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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik IRF9510 MOSFET wird extrem heiss bei MC34063 Schaltregler


Autor: Benjamin (Gast)
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Guten Abend liebe Forumsmitglieder,

ich unternehme gerade erste Schritte in Richtung Elektronik und habe 
mich daran versucht, einen invertierenden Schaltregler zusammen zu 
schustern.
Leider wird der dabei benutzte MOSFET (IRF9510) im Probeaufbau extrem 
heiss. Habe natürlich das Rad jetzt auch nicht unbedingt neu erfunden, 
und mich an bestehenden Schaltungen orientiert.

Die Elkos sind noch nicht entsprechend dimensioniert, aber daran kann es 
ja eigentlich nicht liegen, oder?

Über Anregungen würde ich mich sehr freuen.

Vielen Dank schon einmal.

Viele Grüße
Benjamin

Autor: Dieter (Gast)
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Wenn der negative Impuls der Spule ansteht für die Minusspannung, dann 
öffnet der FET wieder etwas, wenn ich das richtig sehe.

Autor: FragDochMal (Gast)
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@Benjamin, wie ist der Aufbau (Bilder), Spannungen, Ströme und hilfreich 
wären vor allem Scope Bilder.

Alles andere wäre Kaffeesatz lesen. ;)

Autor: hinz (Gast)
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U_gs(max) überschritten, MOSFET tot.

Autor: Mani W. (e-doc)
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Was ist das für eine "ZAUBERSCHALTUNG" mit D1, Q1, R5 ???

Autor: Mani W. (e-doc)
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Benjamin schrieb:
> Leider wird der dabei benutzte MOSFET (IRF9510) im Probeaufbau extrem
> heiss.

Osszi am Gate zeigt den Scheiß...

Autor: The Wizard (Gast)
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Hi,

die Zauberschaltung dient als Ersatz für einen oberen Transistor, wenn 
man einen Push Pull Ausgang braucht, aber nur einen Open Kollektor 
Ausgang hat.

Gruß The Wizard

Autor: Mani W. (e-doc)
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The Wizard schrieb:
> wenn
> man einen Push Pull Ausgang braucht, aber nur einen Open Kollektor
> Ausgang hat.

Würde ich niemals so bauen!

Autor: hinz (Gast)
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Mani W. schrieb:
> Würde ich niemals so bauen!

Was der Bauer nicht kennt...

Autor: Mani W. (e-doc)
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hinz schrieb:
> Was der Bauer nicht kennt...

...frisst er net!


:-)

Autor: Dieter (Gast)
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Eingangsspannung?
Ausgangsspannung?
Welcher Ausgangsstrom?
Foto des Aufbaus/Platine gepostet?

Oszi vorhanden und den Spannungsverlauf über R4 gemessen?

Welchen Einfluß hat die Erhitzung hat unterschiedlich eingestellte 
negative Ausgangsspannung?

Daten MOSFET?
Rdson=1,2 Ohm, 30ns, 20...100pF, 5..10nC

Hmm, das wär's fast schon.

Autor: Christian S. (roehrenvorheizer)
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Hier gab es so etwas ähnliches schon Mal:

Beitrag "MC34063 step-up 42V out mit externem Mosfet"

MfG

Beitrag #5340559 wurde vom Autor gelöscht.
Autor: Dieter (Gast)
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Nicht aufgeführt hatte ich noch die Frage nach Spulendate.
Welcher Sättigungsstromes wird für diese Spule angegeben?

Autor: Axel S. (a-za-z0-9)
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Mani W. schrieb:
> The Wizard schrieb:
>> wenn
>> man einen Push Pull Ausgang braucht, aber nur einen Open Kollektor
>> Ausgang hat.
>
> Würde ich niemals so bauen!

Weil du keine Ahnung hast? Die Schaltung ist erprobt und funktioniert. 
Habe ich auch schon verwendet (mit einem LM3578). Nur weil du ein 
Schaltungsdetail nicht kennst - oder nicht verstehst - ist es nicht 
gleich unsinnig.

Im Prinzip kann die Schaltung funktionieren. Allerdings muß man 
beachten, daß die (betragsmäßige) Summe aus Eingangs- und 
Ausgangsspannung als Versorgungsspannung des MC34063 und als 
Gate-Source-Spannung am MOSFET ansteht. Von +10V auf -10V ist OK. Von 
+12V auf -24V nicht (dann kriegt der MOSFET mehr als die erlaubten -20V 
U_gs zu sehen).

Autor: Benjamin (Gast)
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Guten Tag,

zunächst einmal vielen Dank für die vielen Rückmeldungen.
Hier die bisher ausgelassenen Daten:
Eingangsspannung ist 5 V von einem alten PC-Netzteil.
Ausgangsspannung soll -10 V bei maximal 0.3 A sein.
Habe leider kein Oszilloskop, kann deswegen wolle nicht mit allem 
dienen, was von Interesse wäre. Der Aufbau hat erstmal nur auf einem 
Steckboard stattgefunden.

Ich habe den MOSFET gegen einen anderen (IRF5305) ausgetauscht und 
festgestellt, dass die Situation sich ursprünglich nicht massiv 
verbessert hat. Die Ausangsspannung ist immer noch bei relativ geringer 
Belastung (100 mA) eingebrochen. Habe dann nochmal ins Datenblatt 
geschaut und bei den Ausgangsdiagrammen gesehen, dass der MOSFET bei 
einer Eingangsspannung von 5V eventuell nicht die gewünschte Stromstärke 
liefert, habe dementsprechend den Emitter nicht an GND sondern an die 
Ausgangsspannung gelegt (siehe auch Beitrag zum invertierenden Wandler 
im MC34063 Artikel). Damit funktioniert die Schaltung auf jeden Fall 
wesentlich besser, der MOSFET wird auch bei Last nicht mehr übermäßig 
heiß. Habe den Schlatplan entsprechend angepasst.

Hier sind ein paar Messdaten zu den Ausgangsspannungen bei 
entsprechender Belastung mit Widerständen:

200 Ohm  100 Ohm  50 Ohm
-10.06V  -9.94V   -9.48V

Habe mich auch an der Messung des Wirkungsgrades versucht und bin bei 
maximal etwa 50 %. Gemessen habe ich hierfür den Strom, der über den Rsc 
läuft. Ist das korrekt? Der Wirkungsgrad bricht bei stärkerer Belastung 
(mit 50 Ohm Widerstand) auf etwa 33 % zusammen.

Die Spulendimensionierung war ursprünglich auch etwas klein, da muss ich 
irgendwo einen Rechenfehler gehabt haben. Mittlerweile ist es eine 47 µH 
Ferritspule von Reichelt (L-07HCP 47µ). Die sollte einen Sättigungsstrom 
von 2.5A haben, das sollte bei maximalem Ausgangsstrom von 0.3 A 
ausreichend sein (Peakstrom etwa um die 1.8 A)

Wo seht ihr die besten Möglichkeiten, den Wirkungsgrad zu verbessern?
Ist ein Großteil des Verlustes auf das Steckbrett mit den vielen Jumpern 
zurückzuführen?
Welches Verbesserungspotenzial haben low ESR ELKOs?
Hat die Spule zu hohe Verluste?
Was haltet ihr von der Idee, statt einem P-POSFET zwei N-MOSFETS mit 
Invertierung durchzuführen? Habe eine Buck-Boost Schaltung gesehen, die 
nach dem Prinzip funktioniert 
(http://www.jiggerjuice.info/electronics/projects/p...).

@hinz:
UGS sollte den MOSFET nicht gestört haben, ist bis 10 V ausgelegt

@Christian S.
Den Beitrag kannte ich, hat mir viel geholfen im Verständnis

@ Mani W.
@ Axel Schwenke
@ The Wizard

Bezüglich der "Zauberschaltung" (Ich mag den Begriff) wurde ja bereits 
alles gesagt, prinzipiell ist das ja nur ein vereinfachter Totem Pole 
Driver (siehe auch Note von TI).

@ Dieter:
Die Daten von dem MOSFET haben mich auf die richtige Spur gebracht. 
Dachte ursprünglich, der RDSON wäre zu hoch, deswegen neuer FET und 
weitere Recherche im Datenblatt (siehe oben). Glaube auch, dass die 
Spulenauswahl nicht optimal ist. Bin gespannt auf deine Einschätzung 
(47µH, stehend, Ferrit, 2.5 A Isat)

Ich hoffe, ich habe soweit alle Fragen beantwortet.
Ich bedanke mich noch einmal vielmals für die vielfältigen konstruktiven 
Einwürfe.

Viele Grüße
Benjamin

Autor: Äxl (Gast)
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Die Spule ist für diese kleinen Ströme und der raltiv geringen 
Schaltfrequenz des MC34063 viel zu klein. eher 330µH oder 470µH. Den 
Gate-Widerstand kannst ruhig noch etwas größer machen und parallel zu 
Gate-Source noch eine 12Volt Z-diode schalten. Dann geht da wenigstens 
nichts kaputt.
1000µF am Ausgang sind quatsch. Bau hier 2x47µ/25VµF LOW-ESR(!) ein und 
parallel noch einen 1µF/50V Keramik.
Dann mach ein Bild vom "Steckbrettaufbau" und mal dir
- wie hier so oft empfohlen -
die Kreise ein, die der Eingangsstrom zurücklegt und mit anderer Farbe 
den Kreis, den der Ausgangsstrom zurücklegt. Diese Kreise sollten eher 
eine möglichst kleine Fläche "umspannen".
Die Zuleitung zu R2 (22K) separat direkt an den Ausgang (Pin1 J2) 
ziehen.
Direkt GND-VCC vom MC34063 noch einen Abblockkondensator drüberlöten, um 
den Gatestrom sicher liefern zu können.

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Ich glaube fast, dass an dieser Stelle ein bipolarer Transistor anstelle 
des MOSFET besser wäre. Dann braucht man auch keine "Zauberschaltung".

Autor: Schreiber (Gast)
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Benjamin schrieb:
> Leider wird der dabei benutzte MOSFET (IRF9510) im Probeaufbau extrem
> heiss. Habe natürlich das Rad jetzt auch nicht unbedingt neu erfunden,
> und mich an bestehenden Schaltungen orientiert.

Mal den Strom durch den Mosfet und die an diesem abfallende Spannung mit 
dem Oszilloskop anschauen und hier im Forum posten? Da erkennt man 
einiges, was man am Schaltplan nicht direkt erkennt.

Sicher, dass R4 wirklich erforderlich ist? Ich würde den durch ein Stück 
Draht ersetzen.

Benjamin schrieb:
> Die Elkos sind noch nicht entsprechend dimensioniert, aber daran kann es
> ja eigentlich nicht liegen, oder?

Paralell zu jedem Elko bitte noch einen großen Kerko.

Autor: juergen (Gast)
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Stefan U. schrieb:
> Ich glaube fast, dass an dieser Stelle ein bipolarer Transistor
> anstelle
> des MOSFET besser wäre. Dann braucht man auch keine "Zauberschaltung".

Ja! Ich hätte mich auch für einen bipolaren Transistor entschieden.
Warum eigentlich nicht?

Autor: Benjamin (Gast)
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Hallo,

mir ist bewusst, dass für den gewünschten Ausgang ein MOSFET nicht nötig 
ist. Mir hat sich allerdings hierbei die Möglichkeit geboten, mich 
gleichzeitig auch ein bisschen mit MOSFETS auseinanderzusetzen. 
Prinzipiell könnte ich dann, wenn es nötig sein sollte, die Schaltung 
mit einem MOSFET auch auf eine höhere Leistung auslegen. Ich gebe euch 
allerdings vollkommen recht, dass es hier nicht nötig ist.

Viele Grüße
Benjamin

Autor: der schreckliche Sven (Gast)
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Benjamin schrieb:
> Habe mich auch an der Messung des Wirkungsgrades versucht und bin bei
> maximal etwa 50 %. Gemessen habe ich hierfür den Strom, der über den Rsc
> läuft. Ist das korrekt?

Rsc? Wenn das R1 ist, kriegst Du da keine vernünftigen Ergebnisse. Um 
den Wirkungsgrad einigermaßen genau ermitteln zu können, brauchst Du 
Lastwiderstände mit 1% Toleranz, und musst den durch die Elkos 
geglätteten Strom messen.

Stefan U. schrieb:
> Ich glaube fast, dass an dieser Stelle ein bipolarer Transistor anstelle
> des MOSFET besser wäre.

Wenn, dann einen MJE2955T.
Aber auch der braucht einen Widerstand für den Basisstrom, in dem mehr 
Leistung verlorengeht, als der Mosfet zur Ansteuerung benötigt.

Autor: Dieter (Gast)
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Die Daten des MOS hatte ich geschrieben und es ist Dir auch aufgefallen.
R_dson mit 60 mOhm ist schon deutlich besser. Die Schwelle liegt im 
Bereich von 4,5V und das ist nicht sicher genug, bei nur 5V für eine 
gute Durchschaltung. Du benötigst einen Typen mit niedrigerem Wert, z.B. 
3,5V oder machst Bootstrapping für negative Unterspannung zum Ansteuern.

Der MOS hat 1200pF als Gitterkapazität. Hier muss das Gate stärker 
"ausgeräumt" werden. R+C parallel zu R4 wäre vielleicht noch eine 
Maßnahme.

Abschätzung für L und 50kHz:
L~U/I*1/f= 200uH
L~U/I*1/f= 100uH
(5 od 10V, Imax 1A)

Wenn L zu klein ist, dann geht die Schaltung über in den lückenden 
Betrieb, mit wirklich großen Lücken als Pausen zwischen steigenden und 
fallenden Dreieck des Stromes. Damit der Laststrommittelwert erreicht 
wird, muss die Stromspitze entsprechend größer ausfallen. Z.B. 
Ladezyklus habe 20%, Entladezyklus 10% des Zeitfensters, dann ist die 
Pause 70%. Für 0,3A wäre dann die Stromspitze mindestens bei: 
0,3A*2*70/30=1,4A

Autor: Christian S. (roehrenvorheizer)
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Hallo,

das hier kennst Du vielleicht auch schon:
Beitrag "MC34063 Schaltungsvorstellung 5V Stepup-Konstantstromquelle 1A für 2x10W Power-LED"

Da ging es auch um die Auswahl der Spule und den lückenden Betrieb.

MfG

: Bearbeitet durch User

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