Arduino, PWM Regelung, Leistung, MOSFET

[Unwissende92 (Gast)]

Moin moin,

da hier doch sehr viele gute Bastler und Erfahrene Profis unterwegs 
sind, wollte ich mich mal an euch wenden. Es geht um folgenden Aufbau:

Ich habe eingangsseitig einen Step Down/Up Converter, der mir eine fest 
eingestellte Spannung im Bereich von 12 bis 80 V ausgibt (was davor 
geschaltet ist, ist nicht relevant; eingestellt auf 72 V). Damit soll 
ein Batteriestack mit 48 V (4x 12V) geladen werden. Da es hier nur um 
das Prinzip des Ladens gehen soll, ist kein Batterie 
Managementsystem/Laderegelung/Sicherungssystem notwendig (es könnte 
genauso eine andere Last dran gepackt werden).

Die einspeisende Leistung (bis zu maximal 400 Watt) will ich mittels 
eines Arduino Uno und des PWM Pins (5 V) regeln und möchte die PWM mit 
einem MOSFET realisieren (PWM an Gate, Source an Ausgang vom StepDownUp 
Converter, Drain an Batterie).

Frage 1: ist das mit einem einzelnen MOSFET überhaupt realisierbar?
Meiner Meinung nach kann das so alleine nicht funktionieren wegen 
Überschreitung von U_GS und damit würde ich immer den MOSFET 
zerschießen, weil der Batteriestack ja Minimum 40V (entladen) als 
Potential hat. Richtig?
Wenn richtig: wie geht man da vor, um das Problem in den Griff zu 
bekommen? Z-Diode parallel schalten? Bipolartransistor vor den MOSFET?

Frage 2: nach welchen Kriterien wähle ich den MOSFET aus?
Ich denke, ich benötige einen mit:
-U_DS von ca. 32 V, da gilt: 72 V - 40 V = 32 V
-geringem R_DS,on für niedrige Verluste
-ca. möglichen 6 Ampere I_D (400 W / 72 Volt = 5,56 A )
Sind hier die Gedankengänge korrekt oder geht das so gar nicht?

Frage 3: macht ein p oder n Kanal MOSFET mehr Sinn bei meiner Anwendung?

Vielleicht kann mir ja einer von euch weiterhelfen und mich in die 
richtige Richtung schubsen! Danke schonmal an alle! :-)

[Stefan S. (chiefeinherjar)]

Unwissende92 schrieb:
> Meiner Meinung nach kann das so alleine nicht funktionieren wegen
> Überschreitung von U_GS

Eine Überschreitung von U_GS mit einem 0...5V Signal?! Na da schalten 
viele Mosfets noch nicht mal ansatzweise durch - ausgehend von einem 
N-Mosfet.

Mit einem P-Mosfet wäre dies in der Tat ein Problem, da er ca 70 Volt 
als U_GS sehen würde.
Ja da kann eine Z-Diode helfen bzw. ein richtiger, dedizierter 
High-Side-Treiber.

Unwissende92 schrieb:
> -U_DS von ca. 32 V, da gilt: 72 V - 40 V = 32 V

Und wenn er sperrt, wo sollen dann die restlichen 40 Volt abfallen? Na?
Er muss mindestens 72 Volt (besser mehr als 100 Volt) aushalten können.

Bleibt noch die Frage nach der maximal zulässigen Q_GS in Verbindung mit 
der gewünschten PWM-Frequenz. Beim Arduino liegt sie im Bereich der 
200-300 Hz, wenn ich mich grob recht erinnere. Zumindest in dieser 
Größenordung.

Da spielt diese Kapazität noch keine allzu große Rolle, aber einen 
Treiber würde ich trotzdem nutzen.

Ich würde wohl einen P_Mos wählen, da es meist besser/sicherer ist, 
High-Side zu schalten.