Diode im Mosfet als Freilaufdiode verwendbar?

Akkusammler schrieb:
> Im MOSFET, in dem Fall ein IRF520 ist eine Diode von S nach D
> eingebaut
> wie ich im Datenblatt sehe. Das heisst, wenn ich den für ein Motor
> verwende, dann brauche ich nicht extra eine Freilaufdiode einzubauen?

Mal davon abgesehen dass diese Diode falsch herum gepolt istfür eine 
Verwendung als Freilaufdiode:
Die Diode ist weiterhin in der Regel sehr schlecht und sollte zu solchen 
Zwecken durch eine schnelle Si-Gleichrichterdiode ersetzt werden.
Sonst hat man ggf. schlechten Wirkungsgrad und hohe Wärmeentwicklung.

Aber ja, in gewissen Fällen, wie einem Synchron-Abwärtswandler benutzt 
man die parasitäre Bodydiode tatsächlich.
Daher wird Sie in den meisten Datenblättern von Power MOSFETs auch 
ziemlich detailliert spezifiziert.

Falls dieser Mosfet als Schalter für deinen Motor dient 
(Low-Side-Ansteuerung) ist die parasitäre Diode für den eigentlichen 
Zweck nutzlos. Du brauchst eine separate Freilaufdiode parallel zum 
Motor mit der Kathode nach Plus.

Die Freilaufdiode sollte möglichst schon nahe an der QUELLE des Übels 
sitzen, damit eine böse Abschaltspannung gar nicht erst in die restliche 
Schaltung gelangen kann (die ich jetzt nicht sehe).

Uwe S. schrieb:
> Sascha_ schrieb:
>> Die Diode ist weiterhin in der Regel sehr schlecht und sollte zu solchen
>> Zwecken durch eine schnelle Si-Gleichrichterdiode ersetzt werden.
>> Sonst hat man ggf. schlechten Wirkungsgrad und hohe Wärmeentwicklung.
>
> Das war vielleicht mal so. Ich zeige dir Substratdioden in modernen
> Mosfets, deren Daten suchst du bei normalen Si-Dioden fast vergeblich.
> Wenn du da überhaupt was findest, dann zum Preis von 5 Mosfets...
>
> Das Einzige wo man aufpassen muss, ist der Spannungshub je Zeiteinheit.
> Z.B. Logik-Mosfets öffnen da gern mal kurz, trotz kurzgeschlossenem
> Gate.

Deshalb schrieb ich ja auch "in der Regel" und "ggf.". Dass es da 
Ausnahmen gibt, war klar.

Axel S. schrieb:
> Jein. Die antiparallele Diode zur DS-Strecke eines MOSFET kann als
> Freilaufdiode benutzt werden. Aber nur in einigen Schaltungen. In
> anderen Schaltungen (1-Quadrant-Stellern) braucht man die Freilaufdiode
> an einer anderen Position in der Schaltung.

Ich hab IMHO auch schon mal gelesen, daß jemand einen FET (Gate mit 
Source gebrückt) dediziert als Freilaufdiode erfolgreich eingesetzt hat. 
50A Dioden sind wohl nicht so preiswert zu bekommen wie 50A FETs.

MfG Klaus

Bei einigen (aber nicht allen) MOSFET's ist im Datenblatt angegeben, wie 
viel Strom und wie viel Energie diese Diode verträgt.

Wenn du so eine Angabe findest und diese Grenzwerte sicher nicht 
überschreitest, dann spricht meiner Meinung nach nichts dagegen, die 
Diode aktiv zu benutzen.

Bei vielen MOSFETS ist es allerdings eine parasitäre Diode ohne konkrete 
Belastbarkeitsangaben. In diesem Fall sollte man sie besser nicht aktiv 
verwenden.

Zum Beispiel im Datenblatt des IRLU024N sind die relevanten Angaben:

Avalanche Current: 11A
Repetitive Avalanche Energy:  4.5mJ

Für ein kleines Relais reicht das aus.

Bei der reverse-Diode ist allerdings meistens nicht der Strom der 
begrenzende Faktor, sondern die Energie.

Beim IRLZ44N sind das 11mJ und beim IRF520 sind es 6mJ. Die sind schnell 
erreicht, vor allem bei einem Motor.

Jens G. schrieb:
> @ Stefan Us (stefanus)
>
>>Zum Beispiel im Datenblatt des IRLU024N sind die relevanten Angaben:
>
>>Avalanche Current: 11A
>>Repetitive Avalanche Energy:  4.5mJ
>
>>Für ein kleines Relais reicht das aus.
>
> Das hat aber nix mit der Diode zu tun ...

Ja, die Argumentation war aber, dass der Avalanche Durchbruch dem 
Spulenstrom einen Weg bietet und dass man sich auf diesem Wege eine 
Freilaufdiode ggf. sparen kann.

Und das reicht eben nur für ein kleines Relais aus, denn ab 4,5mJ 
Avalanche Energie (also 4,5mJ in der Spule gespeichert zum 
Abschaltzeitpunkt) ist dann Schluss und man braucht ne echte 
Freilaufdiode.

> Wo stand denn in diesem Thread etwas zum Avalanchebetrieb geschrieben?

Das ergibt sich hieraus:

> Das heisst, wenn ich den für ein Motor verwende, dann brauche ich nicht
> extra eine Freilaufdiode einzubauen?

Er meinte ziemlich sicher eine solche Schaltung:

1

2

                           D       S

3

VCC o--------(Motor)-------+--|<|--+--------| GND

4

                           |       |

5

                          ===========  

6

                               |      MOSFET

7

                               |

8

                               G

Es geht um die parasitäre Zenerdiode zwischen D und S. Beim Abschalten 
des MOSFET begrenzt sie die im Motor induzierte Spannung auf einen Wert, 
den der MOSFET verträgt - sofern der Energiegehalt nicht zu groß ist und 
die Sperrschicht nicht thermisch zerstört wird.

Diese Zenerdioden vertragen in Durchlassrichtung beträchtliche Ströme, 
aber in Sperr-Richtung (was hier relevant ist) vertragen sie recht 
wenig. Sie können die Wärme nur schlecht an den Kühlkörper ableiten.

Oder so eine:

1

            D       S

2

 VCC o------+--|<|--+----(Motor)------| GND

3

            |       |

4

           ===========

5

                |      MOSFET

6

                |

7

                G

>> Oder so eine:

So würde ich den N-Kanal MOSFET allerdings niemals verwenden, weil dann 
die Spannung am Gate höher sein muss, als VCC.

Das sind keine Zener Dioden sondern ganz gewöhnliche Si-Dioden.

Wenn der Motor mit einer H-Brücke angesteuert wird kann man sich die 
zusätzlichen Dioden sparen... einfach nur beide lowside schalter 
einschalten...

73

oszi40 (Gast) schrieb:
> Die Freilaufdiode sollte möglichst schon nahe an der QUELLE des Übels
> sitzen, damit eine böse Abschaltspannung gar nicht erst in die restliche
> Schaltung gelangen kann (die ich jetzt nicht sehe).

Besonders bei grossen Strömen bzw. schnellen Schaltflanken 
sollten/müssen auch die Leitungsinduktivitäten INNERHALB des 
Freilaufzweiges liegen.
Dazu darf die Diode NICHT direkt am Motor (bzw. andere induktive Last) 
hängen, sondern möglichst "weit weg".

Stefan U. schrieb:
> Es geht um die parasitäre Zenerdiode zwischen D und S.

Da hat damit nichts zu tun. Bei Zenerdioden unter 5V kommt allein der 
Zenereffekt zum Tragen, darüber eine Kombination aus Zener- und 
Avalanche-Effekt. Aber nix Zenereffekt beim Avalanchen.

Homo Habilis schrieb:
> beim Avalanchen

...von MOSFETs.

Uwe S. schrieb:
> Was besprecht ihr denn die ganze Zeit die Substratdiode im Mosfet

Ich wollte ja nur für Stefan und zukünftige Leser (evtl. sogar über dazu 
relevante Suchtags hier gelandet) den Unterschied herausstellen. Daß 
halt hier kein Zenerdurchbruch stattfindet.

Uwe S. schrieb:
> Schaut euch dazu mal insbesondere die Flussspannungen in den
> Diagrammen an, da träumen sogar die meisten Schottkydioden von

Zusätzlich noch von den kleineren Sperrströmen, würde ich sagen. Es ist 
evtl.  legitim, geeignete FET-Dioden rein als solche zu verwenden auch 
ohne den FET. Ist der Wärmeleitwiderstand bei Diode und FET stark 
unterschiedlich?

Uwe S. schrieb:
> Nicht selten passen Schaltzeit des Mosfets mit
> der Recovery der Diode halbwegs zusammen.

Je höher die V(DS), desto weiter entfernt - oder nicht? (Spezialtypen 
außen vor.) Wie Du sagtest hat auch die Strombelastbarkeit Einfluß, aber 
die Sperrspannung nach meinen Datenblattstudien zu urteilen mehr. Sehe 
ich das falsch? (Sollte ich "mehr studieren"?)

Wie können so viele verschiedene Leute so viel Scheisse reden? Alles nur 
Anfänger hier unterwegs oder was?

Die parasitäre Diode, die bei einem NMOS von S nach D leitet, hat 
überhaupt gar nichts mit den Avalanche-Daten zu tun. Das ist was völlig 
anderes.

Avalanche: DS-Durchbruch bei gesperrtem FET. Üblicherweise 15% über dem 
maximal spezifizierten VDS.

Parasitäre Diode: Leitet immer Richtung SD. Egal, was der FET macht. 
Wieviel diese Diode verträgt, steht im Datenblatt, NICHT unter Avalache!

Und das einzige, was hier Sinn macht, ist der Avalanche Effekt, der 
zerstörungsfreie Durchbruch, der NICHTS mit der eingebauten Diode zu tun 
hat. Und ja, kannst du machen, jedoch ist die Energie flöten, da man den 
Strom üblicherweise nach VCC ableitet und nicht nach GND, was jedoch bei 
einem Avalanche-Effekt der Fall ist.

Jetzt alles klar bei euch?

ASM Superprofi schrieb:

 > Die parasitäre Diode, die bei einem NMOS von S nach D leitet, hat
> überhaupt gar nichts mit den Avalanche-Daten zu tun. Das ist was völlig
> anderes.

Schon klar - aber der Zener-Effekt auch nicht... Ohne die Diode könnte 
man den FET bei DC auch umgekehrt als Schalter, bzw. einen einzelnen FET 
als AC-Schalter betreiben (und verkehrt herum avalanchen lassen).

ASM Superprofi schrieb:
> Alles nur Anfänger hier unterwegs oder was?

Ich habe nie behauptet, ein Profi zu sein. Ich bin neugierig: Was heißt 
denn ASM?

Homo Habilis schrieb:
> Ohne die Diode könnte man

Ich meine theoretisch. @ASM Superprofi: Was wären denn dann hier die 
begrenzenden Faktoren? Das läßt doch der innere Aufbau bestimmt nicht 
wirklich zu, oder doch?

ASM Superprofi schrieb:
> Und das einzige, was hier Sinn macht, ist der Avalanche Effekt, der
> zerstörungsfreie Durchbruch, der NICHTS mit der eingebauten Diode zu tun
> hat.

1

Bei der Drain-Source-Durchbruchspannung U(br)dss bricht die

2

Sperrschicht zwischen dem Drain-Gebiet und dem Substrat eines

3

Mosfet durch; dadurch fließt ein Strom vom Drain-Gebiet in

4

das Substrat und von dort [...] über die bei Einzeltransistoren

5

vorhandene Verbindung zwischen Substrat und Source zur Source.

Meinen zumindest U. Tietze und Ch. Schenk.

Hört endlich auf Äpfel mit Birnen zu vergleichen. Alle haben irgendwo 
Recht, aber es wird alles dauernd vermischt und dadurch versteht ihr 
euch nicht gegenseitig. Der eine redet von parasitären Effekten, der 
andere vom völlig legitimen Avalanche Betrieb. Es ist übrigens auch 
legitim, die parasitäre Diode zu verwenden. Da dürfen gerne auch mal 
AMPS fliessen. Je nach FET. Das steht aber leider nicht in jedem 
Datenblatt. Letztens habe ich erst einen FET gehabt, der hat 4A DC 
erlaubt. Aber die Diode nutze ich nur für einen Verpolschutz, deshalb 
bin ich da nicht so der parasitäre-FET-Dioden-Experte.

@Homo Habilis
Für sehr kleine Spannungen darfst du den FET gerne als AC Schalter 
verwenden. Allerdings sind die zu sperrenden Spannungen meistens grösser 
als 0.5V. Deshalb nur theoretisch. Warum die parasitäre Diode entsteht, 
kann ich dir nicht sagen. Das ist Spezialwissen. Kann man bestimmt 
ergoogeln. Aber ja, so ein FET ohne parasitäre Diode wäre sicher ein 
gutes Produkt. ASM steht für Assembler.

Yalu: Habe ich irgendwo geschrieben, die Diode sei eingebaut? Die 
Definition von parasitär ist doch bereits, dass es halt immer dabei ist, 
ob man will oder nicht.

Die einzige Diode, die in manchen FETs wirklich eingebaut wird, ist die 
GS Schutzdiode.

Ach Mist. OK ich hab was falsches geschrieben. Kann schonmal im Eifer 
passieren :)

M. K. schrieb:
> wer sucht findet in einem Mosfet auch den ein und
> anderen Bipolartransistor, die auch für nette Effekte zuständig sind ;)

Das Verhalten für einfache vertikale Mosfet ist in
http://www.vishay.com/docs/90160/an1005.pdf
recht anschaulich erklärt.

Auch nach diesem PDF setzt der Avalanche-Durchbruch zuerst am 
PN-Übergang Wanne-Substrat ein. Erst durch Temperaturerhöhung steigt der 
Basiswiderstand, so dass nun auch der BJT zu leiten beginnt.

ASM Superprofi schrieb:
> Warum die parasitäre Diode entsteht,
> kann ich dir nicht sagen

So wie sie auch in jedem anderen Chip entsteht, zur Isolierung von 
Strukturen vom Substrat. Bei Chips kann sie das Marketing immer noch 
(gegen kleinen Aufpreis) als ESD-Diode verkaufen. Sie bei den FETs als 
eingebaute Freilaufdiode anzupreisen, würde das Marketing sicher toll 
finden.

MfG Klaus

> Übrigens wird in jeder H-Brücke und auch in jeder 3-Phasenendstufe ganz
> selbstverständlich von der Body Diode der MOSFet- bzw. IGBT Endstufen
> Gebrauch gemacht.

Relevant ist das nur während der Kommutierungsphase,
weil der betreffende MOSFET nach der Totzeit ebenfalls angesteuert wird.
Der durchgeschaltete MOSFET hat i.d.R. kleinere Durchlassspannung als 
die  Diode.
Solch eine parasitäre Diode ist nur in MOSFET und Darlingtontransistoren 
"integriert", NICHT in IGBT:
https://www.mikrocontroller.net/articles/IGBT

ASM Superprofi schrieb:
> Ach Mist. OK ich hab was falsches geschrieben. Kann schonmal im Eifer
> passieren :)
Das kann jadem passieren, aber in Verbindung mit so einem Auftritt:

ASM Superprofi schrieb:
> Wie können so viele verschiedene Leute so viel Scheisse reden? Alles nur
> Anfänger hier unterwegs oder was?

sollte man soviel Eier in der Hose haben und sich entschuldigen!

> Wird nicht ein Grossteil der Energie im Spulenwiderstand
> "vernichtet"?
Wenn die Spule während des Freilaufs "satt" kurzgeschlossen ist, wird 
nur diese wärmer.

Geht aber um nen Motor. ;)

> Geht aber um nen Motor. ;)

Auch der hat 'ne Spule.
Was die nicht aufnimmt, muss halt woanders hin ...

M. K. schrieb:
> Klaus schrieb:
>> So wie sie auch in jedem anderen Chip entsteht, zur Isolierung von
>> Strukturen vom Substrat.
>> ...
>
> Autsch, das musst du noch mal nachschlagen. Diese Diode entsteht doch
> nicht wegen einer Isolierung vom Substrat.

Eigentlich sind es sogar 2 PN Übergänge (vulgo Dioden), die sowohl Drain 
als auch Source vom Substrat isolieren. Anderenfalls würde der Strom 
einfach immer übers Substrat fließen. Da aber Source mit dem Substrat 
verbunden wird, bleibt der PN Übergang am Drain, die Substratdiode.

MfG Klaus

M. K. schrieb:
> OK, das kann man auch als Isolierung betrachten, ich hab einen
> PN-Übergang bisher jedoch noch nie als Isolierung betrachtet, sprich ich
> finde du drückst dich unglücklich aus.

Im Gegenteil, ich hab das so gelernt: wenn ich Strukturen auf einem 
Halbleiter isolieren muß, erzeuge ich eine Diode in Sperrichtung 
zwischen Struktur und Substrat, einen PN Übergang. Ist der einfachste 
Weg.

MfG Klaus