Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Diode ohne Vdrop selber bauen so einfach möglich?


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von Timmy (Gast)


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Hallo,

Schottkys haben einen Vdrop von ~0.3V. Wenn man jetzt keine schnelle 
Diode benötigt, sondern hauptsächlich eine effiziente, kann man sich 
dann nicht einfach mit einem NMOS und einem OpAmp selber eine bauen? Der 
Nachteil wäre, dass man eine Knopfbatterie als externe Versorgung 
bräuchte, damit der NMOS immer sauber durchschaltet. Da es aber auch 
Nano-OpAmps gibt, ist das eigentlich gar kein so grosses Problem.

Eigentlich müsste man doch nur mit den Eingängen des OpAmps den 
Spannungsabfall an DS messen und den OpAmp-Ausgang an das Gate 
anschliessen. Habe ich was übersehen? Kommt mir irgendwie zu einfach 
vor....

von Timmy (Gast)


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Und wenn die Knopfbatterie mal leer sein sollte, verwandelt sich die 
Schaltung in eine normale Diode.

von Falk B. (falk)


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@Timmy (Gast)

>Eigentlich müsste man doch nur mit den Eingängen des OpAmps den
>Spannungsabfall an DS messen und den OpAmp-Ausgang an das Gate
>anschliessen. Habe ich was übersehen? Kommt mir irgendwie zu einfach
>vor....

Diese Idee hatten schon andere vor dir und haben das als fertigen IC 
gebaut.
Stichwort Power-ORing.

http://www.ti.com/power-management/oring-and-smart-diodes/overview.html

von Synchronisator (Gast)


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Das ist noch sehr viel gängiger:
Jeder synchrone Buck-Regler macht das - da wird die Diode bei einem Buck 
durch einen NMOS ersetzt, der geeignet gesteuert wird.

Beispiel:
https://www.monolithicpower.com/DesktopModules/DocumentManage/API/Document/getDocument?id=3004

Was schon bei 3A eine Reduktion der Verluste zu Folge hat.
Der Low-Side-MOSFET hat 70mOhm, eine Schottky 0,3V. Rechnet man das auf 
z.B. 3A mittleren Strom um, stehen 0,9W an einer Schottky gegen 0,6W am 
MOSFET.

Bei höheren Strömen ist das inzwischen Standard, weil MOSFET mit 
niedrigem RDSon inzwischen günstig sind. Oft sind sie billiger, als die 
Dioden. Und das bei gleichzeitiger Einsparung von Energie.

Drum rümpfe ich immer die Nase, wenn ich sehe, dass hier im Forum 
Schaltregler für 5A empfohlen werden, die nicht synchron sind.

PS:
Da gibts noch viel praktischere Sachen. Das hier habe ich bereits 
verwendet:
http://www.linear.com/product/LT4320
Geringere Verluste = kleinere Fläche, weil keine Kühlung nötig.

von Schreiber (Gast)


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Synchronisator schrieb:
> Bei höheren Strömen ist das inzwischen Standard, weil MOSFET mit
> niedrigem RDSon inzwischen günstig sind. Oft sind sie billiger, als die
> Dioden. Und das bei gleichzeitiger Einsparung von Energie.

Der Einspareffekt liegt, aus Sicht des Herstellers, eher bei den Kosten 
für den Kühlkörper...

von ideal diode (Gast)


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von Timmy (Gast)


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Nur das ich mit Iq <1uA auskomme............

von supersync (Gast)


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Synchronisator schrieb:
> Bei höheren Strömen

und/oder auch bei niedrigen Spannungen (also
bei Buck am Aus-, und bei Boost am Ein-gang)

> ist das inzwischen Standard(.)

Auch Wandler niedriger(er) Leistung profitieren von Synchron-GR.
In Zeiten, in denen grundsätzlich jedes eingesparte Quentchen
Energie als sinnvoll betrachtet werden kann, und noch dazu die
Möglichkeiten für Synchrongleichrichtung schlicht ohne echten
Mehraufwand gegeben sind, sollte man diese auch einsetzen.

Schreiber schrieb:
> Der Einspareffekt liegt, aus Sicht des Herstellers, eher bei
> den Kosten für den Kühlkörper...

a.) Teils wurden (und werden) Dioden doch auch über Leiterplatten-
    Fläche, oder - ohne eine dedizierte solche - gar fast ausschließlich
    über die Anschlußdrähte + angelötete Leiterbahnen gekühlt?

b.) Ansonsten (wenn KK) hast Du recht - bis evtl. darauf, daß:

c.) die (über den Großteil des Arbeitsbereiches (*)) höhere Effizienz
    (gemeinsam mit dem geringeren / eingesparten Volumen u. Gewicht)
    zwar kaum zu (im Vergleich zum KK) ähnlich hohen Einsparungen
    führt - allerdings ein wohl gewichtiges Kauf-Argument darstellt.

    Also evtl. Kosten-Einsparung + Umsatz-/Gewinn- Erhöhung.

(*): Natürlich gibt es Last-Punkte, wo die Diode im Vorteil sein kann.
     Moderne synchrone Controller aber bieten ja unterschiedlichste
     Betriebsmodi, und resultierende Effizienzkurven. Notfalls könnte
     man auch immer noch zusätzlich eine Schottky parallel schalten. :)

Timmy schrieb:
> Nur das ich mit Iq <1uA auskomme............

Verzeihung: Wie meinen? Du mußt - solltest - würdest_gerne ...
mit Iq < 1µA auskommen? Meinst Du davon vielleicht eines? Denn:

Du hattest hier geschrieben, Du würdest_das aktuell schon ...

Verwirrend. Auch, weil wieder einmal das Gesamtbild fehlt - völlig.
Was also soll vor, und was hinter besagte "OR-ing Schaltung" o.ä.?

von Mani W. (e-doc)


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Timmy schrieb:
> Schottkys haben einen Vdrop von ~0.3V. Wenn man jetzt keine schnelle
> Diode benötigt, sondern hauptsächlich eine effiziente, kann man sich
> dann nicht einfach mit einem NMOS und einem OpAmp selber eine bauen?

Mir erschließt sich der Sinn in Deinem Vorhaben nicht und nicht...

von Der Dreckige Dan (Gast)


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Mani W. schrieb:
>> Schottkys haben einen Vdrop von ~0.3V. Wenn man jetzt keine schnelle
>> Diode benötigt, sondern hauptsächlich eine effiziente, kann man sich
>> dann nicht einfach mit einem NMOS und einem OpAmp selber eine bauen?
>
> Mir erschließt sich der Sinn in Deinem Vorhaben nicht und nicht...

Ist total eindeutig. Er möchte schnelle, verlustbehaftete Dioden gegen 
was langsames "ohne" Verluste tauschen.
So ist auch sein eines Mikroampere schlüssig und möglich.

Evtl. geht es sogar nur um einen verlustarmen Verpolungsschutz, ggf. 
suche ihm bitte jemand mit Langeweile die bekannte Schaltung raus, 
danke.

von Stefan S. (chiefeinherjar)


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Der Dreckige Dan schrieb:
> Evtl. geht es sogar nur um einen verlustarmen Verpolungsschutz, ggf.
> suche ihm bitte jemand mit Langeweile die bekannte Schaltung raus,
> danke.

http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/39-Verpolschutz

Gern geschehen ;)

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Timmy schrieb:
> Eigentlich müsste man doch nur mit den Eingängen des OpAmps den
> Spannungsabfall an DS messen und den OpAmp-Ausgang an das Gate
> anschliessen. Habe ich was übersehen? Kommt mir irgendwie zu einfach vor.
Richtig. In der Praxis ist das nämlich unter Einhaltung der 
Betriebsparameter des OPs wesentlich aufwändiger...

> Habe ich was übersehen?
Schreib doch mal warum du das machen willst und wofür du das 
brauchst.

: Bearbeitet durch Moderator
von Fred R. (Firma: www.ramser-elektro.at/shop) (fred_ram)


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von Synchronisator (Gast)


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Timmy schrieb:
> Nur das ich mit Iq <1uA auskomme............

Dann hast du aber einen tollen OPV...
Sicher gibts den, aber 1µA ist schon verdammt wenig für einen OPV + 
Gateansteuerung. Solche OPV sind dann auch ziemlich lagsam.

Oder willst du den OPV mit einer Knopfzelle versorgen? Dann darfst du 
diese alls paar Stunden oder so tauschen. Der Stromverbrauch von 
Standard-OPV liegt im unteren mA-Bereich oder oberen µA-Bereich.

So wirklich schlau werde ich aus deinem Beitrag nicht.

Wenn du meinst, du hättest eine Schaltung erfunden, in der sich die 
MOSFET selber steuern, dann hast du Pech gehabt, das gibts nämlich auch 
schon. Man nennt das selbstgesteuerte Synchrongleichrichtung.

Siehe auch:
http://www.ti.com/jp/lit/ml/slup175/slup175.pdf
Im Kapitel "SELF-DRIVEN SYNCHRONOUS RECTIFICATION" ist das beschrieben.

Das ist eine Standardschaltung bei Vorwärtswandlern, also schon wieder 
nichts exotisches oder neues.

von MaWin (Gast)


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Timmy schrieb:
> Habe ich was übersehen?

Natürlich.

Ist der MOSFET eingeschaltet, liegt der vdrop also bei 0, weisst du 
nicht, wann du ihn wieder ausschalten sollst, wann also der Strom 
beginnt rückwärts zu fliessen, denn der Spannungsabfall ist ja 0, in 
beiden Richtungen.

Man muss also zumindest den Strom mitmessen, bzw. darf nur so steuern, 
dass ein erkennbarer Spannungsabfall in Leitrichtung, sagen wir 10mV, 
erhalten bleibt.

Nennt man aktive Diode, das Problem ist wie du richtig erkannt hast due 
Versorgung der Diodenelektronik, weil die eigentlich eine eigene frei 
schwebende Versorgungsspannung braucht.

von Falk B. (falk)


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@MaWin (Gast)

>Ist der MOSFET eingeschaltet, liegt der vdrop also bei 0,

Nö, denn der R_DS_ON ist nicht null. Klar, bei weningen mA und ein paar 
mOhm wird die Messung eher schwierig.

> weisst du
>nicht, wann du ihn wieder ausschalten sollst, wann also der Strom
>beginnt rückwärts zu fliessen, denn der Spannungsabfall ist ja 0, in
>beiden Richtungen.

Nö. Sobald signifikant Strom fließt, kommt es zum messbaren 
Spannungsabfall.

>Man muss also zumindest den Strom mitmessen, bzw. darf nur so steuern,
>dass ein erkennbarer Spannungsabfall in Leitrichtung, sagen wir 10mV,
>erhalten bleibt.

Das machen die ICs.

http://www.ti.com/product/lm74700-q1

"For low load currents, the forward voltage is regulated to 20-mV to 
enable graceful shutdown of the MOSFET. "

Die betreiben den MOSFET bei niedrigen Strömen im Linearbetrieb, um 
besser messen zu können. Clever!

>Nennt man aktive Diode, das Problem ist wie du richtig erkannt hast due
>Versorgung der Diodenelektronik, weil die eigentlich eine eigene frei
>schwebende Versorgungsspannung braucht.

Die Jungs von TI (ex. National Semiconductor) brauchen das anscheinend 
nicht. Und nein, die Ladungspumpe brauchen die nur für den N-Kanal 
MOSFET. Mit einem P-Kanal MOSFET wäre das nicht nötig.

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