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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wie großen FET (Qg = 180nC) Highside statisch ansteuern?


Autor: Wumps (Gast)
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Hallo Leute,

ich muss bei 48V rund 25A highsidig statisch schalten - sprich ähnlich 
wie ein Relais nur wenige male am Tag zu oder abschalten.

Jetzt stellt sich mir aber die Frage, wie ich den FET (N-FET mit Qg von 
180nC [STH315N10F7]) schnell genug schalte, ohne das dieser sich beim 
Einschalten schon durch den langsam fallenden Rdson thermisch tötet.

Also konket: Wie schalte ich ideal den FET schnell genug in einer 
High-Side Konstelation an, und belasse ihn auch statisch an? Auch muss 
ASAP ("rasant") abgeschaltet werden können.

Gibt es da empfehlungen?

Zum Strom: 25A ist der Anlauf.- und Inrush und sollte nach dem 
Aktivieren nur wenige Sekunden anstehen. Danach sind ca. 15A am fließen.

Autor: M. W. (rallini94)
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Wumps schrieb:
> 25A highsidig statisch schalten
>
> (N-FET mit Qg von 180nC [STH315N10F7])

Ohne Gewähr, aber ich schätze das wird so oder so nichts. Zumindest 
nicht ohne gute Kühlung und vielen Verlusten.

Denn du wirst nicht die Gatethreshold-Spannung kommen (V_GS(th)) als 
Spannungsabfall über dem FET und die beträgt laut Datenblatt 
typischerweise 3,5V. Macht bei deinen 15A Dauerstrom über 50W Verluste 
und wird schön warm.

Mit einem P-Kanal FET als Highside-Schalter hast du da deutlich weniger 
Probleme.

Oder verwechsel ich da gerade etwas?

Autor: Wumps (Gast)
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M. W. schrieb:
> Denn du wirst nicht die Gatethreshold-Spannung kommen (V_GS(th)) als
> Spannungsabfall über dem FET und die beträgt laut Datenblatt
> typischerweise 3,5V. Macht bei deinen 15A Dauerstrom über 50W Verluste
> und wird schön warm.

Verstehe ich nicht!
Steht doch nur im Wechsel von "aus zu an" an. Danach fließt ja fasst 
kein Strom mehr ins Gate.

By the way... Klar ist auch ein Kühlkörper vorgesehen, aber ich gehe 
nicht davon aus, das die 50W Gateverlust permanent anstehen!

M. W. schrieb:
> Mit einem P-Kanal FET als Highside-Schalter hast du da deutlich weniger
> Probleme.

Nur gibt es nicht so gute P-FETs wie N-FETs. Da bräuchte ich eine Ganze 
Menge von, die Platz, Ansteuerungen, Kühlungen bräuchten...

Autor: Flo (Gast)
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Hallo,

mmn sind zum High-Side schalten auch P-Chan. MOSFETs die bessere Wahl. 
Im Datenblatt

http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/d...

auf Seite 4 steht ein Beispiel für die Schaltzeiten bei Vdd=50V, Id=90A 
und Vgs=10V (halt Low-Side). Die Werte sind alle höher als deine, werden 
also auch ausgehalten.

Autor: M. W. (rallini94)
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ich hab mal eine kleine LTSpice simulation gemacht. Da ich das Model 
deines FETs nicht finden konnte habe ich einen genommen der ähnliche 
Werte (also nicht exakt kompatibel ist) hat. Wie du siehst, sind auch im 
statischen Zustand die Verluste nicht ohne (gut 100W)

Also P-Kanal MOSFET nehmen, der hat dann als Verluste nur P = 
R_DS(on)*I^2

: Bearbeitet durch User
Autor: karl (Gast)
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Wumps schrieb:
> Auch muss ASAP ("rasant") abgeschaltet werden können.

Ach Kinder. Wieviel ps hätten Sie den gern?
Was ist da als Last dran? Evtl geht das einfach nicht beliebig schnell 
bei induktiver Last.

Ist ein Controller vorhanden der eine Ladungspumpe ansteuern kann?

Autor: karl (Gast)
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M. W. schrieb:
> ich hab mal eine kleine LTSpice simulation gemacht. Da ich das
> Model deines FETs nicht finden konnte habe ich einen genommen der
> ähnliche Werte (also nicht exakt kompatibel ist) hat. Wie du siehst,
> sind auch im statischen Zustand die Verluste nicht ohne (gut 100W)
>
> Also P-Kanal MOSFET nehmen, der hat dann als Verluste nur P =
> R_DS(on)*I^2

Sorry aber du musst noch viel lernen. Das was du hier schreibst und 
simulierst ist nicht hilfreich,  weil eine ziemlich doofe Idee für 
diese Anwendung. Verwirr den Op Bitte nicht noch mehr.

Autor: Wumps (Gast)
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Hmm,
Die verluste habe ich in meiner Simulation nicht...

Autor: karl (Gast)
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Echt jetzt? Mag daran liegen dass Du das Gate ansteuerst wie es sich 
gehört.

Autor: Wumps (Gast)
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karl schrieb:
> Ach Kinder. Wieviel ps hätten Sie den gern?
> Was ist da als Last dran? Evtl geht das einfach nicht beliebig schnell
> bei induktiver Last.

Hauptsächlich Rechner (FPGA-Arrays). Die leutungen hinter dem Board sind 
max. 5m lang (viel reserve mit eingerechnet) bei 4mm².

karl schrieb:
> Ist ein Controller vorhanden der eine Ladungspumpe ansteuern kann?

Jup, wird einer druff sein!

Autor: Wumps (Gast)
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karl schrieb:
> Echt jetzt? Mag daran liegen dass Du das Gate ansteuerst wie es sich
> gehört.

Dann hab ich ja alles richtig gemacht :-)

Autor: karl (Gast)
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Ok. Zuleitungen zählen als leicht induktive Last.
Die lokale Pufferung bei den FPGAs sorgt dafür, dass es keinen Sinn 
macht rasant abzuschalten. Daher würde ich Einen Freilauf empfehlen. 
Also Diode von masse nach Versorgung nach dem Fet.

Muss es unbedingt dieser fet sein? Falls ja dann erzeuge Dir eine 
hilfsspannung über eine ladungspumpe. Dioden und kondensatoren mit 
Rechteck angesteuert. Die kannst du dann mit einem kleinen transistor 
auf das Gate des großen geben. Z diode am Gate nicht vergessen.
Die Schaltzeiten werden unproblematisch sein. Ich steuere Fets öfter mit 
ca 1 kOhm Gate Widerstand an damit die Flanken nicht so steil werden.

Wenn du noch einen anderen Fet nehmen kannst dann würde ich das 
empfehlen.  Z.b. Infineon Bts. Gibts aber auch von anderen herstellern.
Die haben den ganzen Mist schon integriert.  Ansteuerung der highside 
mit logiklevel. Quasi unkaputtbar. Einschaltatrombegrenzung, clamping 
bei induktiver last...

Autor: Wumps (Gast)
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karl schrieb:
> Z.b. Infineon Bts.

Ja, hab ich mir schon angesehen! Aber die sind scheinbar nur für 12 oder 
24V ausgelegt (halt Transport und Bau(er)maschinen - da wo sonst Relais 
zum einsatz kommen). Zumindest konnte ich nichts für 48V Systeme finden, 
was schade ist.

Autor: M. W. (rallini94)
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karl schrieb:
> M. W. schrieb:
>> ich hab mal eine kleine LTSpice simulation gemacht. Da ich das
>> Model deines FETs nicht finden konnte habe ich einen genommen der
>> ähnliche Werte (also nicht exakt kompatibel ist) hat. Wie du siehst,
>> sind auch im statischen Zustand die Verluste nicht ohne (gut 100W)
>>
>> Also P-Kanal MOSFET nehmen, der hat dann als Verluste nur P =
>> R_DS(on)*I^2
>
> Sorry aber du musst noch viel lernen. Das was du hier schreibst und
> simulierst ist nicht hilfreich,  weil eine ziemlich doofe Idee für
> diese Anwendung. Verwirr den Op Bitte nicht noch mehr.

Ich habe schon viel gelernt, aber wie es aussieht ging ich fälschlicher 
weiße von der Annahme aus, dass Versorgung und Ansteuerungssignal die 
gleiche Masse haben. Wie auch immer, ich bin ab jetzt raus (und würde 
dennoch einen P-Kanal FET nehmen oder Lowside schalten [wenn möglich])

: Bearbeitet durch User
Autor: nasefuss (Gast)
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M. W. schrieb:
> Ich habe schon viel gelernt, aber wie es aussieht ging ich fälschlicher
> weiße von der Annahme aus, dass Versorgung und Ansteuerungssignal die
> gleiche Masse haben. Wie auch immer, ich bin ab jetzt raus (und würde
> dennoch einen P-Kanal FET nehmen oder Lowside schalten [wenn möglich])

Jetzt zeigst du dich aber beratungsresistent. Deine "Begründung" trifft 
nicht zu, sie zeigt nochmal deutlich dass lernbedarf besteht*.
Raus aus diesem Thema ist aber auf jeden Fall sinnvoll.

* schau mal auf die V_GS in deinem Aufbau und welche Anforderungen ein 
N-Kanal FET da hat, vielleicht geht dann ein Licht an.

Autor: Steffen Warzecha (derwarze)
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Statisch schalten, also ohne PWM ist auch mit einem N_FET in der 
Highside kein Problem wenn man einen Photovoltaic Optokoppler nimmt.
Nimm einen APV1121 oder ähnlichen an Gate und Source (Schutzwiderstände 
und ähnlches braucht es da nicht). Mache das auch bei größeren FETs seit 
Jahren so, bisher ohne Probleme.

Autor: karl (Gast)
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Auch eine gute Möglichkeit. Infineon hat aber auch welche die über 50 V 
können. Bts6163 z.b.

Autor: Simi S. (kokoianer)
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Hallo Zusammen

Ich verstehe nicht ganz was die Disshusion mit den P und N Fet ist. N 
Fet sind immer besser bei hohen strömen (kleineres Rds_on) als P Fet. 
Lediglich die Ansteuerung ist ein wenig koplizierter. Je nach 
Preisklasse aber sehr einfach.
Eine einfache Möglichkeit is ein IC mit integrierter Charge Pumpe.
Folgende Schaltung brauchen wir im Professionellen Bereich mit 100A 
Dauerstrom und noch viel höherem Peak. Die FETs sind an einem 
Kühlkörper.
Der MC33883 funktioniert wohl bei 48V, ist aber schon sehr an der 
Grenze. Vielleicht eine Alternative suchen welche höhere Spannung 
verträgt.

Eine andere möglichkeit ist es das ganze galvanisch zu trennen.
bsp: ISO DC/DC konverter(da reicht 1W), galvanisch getrennter 
kommunikationsbaustein (ADUM oder ISO 7842 oder so) ein Gate treiber 
(bsp: IXDD614). Das währe dann sehr ähnlich einem Relay und kann 
galvanisch getrennt eingesetzt werden. Dann ist High oder Lowside egal, 
auch verschiedene GND levels können missachtet werden. Sicher die 
bessere Lösung aber halt teurer und grösser (platzmässig)

Ich hoffe ich konnte helfen...

nur so aus interesse: Was gibt das ganze wenn es fertig ist?


LG

Autor: Wumps (Gast)
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Simi S. schrieb:
> nur so aus interesse: Was gibt das ganze wenn es fertig ist?

Ein Power Sequencing für ein FPGA-Cluster das ein paar kWs braucht(und 
nein, kein Bitcoinmining ;-)

Einzelne 19" Einschübe (gefüllt mit FPGAs) sollen nacheinander bzw. je 
nach bedarf zu und abgeschaltet werden. Die 48Vdc liefert der Serverraum 
bzw. dessen Infrastruktur...

Autor: Gerd E. (robberknight)
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Wumps schrieb:
> Die 48Vdc liefert der Serverraum
> bzw. dessen Infrastruktur...

Wie sind diese 48VDC genau ausgelegt? Im Telco-Bereich sind -48V üblich, 
+ liegt dabei an Erde/Schutzleiter.

Wenn dem so wäre, müsstest Du eigentlich lowside schalten. Das würde Dir 
die Ansteuerung ja auch vereinfachen.

Autor: Hermann Mustermann (hoppppla)
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