Hi! Ich bin im Moment dabei mir Gedanken zu MOSFETS zu machen. Das endgueltige Ziel ist ein sekundaegetaktetes Labornetzteil zu bauen, im Moment versuche ich aber erstmal zu verstehen wie diese Teile ueberhaupt funktionieren, bislang habe ich mich noch nie damit beschaeftigt. Um den FET zu schalten brauche ich eine Gate-Spannung, die ueber der Source-Spannung liegt, z.B. 10V. Wenn Source an Masse liegt ist das ja auch kein Problem, ich nehme einfach die hoehere ungeregelte Versorgungsspannung oder einen der zahllosen MOSFET-Treiber mit eingebauter Ladungspumpe. Was mir jetzt aber unklar ist, ist das Vorgehen bei einem Step-Down-Converter. Hier liegt Source ja nicht an Masse sondern u.U. sehr nah an meiner Eingangsspannung, z.B. 30V. Um den FET zu Schalten braeuchte ich also 40V. Wo nehme ich die her? Saemtliche Treiber die ich gefunden habe scheinen nur eine Eingangsspannung (TTL) zu nehmen und da dann nochmal etwa 12V draufzupacken. Ich muesste aber ja schon meine 30V Eingangsspannung nehmen und da nochmal 10-12V draufpacken. Wo finde ich denn entsprechende Treiber? Habe ich das ueberhaupt richtig verstanden? Selbst bei Logic-Level MOSFETs hat das dann ja irgendwie mit Logic-Level nicht mehr viel zu tun...
Hast du noch nie über P-Kanal MosFETs nachgedacht oder sagen die dir wegen der schlechteren Werte nicht zu? Damit müsstest du zumindest nicht mehr über die Versorgungsspannung. Ansonsten musst du dir den Treiber wohl diskret selbst aufbauen.
Mit den P-Kanal Typen hab ich mich noch nicht genauer beschaeftigt. Hab nur gelesen das die deutlich hoehere Durchgangswiderstaende haben. Da ich in den Bereich 10-20A will ist das schon nicht so schoen. Scheinbar benutzen ja alle und fuer alles die N-Typen, es muss also doch ne vernuenftige Loesung geben!? Ich werde mir aber auch die P-Typen mal genauer ansehen...
Will man N-FET mit einem Treiber ansteuern unterscheidet man High Side und Low Side Treiber. Low Side ist alles kein Problem: Source, Gate und Schaltsignal beziehen sich alle auf die gleiche Masse. Die Versorgungsspannung für den Treiber wird extern zugeführt. Eine Ladungspumpe ist hierfür meist nicht notwendig. High Side Treiber: Das floatende Gate Potential wird typischerweise über eine Ladungpumpe erzeugt, relativ zu dem Source Potential. Schau dir mal z.B. das IR2117 Datenblatt an. Der hat eine passive Ladungspumpe. Im OFF zustand lät sich der externe Boost Kondensator über die Diode auf die Vcc Spannung auf (manchmal nimmt man dafür auch die Drain Spannung). Gate und Source sind im Treiber kruzgeschlossen. Im ON zustand wird die im Kondesator gespeicherte Ladung zum Gate hin kurzgeschlossen. Da der Kondensator schwebend an Source aufgehängt ist wird die Kondensatorspannung automatisch mit dem ansteigenden Sourcepotential mit angehoben und das Gate bleibt automatisch immer positiver als Source (und damit der N-FET durchgeschaltet), egal wohin das Sourcepotential wandert. Da nur minimale Gate Leckströme fliesen reicht die Ladung im Boost Kondenstator für eine ganze Weile, wenn nicht, dann halt zwischendurch mal kurz Aus und Einschalten und der Boost Kondensator ist wieder voll. Man braucht also keine Versorgungspannung die höher ist als Drain. Das Prinzip der floatend aufgehängten Gate Spannung kann man auch mit einer aktiven Ladungspumpe (z.B.NE555+Diode/Kondesator) selbst nachbauen.
Ok, soweit hab ich das verstanden, vielen Dank. Also mal gucken wie die Umsetzung aussehen könnte. Bei meiner Suche im Web ist mir der IRL1004 N-Kanal MOSFET aufgefallen, weil er einen kleinen R_on=9mOhm bei V_GS=4,5V hat, Q_G ist 100nC. Zur Steuerung möchte ich einen AVR benutzen (soll später natürlich auch Strom und Spannung messen), der schafft bei 16Mhz mit 8Bit PWM max. 62,5kHz. Die Schaltzeit des MOSFET sollte also viel kleiner als 16us sein, ich nehme einfach mal willkürlich 500ns. Der Umladestrom muss also betragen: I = Q / t = 100nC / 500ns = 0,2A Das sollte ja mit dem IR2117 wunderbar zu machen sein. Oder lohnt es sich den MOSFET noch mehr zu treten um auf schnellere Schaltzeiten zu kommen? Wie kann ich denn in etwa abschätzen wie heiß das Teil wird wenn ich z.B. 10 oder 20A bei 30V schalte? Im Datenblatt (http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irl1004.pdf) gibts zwar viele Zahlen und Diagramme, mir ist aber nicht so ganz klar wo ich da anfangen muss... Stimmen meine Überlegungen so weit? Notfalls werde ich das einfach mal aufbauen (wenn ich die Bauteile habe) und gucken ob's anfängt zu rauchen...
Das Problem bei nem Step-Down- (oder Buck-) Converter ist, dass der Source-Anschluss des MOSFET u.U. nie in die Gegend von 0 V kommt (außer Du fährst das Ding permanent an der Lückgrenze). Dadurch kann es Dir bei Verwendung eines Treibers mit Bootstrap-Schaltung (oder 'passiver Ladungspumpe', wie Kupfer-Michi das nennt) passieren, dass die Schaltung irgendwann die Flügel streckt, weil die Spannung am Gate nicht mehr ausreicht, um den MOSFET voll aufzusteuern und die Verluste hochgehen. Für die Anwendung ist eine aktive Ladungspumpe (also getaktet) wahrscheinlich die empfehlenswertere Variante. Da Du ziemlich dicke Ströme schalten willst (10..20A), brauchst Du vermutlich (zumindest um die Schaltverluste am MOSFET im Rahmen zu halten) beim Schalten schon a bissl mehr Strom als 200mA.
Um Ugs auf ca. 10V zu bringen, musst du eine Ladung von ca. 200nC einbringen. Pro Sekunde sind das 62500 einlagerungen, so dass pro Sekunde eine Ladung von 12,5mC, entsprechend 12,5mA Effektivwert, notwendig ist. Die 0,2A+ brauchst du nur kurzzeitig.
Da ich leider noch Anfänger auf dem Gebiet der MOSFET-Ansteuerung bin, schließe ich mich gleich mal de Fragerei an: - Im zusammenhang mit MOSFET trifft man immer wieder auf die beiden Begriffe Low-Side und High-Side-Treiber. Handelt es sich dabei um spezielle Treiberbausteine, die einen separaten MOSFET treiben oder handelt es sich dabei um eine MOSFET in einer bestimmten Schaltungsvariante ? - Falls es spezielle Treiberbausteine sein sollten: Welche Aufgaben erfülen Sie bei der MOSFET-Ansteuerung und welche Unterscheide bestehen zwischen Low- und High-Side ? Danke
Bei N-Kanal MOSFETs als Schaltregler: High-Side: MOSFET liegt in der Versorgungsleitung, d.h. Drain an "ungeregelter" Spannung, Source geht zur Last. Source liegt damit bei voll durchgeschaltetem FET fast auf Drain-Spannung. Da die Gate-Spannung zum Durchschalten höher als die Source-Spannung sein muss, muss sie u.U. auch höher als die Eingansspannung sein! Deswegen gibt es Treiber mit eingebauter Ladungspumpe, die eine Schaltspannung z.B. 12V über Eingangsspannung erzeugen können. Low-Side: Source des MOSFET liegt an Masse. Damit kann man auch die Schaltschwellen am Gate auf Masse beziehen. Wenn im Datenblatt steht der FET schaltet bei 4,5V am Gate voll durch muss man tatsächlich nur diese 4,5V anlegen. Ein Treiber dient hier vor allem dazu den nötigen und eventuell recht hohen Umladestrom für das Gate bereit zu stellen. Es kann auch z.B. eine Gegentaktstufe aus zwei Transistoren verwendet werden.
So hab ich das zumindest verstanden, bitte um Korrektur fals das nicht zutrifft. Es handelt sich also um Schaltungsvarianten die aber unterschiedliche Anforderungen an den Treiber mit sich bringen.
Hi, johnny m. schrieb: Das Problem bei nem Step-Down- (oder Buck-) Converter ist, dass der Source-Anschluss des MOSFET u.U. nie in die Gegend von 0 V kommt (außer Du fährst das Ding permanent an der Lückgrenze). Sorry, das ist Unsinn. Bei einem Buckregler leitet die Diode wenn der Fet ausgeschaltet ist, Source, Eingang der Speicherdrossel und Minus des Highsidetreibers sind dabei auf 0,7V. Das einzige was nicht geht ist voll durchschalten, der Highsidetreiber braucht auch etwas Strom und dann ist der Bootstrap-C sofort leer. Gruß, Norbert
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