Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MosFet als Gate-Treiber?


von David P. (david_p12)


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Hallo,

wollt mal nachfragen, ob man eigentlich auch kleine MosFETs nehmen kann 
als gegentakt GATE Treiber?

Bei einem Schaltnetzteil was mit 12V Arbeitet sind eigentlich immer nur 
"normale" Transistoren verbaut um die GATEs umzuladen.

So ein Transistor hat doch aber einen nicht unerheblichen 
Spannungsverlust, sodass die GATEs am ende nur noch mit 9V-10V umgeladen 
werden.


Wenn die Eingangsspannung aber von 12V auf z.B. 11V zusammen bricht, 
schaut es mit dem Umladen des GATEs noch schlechter aus.


Könnte man da nicht als Treiber ein paar kleine MOSFETs nehmen, die 
selber eine VGS Spannung von z.B. 4V benötigen anstatt 10V sodass diese 
von dem Logic Controller auch angesteuert werden können welcher meistens 
"nur" 5V am Ausgang rausbringt bei z.B. 30Khz



Oder warum macht man das nicht so?
So ein Mosfet hat doch deutlichs geringeren Schaltverluste. Und die 
Kleinen FETs haben doch auch nur eine recht kleine Gate Kapazität, 
sodass ein TL494 z.B. diesen doch locker umladen könnte, oder?

von Komplementär (Gast)


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David P. schrieb:
> wollt mal nachfragen, ob man eigentlich auch kleine MosFETs nehmen kann
> als gegentakt GATE Treiber?

Macht so gut wie jeder integrierte Gate-Treiber.
Oder normale CMOS-Ausgänge, wie z.B. AVR-IO-Pins.

Mit dem schönen Nebeneffekt, dass der Bahn-Widerstand der CMOS-FETs den 
Umladestrom begrenzt, und man keinen Gate-Vorwiderstand braucht (ausser 
evtl. wg. EMV, aber das ist ein anderes Thema)

von Alexander (Gast)


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Klar werden Mosfets in totem pole Konfiguration in Gate Treibern 
verwendet. :-)

von MaWin (Gast)


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Die bipolaren sind als Emitterfolger geschaltet, damit es trotz 
schnellen umschaltens nicht zum Kurzschluss zwischen VCC und GND kommt.
Baut man die als Sourcefolger mit MOSFETs sind die Soannungsverluste 
noch viel höher, eher 2 bis 4V als 0.7

Es gibt aber integrierte MOSFET-Gate-Driver mit MOSFETs bei denen der 
shoot thru Kurzschluss durch technischen Aufwand verhindert wurde, den 
du aber nicht diskret nachbauen willst.

von David P. (david_p12)


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Ohha, das heißt also, das ein Mosfet schneller schaltet als ein 
Transistor?

Da müsste man also selber eine DeadTime schaltung verbauen wo es eine 
kurze pause zwischen den beiden Schaltvorgängen der Mosfets gibt...


Ich habe bisher eben immer nur einfache Transistor gegentakt Treiber 
gesehen... Also ein NPN und ein PNP welche mit der Basis verbunden sind 
und das signal von einen der beiden Ausgängen eines TL494 PWM gebers 
angesteuert werden

von Alexander (Gast)


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David P. schrieb:
> Da müsste man also selber eine DeadTime schaltung verbauen wo es eine
> kurze pause zwischen den beiden Schaltvorgängen der Mosfets gibt...

ja, wobei das recht einfach mit großen Lade- und kleinen 
Entladewiderständen realisiert werden kann.

von jz23 (Gast)


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David P. schrieb:
> wollt mal nachfragen, ob man eigentlich auch kleine MosFETs nehmen kann
> als gegentakt GATE Treiber?

Aber natürlich. Sieht man bei den meisten integrierten Gate-Treibern. 
Z.B. hier auf Seite 4 
http://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A200/DS_IR2104.pdf

von THOR (Gast)


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David P. schrieb:
> Ohha, das heißt also, das ein Mosfet schneller schaltet als ein
> Transistor?

Diese Schlussfolgerung ist gleich doppelt falsch.

von David P. (david_p12)


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Ok,interessant.

Nur warum bauen die hersteller da bei einem externen gate treiber das 
mit normalen Transistoren? Sind Mosfets nicht immer besser vom 
wirkungsgrad her? Und eben auch das diese die spannung nahezu 
verlustfrei voll durchsteuern können ohne die 0,7V spannungsverlust?

von hjk (Gast)


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David P. schrieb:
> Spannungsverlust

In der Praxis kaum ein Problem. Weil bevorzugt sowieso 12V oder 15V als 
Vcc dienen, bleibt die Spannung hoch genug (sogar bei 10V - der 
Unterschied R(DS) 10V zu 9V ist meist marginal, noch dazu stehen ja auch 
noch BJTs mit extrem niedriger V(CE)sat zur Verfügung - die nach dem 
Strompuls noch weiter absinkt).
Nach unten muß man die V(GS)th von über 2V (99% der SMPS FETs) bedenken 
die also trotzdem sicher sperren.

David P. schrieb:
> Könnte man da nicht als Treiber ein paar kleine MOSFETs nehmen, die
> selber eine VGS Spannung von z.B. 4V benötigen anstatt 10V sodass diese
> von dem Logic Controller auch angesteuert werden können welcher meistens
> "nur" 5V am Ausgang rausbringt bei z.B. 30Khz

Siehe Antwort von MaWin.

David P. schrieb:
> Oder warum macht man das nicht so?
> So ein Mosfet hat doch deutlichs geringeren Schaltverluste. Und die
> Kleinen FETs haben doch auch nur eine recht kleine Gate Kapazität,
> sodass ein TL494 z.B. diesen doch locker umladen könnte, oder?

Gilt für kleine BJTs genauso.

Ein Vergleich erscheint einem zwar intuitiv zugunsten der FETs, ist aber 
real zu vernachlässigen, wenn man alles bedenkt.

von hjk (Gast)


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David P. schrieb:
> Nur warum bauen die hersteller da bei einem externen gate treiber das
> mit normalen Transistoren?

Hast Du MaWins Antwort überhaupt gelesen?

Shoot-Through.

von hjk (Gast)


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Außerdem - ob heute noch so, weiß ich nicht sicher - konnten in 
integrierten Schaltungen BJTs mit hoher Stromtragfähigkeit auf kleinerer 
Fläche / leichter realisierbar implementiert werden. Höherer erlaubter 
Pulsstrom(Fläche IC.

Bin unsicher - wenn das nicht stimmt, bitte korrigieren.

von David P. (david_p12)


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Natürlich hab ich MaWins antwort gelesen... Damit ist doch der 
Kurzschluss strom gemeint wenn der eine noch "halb" leitet und der 
andere erst "halb" sperrt, oder?
Dachte aber das ist ein leichtes dies durch eine dead time schaltung zu 
kompensieren.


Hmm aber ok, wenns heutzutage kaum noch einen unterschied macht ob man 
jetzt eine BJT oder ein FET dazu nutzt, dann ist es letztendlich ja egal 
wie man das aufbaut

Beitrag #5182779 wurde vom Autor gelöscht.
von Carl D. (jcw2)


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David P. schrieb:
> Ok,interessant.
>
> Nur warum bauen die hersteller da bei einem externen gate treiber das
> mit normalen Transistoren? Sind Mosfets nicht immer besser vom
> wirkungsgrad her? Und eben auch das diese die spannung nahezu
> verlustfrei voll durchsteuern können ohne die 0,7V spannungsverlust?

Weil die 0,7V "Spannungsverlust" der Wert ist, um den die Basisspannung 
höher sein muß als die Emitersapannung. Ein MOSFET hat erheblich 
größeren "Eingansspannungsbedarf". Da braucht es mehrere Volt zwischen 
Gate und Drain, bevor der durchschaltet.
In integrierten Treibern begegnet man diesem Problem mit einer 
Bootstrap-Schaltung, die die nötige "Mehrspannung" erzeugt. Diskret ist 
ein BJT-Pärchen eben einfacher, um dies >10V an der Gate eines 
Leistungs-FET auftauchen zu lassen.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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David P. schrieb:
> arum bauen die hersteller da bei einem externen gate treiber das
> mit normalen Transistoren?

Tun sie nicht. Wie kommst du auf diese Idee?

Geh doch mal zu MOSFET-Übersicht: MOSFET-Treiber und schau dir die 
Datenblätter von ein paar Treibern an. Wenn die Hersteller da eine 
Innenschaltung zeigen, sind das fast immer MOSFET.

von hjk (Gast)


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Axel S. schrieb:
> Tun sie nicht. Wie kommst du auf diese Idee?

Du hast recht, das was ich oben schrieb...

hjk schrieb:
> Außerdem konnten in integrierten Schaltungen BJTs mit hoher
> Stromtragfähigkeit auf kleinerer Fläche / leichter realisierbar
> implementiert werden. Höherer erlaubter Pulsstrom(Fläche IC.

...wurde mir von einem Kollegen vorhin als mittlerweile bedeutungslos 
dargestellt. Zu Unitrode Zeiten mochte das noch so sein - jetzt nicht 
mehr.

Ich fürchte allerdings, der TO meinte statt "extern" eigentlich 
"diskret".

von Axel S. (a-za-z0-9)


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hjk schrieb:
> Axel S. schrieb:
>> Tun sie nicht. Wie kommst du auf diese Idee?
>
> Du hast recht, das was ich oben schrieb...
>
> hjk schrieb:
>> Außerdem konnten in integrierten Schaltungen BJTs mit hoher
>> Stromtragfähigkeit auf kleinerer Fläche / leichter realisierbar
>> implementiert werden. Höherer erlaubter Pulsstrom(Fläche IC.
>
> ...wurde mir von einem Kollegen vorhin als mittlerweile bedeutungslos
> dargestellt. Zu Unitrode Zeiten mochte das noch so sein - jetzt nicht
> mehr.
>
> Ich fürchte allerdings, der TO meinte statt "extern" eigentlich
> "diskret".

Selbst wenn. Ein MOSFET ist kein MOSFET-Treiber. Ein Transistor ist 
das genauso wenig. Allerdings kann man mit beiden MOSFET-Treiber 
bauen. Nur eben mit verschiedener Schaltungstechnik. Bipolar greift man 
gern zum altbekannten (und mehrfach genannten) komplementären 
Emitterfolger. Da "verliert" man zwar 0.7V der Steuerspannung, aber das 
ist in den seltensten Fällen ein Problem. Und wenn doch, dann nimmt man 
halt eine andere Schaltung.

Ein nach dem selben Schema aufgebauter Source-Folger aus zwei MOSFET ist 
allerdings indiskutabel, weil da der Spannungsverlust deutlich höher 
ist. Deswegen baut man Treiber mit MOSFET auch anders, so wie einen 
CMOS-Inverter. Das hat dann andere Probleme, z.B. mit shoot-through, die 
separat gelöst werden müssen.

Aber es gibt kein generelles Problem a'la "MOSFET-Treiber kann man nur 
mit Transistoren aufbauen" oder gar "noch niemand ist vor dem TE auf die 
Idee gekommen, einen Treiber mit MOSFET zu bauen". Das ist einfach nur 
ein Effekt seiner (äußerst) beschränkten Wahrnehmung.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Carl D. schrieb:

> Weil die 0,7V "Spannungsverlust" der Wert ist, um den die Basisspannung
> höher sein muß als die Emitersapannung. Ein MOSFET hat erheblich
> größeren "Eingansspannungsbedarf". Da braucht es mehrere Volt zwischen
> Gate und Drain, bevor der durchschaltet.

Das ist richtig.

> In integrierten Treibern begegnet man diesem Problem mit einer
> Bootstrap-Schaltung, die die nötige "Mehrspannung" erzeugt.

Das ist falsch.

Ein MOSFET-Treiber mit einer MOSFET-Ausgangsstufe kann problemlos auf 
wenige mV an die Betriebsspannung herankommen. Natürlich schaltet man 
die MOSFET dafür nicht als Source-Folger. Eine Bootstrapschaltung oder 
Ladungspumpe sieht man dann vor, wenn auch diese Spannung nicht mehr 
reichen würde, um die benötigte Ausgangsspannung zu erreichen. Mit 
anderen Worten: wenn man eine Ausgangsspannung braucht, die größer ist 
als die verfügbare Betriebsspannung für den Treiber.

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