Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik schneller push-pull bei Levelshift?


von Stefan (Gast)


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Hallo Liebe Leute,

Kann mir jemand eine schnelle Push-Pull Beschaltung nennen die auch 
gleichzeitig das Spannungslevel Shiftet?
Die angehaengte Schaltung hat leider folgende Anstiegszeiten:
Steigende Flanke: ca. 10us
Fallende Flanke: ca. 1us


Ich haette lieber <1us bei beiden Flanken und mit der aktuellen 
Schaltung komme ich nicht weiter.

LG

Stefan

von Der Dreckige Dan (Gast)


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Stefan schrieb:
> Steigende Flanke: ca. 10us
> Fallende Flanke: ca. 1us

Na das dürfte wohl an Q4 liegen. Da fallen mir "etwas" bessere Typen zu 
ein...

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Der Dreckige Dan schrieb:
> Na das dürfte wohl an Q4 liegen.
Und am Q2, denn Stefan schrieb:
>>> Steigende Flanke: ca. 10us

Stefan schrieb:
> mit der aktuellen Schaltung komme ich nicht weiter.
Richtig, nimm Allem vorweg geeignete Transistoren.

Woher kommt denn die pwm5v tatsächlich? Aus einer Spannungsquelle mit 0 
Ohm Innenwiderstand, so wie in der Simulation? Dann mach eine 
Schottkydiode parallel zum R6 in Richtung der pwm5V , umd die Basis 
schneller auszuräumen.

So richtig schnell ist ein Transistor übrigens, wenn er nicht als 
Schalter be- und in die Sättigung getrieben wird...

: Bearbeitet durch Moderator
von Der Dreckige Dan (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> Und am Q2, denn Stefan schrieb:
>>>> Steigende Flanke: ca. 10us

Nein, an dem liegt es nicht, denn der arbeitet außerhalb der Sättigung.

Das genannte Verhältnis der Flanken ist ganz typisch für einen 
gesättigten Transistor mit Kollektorwiderstand. Ganz offensichtlich hat 
der TO diesen bereits sehr klein gemacht, denn mit z.B. 10K ist die pos. 
Flanke immer vergleichsweise katastrophal, selbst bei einem normalen 
Kleinsignaltransistor.

von Der Dreckige Dan (Gast)


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Die pos. Flanke ist beim (halbwegs energiesparenden) Levelshifter so 
schlecht, daß z.B. highside-Mosfettreiber intern gar keine pos. Flanke 
auswerten, sondern das Signal invertieren, und dann nur die zwei 
negativen Flanken auswerten. Sieht man manchmal im Blockschaltbild 
solcher ICs.
Habe sowas mal diskret gebaut, und am Ende glatt einen HF-Transistor 
nehmen müssen.

von Stefan (Gast)


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Schlussendlich suche ich fuer den linken Teil der Schaltung (Q1) eine 
Version, die bei der Steigenden Flanke nicht durch 500 Ohm limitiert 
ist. (Die Fallende Flanke ist ja bereits ganz in Ordnung)

Wenn ich direkt eine 12V PWM an den push-pull Teil haenge, gehen die 
Flanken runter auf einige nanosekunden.

von Morztroll (Gast)


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Was soll das Ganze  ?
Das gezeichnete Schema ist etwas vom maximal schlechtest Moeglichen. Was 
sollen die 500 Ohm ?

Sag einfach, weoher kommt der PWM, was soll er dann tun mit den 12V

von Stefan (Gast)


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Morztroll schrieb:
> Was soll das Ganze  ?
> Das gezeichnete Schema ist etwas vom maximal schlechtest Moeglichen. Was
> sollen die 500 Ohm ?
>
> Sag einfach, weoher kommt der PWM, was soll er dann tun mit den 12V

Ich will ein paar parallel geschaltete MOSFETs schalten mit einem 5V 
Signal (atmega328).
Und das ganze gerne mit einer Einschaltflanke von 1us (momentan sinds 
eher Richtung 10us), das wars schon.

von Äxl Real (Gast)


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Basisschaltung statt Emittergrundschaltung.
Einfach die Basis auf ein festes Potenzial legen, Kollektor so lassen 
und in den Emitter einspeisen.

von Der Dreckige Dan (Gast)


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Äxl Real schrieb:
> Basisschaltung statt Emittergrundschaltung.

Tja, das wäre viel schneller. Nur käme der Ausgang dann nie mehr unter 
5V.

von Thomas E. (picalic)


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Äxl Real schrieb:
> Basisschaltung statt Emittergrundschaltung.
> Einfach die Basis auf ein festes Potenzial legen, Kollektor so lassen
> und in den Emitter einspeisen.

Ist hier keine gute Idee!

Die langsame steigende Flanke wird nicht durch Q4 gebremst, sondern 
durch den begrenzten Strom durch R1. Das wäre bei der Basisschaltung 
aber nicht anders.
Außerdem hat die Basisschaltung eine Stromverstärkung <1, den Strom für 
die fallende Flanke muss also komplett der AVR Ausgang liefern, incl. 
Basisstrom von Q4. Sind also schonmal ca. 25mA DC, plus die dynamische 
Last beim Umladen. Damit ist der AVR-Ausgang brutal überlastet und die 
fallende Flanke wird extrem langsam.

von Uwe B. (Firma: TU Darmstadt) (uwebonnes)


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Schnellen Mosfet statt staettigenden Bipolar Transistor fuer Q4?

von Stefan (Gast)


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Uwe B. schrieb:
> Schnellen Mosfet statt staettigenden Bipolar Transistor fuer Q4?

Das bringt nichts!? Strom ist ja begrenzt durch R1=500Ohm.
Brauch also eine Schaltungsvariante die nicht durch den Vorwiderstand 
begrenzt ist.

LG

von Stefan (Gast)


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Hallo Zusammen,

Habs nun doch selber zusammengebracht.
Wenn die Eingaenge des Push Pulls nicht genug Strom geliefert bekommen, 
macht man natuerlich noch einen Push Pull her ...

Habs fuer die Nachwelt angehaengt

LG

Stefan

von Stefan (Gast)


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Stefan schrieb:
> Hallo Zusammen,
>
> Habs nun doch selber zusammengebracht.
> Wenn die Eingaenge des Push Pulls nicht genug Strom geliefert bekommen,
> macht man natuerlich noch einen Push Pull her ...
>
> Habs fuer die Nachwelt angehaengt
>
> LG
>
> Stefan

PS: Etwa 400ns sinds nun anstatt den 10us der vorherigen Schaltung.

von Thomas E. (picalic)


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So, und Du meinst, daß der 2N2222 der richtige Transistor ist, um die 
zweieinhalb Ampere zum Aufladen des 100nF Kondensators in dieser kurzen 
Zeit bereit zu stellen?

von Maxim B. (max182)


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Stefan schrieb:
> Kann mir jemand eine schnelle Push-Pull Beschaltung nennen die auch
> gleichzeitig das Spannungslevel Shiftet?

Es gibt MOSFET-Treiber. So wie MCP14E10 oder TC4422A. Eingang TTL, Vcc 
bis 18 Volt. Bei den letzten:
Matched Fast Rise and Fall Times:
- 15 ns with 4,700 pF Load
- 135 ns with 47,000 pF Load
High Peak Output Current: 10A (typ.)
High Continuous Output Current: 2A (max.)
Low Supply Current:
- With Logic ‘1’ Input – 130 μA (typ.)
- With Logic ‘0’ Input – 33 μA (typ.)
• Low Output Impedance: 1.2 (typ.)

Das sollte dir passen.

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von Der Dreckige Dan (Gast)


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Stefan schrieb:
> Habs fuer die Nachwelt angehaengt

Eher nicht, denn ich schätze noch immer etwa 15µs 
Anstiegszeit...ziemlich unsportlich, kann man eigentlich nicht für viel 
mehr, als zum Ein/Ausschalten von Verbrauchern nehmen.
Außerdem kann der Ausgang so allenfalls noch auf 1,2 bis 1,4V abfallen, 
nicht mehr auf null.

Die eine Emitterfolgerstufe kannst du getrost raus nehmen. Die jetzt 
"schnelle" Umschaltzeit kommt nicht durch sie, sondern durch generell 
geeignetere (nicht etwa wirklich geeignete) Transistoren.

Mach doch mal folgendes, und zwar in der Reihenfolge:

Q2 und Q3 durch schnelle Typen mit hoher Verstärkung auch bei hohen 
Strömen ersetzen. Beispiel: 2SA1834/2SC5001 oder FMMT717/FMMT617. Schon 
geht es bei der ersten Stufe nur noch um einzelne mA, es kann ein 
kleiner und SEHR schneller Transistor eingesetzt werden.

Jetzt legst du R2 so klein wie möglich aus, was die 
Wärmeableitmöglichkeiten und den Stromverbrauch betrifft. Also sagen wir 
mal 4K7 oder so (ist jetzt ja möglich). Aber keine 100K, nur weil es so 
schön wenig Strom verbraucht...Dieser Widerstand bestimmt immer 
maßgeblich die pos. Flanke.

Jetzt nimmst du für die Eingangsstufe einen richtigen 
HF-Kleinsignaltransistor. Gern einen mit 20GHz fT. Nimm einen Typ, der 
gerade eben nur den durch R2 zu erwartenden Kollektorstrom tragen kann. 
Also keinen mit z.B. 200mA, der ist unnötig groß und damit langsam.

Jetzt legst du diesem Transistor noch einen Widerstand parallel zur 
B/E-Strecke. Z.B. nur 120R bei den 500R als R3 bzw. R6. Sprich, einen 
Spannungsteiler, dessen Ausgang eh nur vielleicht 1V liefern würde. 
Momentan wird schon die Basis des ersten Transistor zwar schnell 
geladen, aber viel zu langsam entladen. Die Entladung beginnt erst, wenn 
das Eingangssignal unter ca. 0,6V kommt. Und das dann über einen 
500R-Widerstand...grottig.

Abschließend könntest du noch eine Schottky zwischen Kollektor und Basis 
des ersten Transistors legen, so daß dieser nie sättigt.

Mit den hier genannten Änderungen kommst du geschätzt auf 10ns pos. 
Flanke! DAS wäre ein richtiger, brauchbarer Levelshifter. Das hier ist 
bis jetzt absoluter Murks...

von Der Dreckige Dan (Gast)


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Stefan schrieb:
> Etwa 400ns sinds nun anstatt den 10us der vorherigen Schaltung.

In der Tat, hatte mich oben um eine Null vertan...

Grad schnell ist das trotzdem nicht.

von Maxim B. (max182)


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Warum werden hier überhaupt bipolare Transistoren genommen?
Solche Schema wie oben könnte man so etwa vor 30 Jahren bauen. Damals 
waren n-MOP sehr teuer und p-MOP so gut wie keine und auch ziemlich 
schlecht. Aber heute...

Das ist schon kein Gleichgewicht: relativ neue Kontroller und archaische 
Treiber... Gute Schaltung sollte mehr oder weniger in Gleichgewicht 
bleiben.

: Bearbeitet durch User
von Der Dreckige Dan (Gast)


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Maxim B. schrieb:
> Aber heute...

...wäre es mit Mosfets kaum schneller. Probiere ruhig mal, einen 
N-Kanal, von mir aus den besten Optimos, SIC gar GAN...Diesen dann mit 
verlustarmen z.B. 10K am Drain. Wenn du da auf auch nur an 50ns der pos. 
Flanke kratzt, ist es sehr gut.
Da bräuchte man ähnlich hohen Aufwand, z.B. Konststantstromquelle statt 
R, und/oder negative Gatespannungen.


All das merkt man nicht, wenn der Mosfet wie üblich vergleichsweise hohe 
Lasten schaltet. Für einen Levelshifter ohne heißen R bräuchte man auch 
hier einen Mosfet mit wenigen mA Nenn-Drainstrom. Selbst IC-Hersteller 
schaffen es mit integrierten Mosfets nicht vernünftig, daher das o.g. 
Splitten des Eingangssignals, Auswertung zweier negativer Flanken, und 
"oben" das Zusammenrechnen des Ausgangssignal durch zusätzliche Logik...

von Maxim B. (max182)


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TO will Last mit 500 Hz PWM umschalten. Und zwar 100 n Kapazität! Um 100 
n in 1 us Aufstiegszeit auf 12 Volt umzuschalten, braucht man Strom etwa 
1,2 Amper!
Hier ist von "einen Levelshifter ohne heißen R " gar keine Rede!
MOSFET gibt noch eine Verbesserung: Ausgang kommt ziemlich nah an Gnd 
und Vcc. Bei bipolaren Transistoren so wie bei TO wird Abstand von Gnd 
und Vcc mindestens 0,7 Volt bleiben.

Selbstverständlich muß man Gate-Kapazität bei MOSFET schnell laden 
können. Zum Unterschied von bipolar geht es hier aber nur um kurze 
Impulse, unter us-Bereich. Insgesamt wird Stromverbrauch deutlich 
kleiner (bei 500 Hz wie bei TO).

Ich habe oben schon über TC4422A gesagt: ich habe damit sehr gute 
Erfahrung. Für 100 n Last reicht es Treiber alleine, ohne externen 
MOSFET.

: Bearbeitet durch User
von Jürgen Wissenwasser (Gast)


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Wenn Du nur eine PWM am Ausgang schalten willst, dann nimm N-FETs mit 
entsprechendem MOSFET-Treiber, z.B. MCP14700, etc.

Am besten da nachsehen:
https://www.digikey.at/products/de/integrated-circuits-ics/pmic-gate-drivers/730

Aber Achtung: Wenn höchste Effizienz ein wichtiger Parameter ist, dann 
bei der Auswahl der MOSFETs darauf achten, daß CRss/CGS möglichst klein 
ist, sonst kommt es zum Durchschalten des eigentlich nicht-leitenden 
FETs durch die steile und hohe VDS-Flanke am nicht-leitenden FET.

von Mark S. (voltwide)


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Maxim B. schrieb:
> Und zwar 100 n Kapazität!

Wer kennt hier einen MOSFET mit 100nF Eingangskapazität?

von Maxim B. (max182)


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Du hast falsch verstanden. TO will Last 100 n umschalten! Es geht also 
nicht um einfachen Pegelwandler. Er braucht dafür leistungsfähige 
Transistoren und genug Eingangsstrom, um 1,2 A zu schalten!

: Bearbeitet durch User
von Der Dreckige Dan (Gast)


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Maxim B. schrieb:
> TO will Last mit 500 Hz PWM umschalten.

Wer sagt denn das? Doch nicht etwa seine Simulation?


Maxim B. schrieb:
> Hier ist von "einen Levelshifter ohne heißen R " gar keine Rede!

Doch, der TO möchte sowas. Und das möchte wohl jeder:

Stefan schrieb:
> Schlussendlich suche ich fuer den linken Teil der Schaltung (Q1) eine
> Version, die bei der Steigenden Flanke nicht durch 500 Ohm limitiert
> ist.


Maxim B. schrieb:
> Ich habe oben schon über TC4422A gesagt: ich habe damit sehr gute
> Erfahrung.

Meinen Glückwunsch! Auf teure, fertige Treiber wäre der TO sicher 
niemals gekommen...

von Der Dreckige Dan (Gast)


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Maxim, DU verstehst hier irgendwie alles falsch...probiere es doch 
einfach morgen nochmal.

von Maxim B. (max182)


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Der Dreckige Dan schrieb:
> Auf teure, fertige Treiber

Kostet nur etwa 1 € bei Reichelt. Ist das teuer? Und zwei 
leistungsfähigen Transistoren, die mehrere A schnell umschalten können, 
werden viel billiger?

MCP 1407-E/P 0,99 €.

: Bearbeitet durch User
von Der Dreckige Dan (Gast)


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Maxim B. schrieb:
> Ist das teuer?

Ja. Vor allem, da diese Treiber-ICs Wucher sind, den nur unterstützen 
muss, der es anders nicht hin bekommt. Genau so "leistungsfähige" 
Transistoren bekommt man zu je 5ct. oder weniger.

von Maxim B. (max182)


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Dazu kommen für Transistoren noch einige andere Teile und viel mehr 
Platz auf der Platte - das ist auch nicht kostenlos!

Diese Treiber sind so optimiert, daß sie bei Minimum Verbrauch genug 
schnell große Lasten mit viel Kapazität umschalten können. Öquivalent 
mit Transistoren zu machen - entweder braucht man dafür dutzende, oder 
das wird zu langsam oder zu stromfressend..

: Bearbeitet durch User
von Der Dreckige Dan (Gast)


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Ich gehe einfach davon aus, was der TO will. Und kenne die Problematik 
selbst sehr gut, weitere fünftausend Leidensgenossen findest du in 
entsprechenden Treiber-Threads hier bei MC.net...Also irgendwas dürfte 
dran sein.

von Maxim B. (max182)


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Ich möchte TO nur helfen und erklären, daß man das Kopf nicht zerbrechen 
muß dort, wo alles schon längst gelöst ist.

Will man alles unbedingt in Technik von 60-gen machen, ist man natürlich 
frei :)

von Der Dreckige Dan (Gast)


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Maxim B. schrieb:
> entweder braucht man dafür dutzende, oder
> das wird zu langsam oder zu stromfressend..

Nein. Lies dir meinen etwas längeren Beitrag durch. Das sind gesamt drei 
Transistoren, die einen großen Mosfet schneller als JEDER käuflich 
erhältliche Treiber umladen! Du musst es nur verstehen. Aber als 
Fertigteil-Käufer bist du davon weit entfernt.

von Maxim B. (max182)


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Der Dreckige Dan schrieb:


> Nimm einen Typ, der
> gerade eben nur den durch R2 zu erwartenden Kollektorstrom tragen kann.
> Also keinen mit z.B. 200mA, der ist unnötig groß und damit langsam.

Das meinst du?
Sehr zweifelhafte Tipp: kleine Transistoren werden bei Spitzenstrom sehr 
schnell kaputt gehen: das Schema von TO zeigt deutlich, er will Last mit 
sehr viel Kapazität, 100 nF, umschalten. Will er eine Umschaltung in 1 
us machen, so müssen Transistoren 1,2 A durchhalten können. Will er das 
in 200 ns machen, dann braucht er Transistoren für 6 A.

von Der Dreckige Dan (Gast)


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Maxim B. schrieb:
>> Nimm einen Typ, der
>> gerade eben nur den durch R2 zu erwartenden Kollektorstrom tragen kann.
>> Also keinen mit z.B. 200mA, der ist unnötig groß und damit langsam.
>
> Das meinst du?

Gemeint war die Eingangsstufe. Während die nachfolgenden Emitterfolger 
aus den genannten, auch bei hohen Strömen hoch verstärkenden 
Transistoren bestehen.

von Maxim B. (max182)


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Es gibt viele Möglichkeiten.
Man kann strom- und platzsparend mit MOSFET-Treiber machen.
Man kann auch mit dem strom- und platzhungrigen Schaltkreis aus 
einzelnen Transistoren das Gleiche machen.
Geschmackssache.

Wenn ich etwas mit Mikrocontroller mache, so ist meine wichtigste Sache: 
Mikrocontroller und Programm. Alles herum sollte Mikrocontroller so 
einfach wie möglich bedienen.

Wenn man aber Lust hat, Schaltkreise zu entwickeln und Mikrocontroller 
dabei nur eine Nebensache bleibt - dann ist natürlich richtig und gut, 
mit Schaltungen aus einzelnen Transistoren zu experimentieren. Das hilft 
dem Gehirn, wie auch jede Mathematik.

P.S. will TO das wirklich nutzen, um MOSFET zu treiben, so sollte er 
Vgs(th) überprüfen: bei manchen neueren MOSFET liegt diese schon unter 1 
Volt. In diesem Fall ist die Stufe mit pnp-Transistor "unten" nicht 
geeignet.

: Bearbeitet durch User
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