NS:
http://www.infineon.com/dgdl/Infineon-BSC028N06NS-DS-v02_01-en.pdf?fileId=db3a3043345a30bc013465d221bd62f9
Daher muss man in Deiner Anwendung extrapolieren und mit 
Erfahrungswerten spielen, leider.

>In meiner naiven Art dachte ich immer das Laden und
>Entladen von Ciss ist unabhängig von den Primären Grössen.
Und von dem schmalen Brett versuchen wir Dich gerade ganz vorsichtig 
runterzulotsen... ;)


P.S.: wie wäre es mit einer Anmeldung im Forum?

von Marcus H. (Firma: www.harerod.de) (lungfish) Benutzerseite


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voltwide schrieb:
>Die Geheimniskrämerei um ein simplen Sperrwandler finde ich übrigens
>ziemlich albern. Sowas ist prior art seit 50 Jahren. Just my 2c

Klassisches Problem als Entwickungsdienstleister. Jemand will Dir nur 
unter NDA seine neue hyper-duper-Schaltung zeigen.
Und ist dann ganz enttäuscht, wenn der externe Elektronikentwickler das 
aus dem Stand analysiert, drei Fehler findet und eine bessere/billigere 
Standardschaltung mit Standardbauteilen auf den Tisch legt.

Aber ich denke das ist normal - an meiner Diplomarbeit habe ich ein 
halbes Jahr geschraubt, mittlerweile würde ich mich nichtmal trauen, 4 
Wochen dafür anzusetzen.

von Peer (Gast)


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voltwide schrieb:
> Die Geheimniskrämerei um ein simplen Sperrwandler finde ich übrigens
> ziemlich albern. Sowas ist prior art seit 50 Jahren. Just my 2c


Marcus H. schrieb:
> Klassisches Problem als Entwickungsdienstleister. Jemand will Dir nur
> unter NDA seine neue hyper-duper-Schaltung zeigen.
> Und ist dann ganz enttäuscht, wenn der externe Elektronikentwickler das
> aus dem Stand analysiert, drei Fehler findet und eine bessere/billigere
> Standardschaltung mit Standardbauteilen auf den Tisch legt.

Es ist auch albern und wie man sieht auch ziemlich hinderlich manchmal, 
aber unabhängig davon was es ist, ich darf es schlichtweg nicht.
Davon mal abgesehen, unser Flyback ist "hyper-duper". Woher wusstest du 
dass? ... Ah verstehe, es gibt diese Glaskugel also doch und deine 
funktioniert auch noch. Respekt man. ;-)

Marcus H. schrieb:
> Ich habe diesen Frageblock losgeschoben, um rauszubekommen, wo Du
> aktuell stehst:

Die gesamte Historie dieses Netzteils will ich hier echt nicht 
ausbreiten. Gut, ihr könnt das ja nicht wissen, aber ich sage nur 
Redesign, alte Entwicklung externer Dienstleister, damaliger betreuender 
Entwickler im Ruhestand, usw... Da können manche Fragen nur schwer 
beantwortet werden.

Zurück zu Thema.

Die maximale Sperrspannung des Fets wird nicht überschritten. Siehe 
Bilder.

Einen Snubber gibt es auch und dieser wird nicht zu heiß.

An dem alten PCB habe ich die Schaltung mit dem PNP mal getestet. Der 
Effekt war erstaunlich. Der Wirkungsgrad hat sich um mindestens 2.5% 
verbessert. Natürlich stehen EMV Messungen noch aus. Das ist dann die 
andere Seite.

Marcus H. schrieb:
> P_switch kann bei diesem Transistor aber mit anderen Treibern und
> optimalem Aufbau ggf. noch auf ca. 0,5W reduziert werden.

Wie groß wäre den dann toff? Optimaler Aufbau heißt möglichst kompakt 
Layoutet, niederinduktiv, ....? Und wie ist dann die EMV in den Griff zu 
kriegen wenn die Gatekapazität in 2 femto Sekunden leer geräumt wird?

Was die Auslegung des PNP angeht habe ich aber das Gefühl, dass das ehr 
so probiert wird.

Jens G. schrieb:
> Also mit einem BC327/337 Pärchen im Gegentakt habe ich zwei IRF3205
> parallel mit 20kHz geschaltet, ohne jegliche Vorwiderstände. Also rund
> 7nF. Die wurden nur leicht warm, und haben jahrelang gelebt.

voltwide schrieb:
> Zur gate-Ansteuerung: Ein BC807 zum raschen Abschalten sollte genügen

Bestimmt täusche ich mich da. Oder? ;-)

von voltwide (Gast)


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Peer schrieb:
>> Zur gate-Ansteuerung: Ein BC807 zum raschen Abschalten sollte genügen
>
> Bestimmt täusche ich mich da. Oder? ;-)

Wieso, traust Du dem die Stromspitzen nicht zu?

Das ScopePlot Nr1 interpretiere ich so, dass während der 
drain-Abschaltflanke die gate-Spannung bereits auf Null ist. In diesem 
Falle würde ich von verlustlosem Abschalten ausgehen. Allerdings sind 
hier deutliche Störungen überlagert. Um die gate-Spannung genauer zu 
erfassen, mußt Du den Tastkopf extrem kurz anschließen oder eine 
differential-probe einsetzen- Erdung über den Erdclip geht hier 
garnicht, da die Magnetfelder in diesem Bereich in die Leiterschleife 
einkoppeln.

Zum Thema EMV: Das kann schon noch schwierig werden. Eine 
drain-Abschaltflanke innerhalb weniger ns mit einer Amplitude um 150V 
ist kein Spaß. Eine Ferritperle, aufgesteckt auf das 
drain-Anschlußbeinchen, kann helfen. Allerdings kann selbige im 
Lastbetrieb durchaus mal kochen aufgrund der darin verheizten HF.

von voltwide (Gast)


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Das 3.plot zeigt einen typische "harten" Einschaltvorgang: Ein sicheres 
Indiz hierfür ist das kurze Millerplateau der gate-Spannung, und die 
drain-Spannung fällt erst bei signifikanter gate-Ansteuerung. Dies ist 
typisch für einen Wandler im kontinuierlichen Betrieb.
Es handelt sich also um verlust-behaftetes Einschalten, je schneller, 
desto verlustärmer.
EMV-mäßig ist das problematisch, da hierbei auch noch beträchtliche 
Stromraten dI/dt auftreten können. Das fordert ein sorgfältiges 
PCB-layout, die Leiterschleife PowerMOSFET - Stützkondensator sollte so 
klein wie möglich gehalten werden. Auch hier kann die Ferritperle auf 
dem Drain-Anschluß weiter helfen.

von Arno H. (arno_h)


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Die Schaltung stammt aus den Achtzigern (Siemens?) und ist m.E. sinnvoll 
bei Ansteuerung mit Übertragern. Übrigens dürften sich die Entwickler 
was dabei gedacht haben, eine Diode zu verwenden und keinen Widerstand. 
Bei einem Re-Design kannst du durchaus Bauelemente einsetzen, die damals 
noch nicht verfügbar waren. Die AN zu den MOSFET-Treibern bieten da 
genug Lesestoff.

Arno

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