Hallo,
ich wollte mir eine kleine Schaltung entwickeln:
Sie soll bei jeder steigenden Flanke an einem Eingang, den Ausgang
zwischen 24 und 0V umschalten. Ich habe im Anhang einen Schaltplan
angehängt.
Das Problem ist, dass beim Schalten von 24 auf 0 Volt ein Kurzschluss
entsteht. Ich denke dass der p-Mosfet hier einfach zu lahm sperrt. Bei
einem Mikrocontroller würde ich wahrscheinlich eine Totzeit einbauen.
Allerdings gefällt mir die Einfachheit mit dem Flipflop. Gibt es eine
Möglichkeit das Problem trotzdem irgendwie zu lösen? Was sagt ihr
eigentlich zur Rückkopplungsschleife?
Freundliche Grüße,
Nora Dar
Nora D. schrieb:> Das Problem ist, dass beim> Schalten von 24 auf 0 Volt ein Kurzschluss entsteht. Ich denke dass der> p-Mosfet hier einfach zu lahm sperrt. Gibt es eine Möglichkeit dass> irgendwie zu ändern?
Ja, mit dem MOSFET-Treiber TC4427, oder bipolare Transistoren verwenden.
Siehe dazu den Thread 'H-Brücke Bediensicher?'
Nora D. schrieb:> dass beim Schalten von 24 auf 0 Volt ein Kurzschluss> entsteht. Ich denke dass der p-Mosfet hier einfach zu lahm sperrt.
Wie kommst Du auf 2,61 K als Gätewiderstände?
Je kleiner, desto schneller wird das Gate geladen oder entladen,
auch eine Diode parallel zum Gatewiderstand (revers) kann die
Sperrung schneller machen...
Danke für den Vorschlag und den Hinweis.
Ein weiteres Problem der Schaltung ist, dass das Flipflop manchmal etwas
spinnt. Teilweise ändert es auch bei fallender Flanke den Ausgang.
Müsste man hier eventuell noch einen Kondensator parallel zum
Versorgungspin des FlipFlops hängen? Leider konnte ich es nur mit einem
100µF und einem 100nF testen und es hat nicht wirklich etwas gebracht.
Erst als ich direkt an Pin 5 von U2 einen 100µF Kondensator angehängt
habe, war das Problem gelöst. Ich finde das etwas mysteriös :D
Freundliche Grüße,
nora dar
Hallo,
Du könntest versuchen, mit RC-Gliedern und Dioden das Einschalten eines
FETs zu verzögern und das Ausschalten zu beschleunigen. Zur Kontrolle
könntest Du die Schaltflanken auf einem mehrkanaligen Oszilloskop
beobachten. Eine Strombegrenzung wäre hilfreich.
"Kondensator parallel zum Versorgungspin des FlipFlops hängen?"
Ja, unbedingt. Das muß immer dazu!
MfG
Nora D. schrieb:> Ein weiteres Problem der Schaltung ist, dass das Flipflop manchmal etwas> spinnt. Teilweise ändert es auch bei fallender Flanke den Ausgang.
Abblockkondensatoren sollten schon eingebaut sein, ebenso ein Elko für
die Betriebsspannung...
Wenn das FF über einen Taster oder Umschalter gesteuert wird, muss
eine Tastenentprellung erfolgen (100R - 1K in Serie zum Clock Eingang,
vom Eingang nach Masse einen Kondensator 10 - 100 nF)...
Mani W. schrieb:> Nora D. schrieb:> Wenn das FF über einen Taster oder Umschalter gesteuert wird
Das Signal kommt von einem XOR, welches zwei Eingänge hat die nicht von
einem mechanischen Schalter o.ä. kommen, sondern ebenfalls von einer
Gegentaktstufe. Ich hoffe es ist hier tatsächlich nur ein Problem der
Abblockkondensatoren. Das Problem ist leider, dass die ganze Schaltung
schon auf einer Platine aufgebaut ist, weil ich das ganze eigentlich
simuliert hatte.. Ich werde morgen nochmal versuchen,
Abblockkondensatoren direkt vor das XOR und das FlipFlop einzulöten.
Bisher habe ich die einfach nur provisorisch an die Pins gehalten und
geschaut was passiert.. Dann werde ich die Gatewiderstände etwas kleiner
dimensionieren. Ja ich weiß, das Ganze ist nicht optimal geplant.
Nora D. schrieb:> Ich werde morgen nochmal versuchen,> Abblockkondensatoren direkt vor das XOR und das FlipFlop einzulöten.
Direkt an die Betriebsspannungsanschlüsse des jeweiligen IC anlöten!
Nora D. schrieb:> Die Verbindung zwischen Pin 2 und Pin 3 des XORs.
Wo wäre das im Plan?
Das ist ein positiv flankengetriggertes D-Flipflop mit Preset und
Clear...
Passt schon, aber den Abblockkondensator direkt an die Pins der
Versorgungsspannung...
Günstig wäre natürlich, einen Power On Reset mit R/C einzubauen, wobei
der Clear Eingang über einen Widerstand an Plus hängt und gegen Masse
ein
Kondensator (Elko) führt...
Damit wäre der Q-Ausgang von Haus aus auf Null gesetzt und der Ausgang
der Gesamtschaltung hätte ein definiertes Potential bis zum ersten
Impuls...
Klaus R. schrieb:> Die Schaltung dürfte doch gar nicht funktionieren.
Warum dürfte die Schaltung nicht funktionieren?
Ich habe jetzt übrigens auf dem Oszi bemerkt, dass am Ausgang vom XOR
manchmal noch kurze Flanken nach der eigentlichen fallenden Flanke
kommen. Ich habe das gnaze mit einem RC Glied behoben. Nun habe ich
leider immer noch das Problem mit dem Kurzschluss.
DMG6602SVT-7??? Was ist das für eine Bezeichnung, wie kommt man auf so
ein Bauelement? Glaube ich bin total verstaubt mit meinen immer wieder
verwendeten IRF540/9540. Aber das hat immerhin den Vorteil daß ich deren
Daten auswendig kenne.
Verträgt denn die Wunderwaffe DMG6602SVT-7 tatsächlich 24Volt Vgs?
Ein Tipp zur Messung: einen Widerstand zur Strombegrenzung in die
24V-Leitung legen. Dann kann man den durch den Querstrom erzeugten
Spannungseinbruch auf dem scope gut sehen
Dann kann man Maßnahmen wie zusätzliche Kondensatoren, Ersatz von Q1
durch bipolaren Transistor usw. ausprobieren ohne große Rückwirkungen
auf die Steuerschaltung.
Ich kenne ja nicht die Daten des Q1, aber vielleicht verzögern seine
Kapazitäten das Schalten so weit, dass Q2b zu spät abgeschaltet wird.
Sehr einfaches Paradigma, in Zukunft sicherer durchs Leben zu gehen:
wenn es so einfach ginge, gäbe es einen, der damit Geld machen würde.
Stattdessen gibt es eine Flut an Halbbrückentreibern, die sich in
Treiberleistung, Totzeit und Potentialtrennung unterscheiden. Das hat
seinen Grund und ist nicht nur Geldschneiderei.
Zur Arbeitstheorie: MOSFETs unterliegen einer ziemlichen Streuung,
vorallem bei der Gate-Source-Schwellenspannung. P-Kanal-MOSFETs sperren
grundsätzlich langsamer. In deiner Schaltung musst du für den P-Kanal
noch zusätzlich das Gate vom treibenden N-Kanal ausräumen. Das Flip-Flop
liefert vielleicht gar nicht genug Strom, abhängig von der
Ausgangsstufe. (Da sind manchmal schon 2-6A für Bruchteile von
Nanosekunden fällig, wenn man in weniger als einer Mikrosekunden
schalten will.)
Du kannst also weder die Schaltzeit (Entladen der Gate-Kapazität) noch
den Schaltpunkt (Gate-Source-Schwellenspannung) sicherstellen. Der
Fachbegriff dazu heißt shoot-through und ist in etwa so alt wie die
Halbbrücken-Technologie.
Kauf dir eine fertige Halbbrücke, gibt es als IC, bspw. Motortreiber für
Scanner/ Drucker. Da sind auch Schutzschaltungen am Ausgang dabei und
wenn du ganz clever bist, kaufst du gleich eine integrierte Vollbrücke.
anderer hobby_elektroniker schrieb:> Verträgt denn die Wunderwaffe DMG6602SVT-7 tatsächlich 24Volt Vgs?
Damit war Q2B gemeint.
Und schaltet Q2A bei 4,7Volt, oder was auch immer dieser "TC7WH74FK"
Flipflop an Q absondert, zuverlässig ein?
PS "TC7WH74FK" "4,7Volt" "DMG6602SVT" - alles sehr originell! :-)
Jens G. schrieb:> QZB ist verkehrtherum drin (zumindest lt. desse Symbol)
Jein. Das Symbol ist falsch. Eigentlich sollte die Bodydiode anders
gepolt sein. so wie es jetzt ist, ist entweder die Diode richtig, und
der eigentliche "FET" falsch, oder der "FET" richtig und die Bodydiode
falsch.
KiCad :)
anderer hobby_elektroniker schrieb:> anderer hobby_elektroniker schrieb:>> Verträgt denn die Wunderwaffe DMG6602SVT-7 tatsächlich 24Volt Vgs?>> Damit war Q2B gemeint.
Q2B sieht wegen R8/R9 nur 12V Ugs.
Ist es überhaupt nötig die 0V aktiv zu schalten, bzw. reicht nicht ein
einfacher High-Side Schalter aus? Die 0V kann man notfalls auch mit
einem Lastwiderstand nach Masse erzeugen.
anderer hobby_elektroniker schrieb:> PS "TC7WH74FK" "4,7Volt" "DMG6602SVT" - alles sehr originell! :-)
Was soll daran lustig sein?
Der TE hat außerdem in seinem Schaltplan nirgendwo "4,7Volt" stehen,
sondern "4.7V", was einer völlig üblichen Spannungsangabe entspricht.
Und die Tatsache, dass Du ihn für die Verwendung halbwegs moderner
Bauelemente auslachst, bedeutet doch nur, dass Du ein ewiggestriger
Sturrkopf bist.
> Glaube ich bin total verstaubt mit meinen immer wieder> verwendeten IRF540/9540.
Ja, dem ist vollumfänglich zuzustimmen.
> Aber das hat immerhin den Vorteil daß ich deren Daten auswendig kenne.
Du kannst gerne in Deinen eigenen Projekten Deine Lieblingsbauteile
verwenden wie Du willst.
Im konkreten Anwendungsfall benötigt der aufgeführte Doppeltransistor
jedoch nur einen winzigen Bruchteil des Platzes Deiner Lieblinge.
Außerdem befindet er sich in einem SMD-Gehäuse, was Du vermutlich auch
verteufeln wirst.
Falls Du zufällig ein aktiver Funkamateur sein solltest, wärst Du einer
der Gründe dafür, dass sich zu manchem Treffen der Ortsgruppen kaum noch
ein Jungspund (< 60 Jahre) verirrt.
Hi,
ich habe nun versucht das Entladen der Gates etwas schneller zu machen
als das Aufladen, indem ich an die Gates von Q2 und Q1A ein
Widerstand-Dioden-Kondensator Netzwerk gehängt habe. Über eine Diode und
ein 220Ohm Widerstand sollten die Gates eigentlich ziemlich schnell
entladen, über einen 9530Ohm Widerstand ziemlich langsam aufgeladen
werden. In der (etwas chaoischen, sorry :( ) angehängten LTSpice
Simulation funktioniert auch alles wunderbar, es gibt keinen Kurzschluss
beim Umschalten.
Aufgebaut auf der realen Platine gibt es allerdings nach wie vor einen
Kurzschluss, und irgendwie verhalten sich die Zeiten an den Gates genau
umgedreht (als sei die Polarität der Dioden vertauscht).
Kann es am Flipflop liegen? Eigentlich sollte das laut Absoulute Maximum
Rating bis zu 25mA treiben können (sicher nur für kurze Zeit, aber das
ist hier der Fall, und es sind nicht mal 25mA).
Es wäre wirklich toll wenn das ganze so diskret aufgebaut werden
könnte..
Wenn nichts hilft würde ich aber wohl einen Halbbrückentreiber wie oben
vorgeschlagen verwenden. Der TC4427 hat aber wohl keine Deadtime, oder?
Andere Halbbrückentreiber benötigen wie z.B. der DGD2103M benötigen so
eine Bootstrapping-Schaltung die aber nur für höhere Frequenzen
funktioniert, oder? Meine Schaltung wäre ziemlich statisch und würde mit
solch einem nicht funktionieren.
Gibt es andere Halbbrückentreiber die funktionieren, oder stimmt meine
bisherige Schaltung gar (wie in der Simulation) und ich habe mich
verlötet?
Danke schonmal für die Antworten :)
Freundliche Grüße,
nora dar
Na denn: ich kann mir eher vorstellen, dass es in der Simulation nicht
funktioniert als dass es im realen Aufbau funktioniert. Aber das ist
schwer zu beurteilen, weil
- deine Simulation wirklich kaum lesbar ist
- dein realer Aufbau und deine Messergebnisse daran unbekannt sind
Was die Simu angeht: du hast U2 einen 100nF Kondensator ans Gate
gepackt, oder? Das würde Anschaltzeiten im Bereich von ms und
Ausschaltzeiten im Bereich einiger 10µs bedeuten. Ich glaube nicht so
recht daran, dass das die passende Totzeiteinstellung sein soll gegenüer
dem, was du mit M2 machst.
Wenn du weiter kommen willst: räum deine Simu mal so weit auf, dass man
was erkennen kann. Dann stelle sie hier rein (das asc-File und die
FET-Modelle). Dann stelle deine Messergebnisse aus dem realen Aufbau vor
und zwar möglichst so, dass sie vergleichbar zu dem sind, was du
simulierst.
Danke für deine Antwort. Ich werde die Simulation gleich mal entwirren.
Aber ich verstehe deinen Einwurf nicht ganz. Ist es nicht gewollt, dass
die Transistoren schnell abschalten und langsam einschalten sollen?
Nora D. schrieb:> Ist es nicht gewollt, dass> die Transistoren schnell abschalten und langsam einschalten sollen?
Doch, von der Tendenz her schon. Aber üblicherweise wählt man die
Totzeit nicht im ms-Bereich sondern ~100 mal kürzer.
Nora D. schrieb:> Ich habe nun nochmal die Simulation hochgeladen.
Danke (du hättest gerne auch die aufgeräumte Version als asc hochladen
dürfen ;-) Aber schon mal gut, dass sich jetzt auch der zweite
Gate-Kondensator erkennen lässt (der entging mir in der ursprünglich
gezeigten Fassung).
Ok, mit dieser Beschaltung solltest du tatsächlich keine Überschneidung
bekommen, die Totzeit liegt im Bereich einige hundert µs. Jetzt zu der
realen Schaltung, die weiter einen Kurzschluss zeigt und "umgedrehtes"
Verschieben der Schaltzeiten an den Gates: wenn du die Schaltung so
aufgebaut hast wie simuliert, sollte das nicht der Fall sein. Oder kommt
im realen Aufbau noch etwas dazu, was in der Simu nicht zu sehen ist
(eine Last am Ausgang z.B.)?
Als nächstes stünde an: Messungen hochladen, die das beschriebene
Verhalten der realen Schaltung zeigen (evtl. erkennt man ja an der
Flankenform..., wo du dich verlötet hast). Und ein Foto deines Aufbaus,
auf dem man die Verschaltung nachvollziehen kann.
Nora D. schrieb:> Gibt es theoretisch auch integrierte Halbbrücken?
Du meinst also gleich die gesamte Halbbrücke, nicht nur die Gatetreiber?
Klar, gibt es auch zu kaufen. Setze z.B. auf der folgenden Seite die
parametrische Suche entsprechend deiner Schaltungsparameter:
https://www.digikey.de/products/de/integrated-circuits-ics/pmic-full-half-bridge-drivers/746?k=halbbr%C3%BCckentreiber
Hi, danke für die Antwort Achim. Das Problem ist, dass ich keine
Gatetreiber ohne diese Bootstrapping-Diode finde, die ja nur PWM
zulässt, oder?
Ich werde nachher nochmal die Schaltung testen. Könnte es irgendwelche
physikalischen Effekte geben, die das Flipflop beeinflussen, oder kann
das Flipflop überhaupt die Gates treiben? Die Ausgangsströme müssten ja
eigentlich stimmen...
Kann ein Design einer Halbbrücke so schwer sein?
Freundliche Grüße,
nora dar
Nora D. schrieb:> Aber ich verstehe deinen Einwurf nicht ganz. Ist es nicht gewollt, dass> die Transistoren schnell abschalten und langsam einschalten sollen?
Die meiste Verlustleistung im elektronischen Schalter (FET oder Bip.)
entsteht im Zwischenbereich: bei U/2 und I/2. Deshalb muss disser
Bereich so schnell durchfshrern wie möglich.
Selbstverständlich dürfen beide Schalter nicht gleichzeitig geöffnet
sein.
Ein weniger guter Weg ist dann halt, den einen FET per RC langsamer zu
machen.
Der bessere Weg wäre, per Treiber-IC satt zu schalten oder mit einer
Logik eine kurze Verzögerung herzustellen die den bei dem einen FET zu
schnellen Ein- bzw Ausschaltvorgang zu verlangsamt.
Die Logik, aus den 5V betrieben, würde auch die Rückwirkung auf das FF
verhindern, die durch die relativ großen G-D Kapazitäten erzeugt wird.
Das wäre halt ein 4fach-Nand-IC zusätzlich.
Oder, wenn schon ein Kontroller die PWM erzeugt, bau in die Software
eine entsprechende Schaltfolge ein.
Nora D. schrieb:> Hi, danke für die Antwort Achim. Das Problem ist, dass ich keine> Gatetreiber ohne diese Bootstrapping-Diode finde, die ja nur PWM> zulässt, oder?
MIC5011, LTC1154 sind beide für 100% PWM Einschaltzeit geeignet.
Michael B. schrieb:> MIC5011, LTC1154 sind beide für 100% PWM Einschaltzeit geeignet.
Aber das sind wiederum einzelne Treiber, die sich nicht um Totzeiten
kümmern :)
Nora D. schrieb:> Keiner eine Idee?
Du könntest deine Schaltung wie im Bild mit einem kleinen N-Kanal-Mosfet
und R und C erweitern. Immer wenn der N-Kanal eingeschaltet werden soll,
wird der der P-Kanal ganz kurz vorher abgeschaltet.
Unbenannt.PNG
(54 KB)
