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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Frage zu MOSFET p Kanal Spannungsabfall über drain und source


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Autor: Rainer K. (Gast)
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Hallo,

Ich habe da eine Frage zum einem belasteten P-Kanal MOSFET.
Dazu die angefügte Schaltung
über den kleinen Bipolartransistor T2 ziehe ich das Gate
des MOSFETs T1 auf Ground, wenn ich 3,3V an die Basis von T2 lege.....

Nun frage ich mich, ob ein Spannungsabfall von ca. 0,86V über Drain und 
Source realistisch ist, wenn ich den Ausgang mit 2,5 Ohm belaste.

T1 ist folgender MOSFET:

https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-IPB180P04P4-03-DS-v01_01-EN.pdf?fileId=db3a30432f69f146012f78472a2a2e4e

RDson wird ja mit 2,8mOhm angegeben........ das erklärt aber keine 
0,86V....

Hab ich da vielleicht einfach nur einen Fehler im Verständnis?
Wird der MOSFET nicht "voll aufgesteuert"?

VG

: Verschoben durch Moderator
Autor: Mark S. (voltwide)
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Nö, das ist viel zu viel.
0,86V Spannungsgefälle könnten z.B. zustande kommen, wenn der Strom 
durch die intrinsische Body-Diode bei fehlender gate-Ansteuerung fließt.
Also mal den konkreten Aufbau überprüfen.

Autor: Axel S. (a-za-z0-9)
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Rainer K. schrieb:
> Nun frage ich mich, ob ein Spannungsabfall von ca. 0,86V über Drain und
> Source realistisch ist, wenn ich den Ausgang mit 2,5 Ohm belaste.

Nein. Entweder mißt du da Spannungsabfall an irgendwelchen 
Übergangswiderständen mit. Oder der MOSFET ist nicht wirklich 
durchgesteuert. Miß auch mal U_gs. Und alles direkt am MSOFET.

Wofür soll eigentlich die Doppeldiode sein? Und R20 ist ziemlich 
hochohmig. Die ca. 15nF Gate-Kapazität werden nur über R20 entladen. Und 
während der Entladezeit ist der MOSFET im Linearbetrieb und heizt.

Autor: Rainer K. (Gast)
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Ich habe gerade gemerkt, dass die
Schaltung doch leicht anders ist....
Ich hab am Ausgang nicht etwa 12,38V gegen Masse....
es ist da noch eine Freilaufdiode dran......
die macht irgendwie ca. 0,4V bis 0,5V Abfall....
es ist eine LL4148..........

dann bleiben also noch ca. 0,36V übrig, die über Drain Source liegen!
oder so.... korrekt?

VG

Autor: Wolfgang (Gast)
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Rainer K. schrieb:
> Dazu die angefügte Schaltung ...
Mal deine Schaltung doch mal etwas aufgeräumt hin, i.e. "+" nach oben, 
Gnd nach unten, FET nicht auf dem Kopf - so ein Knoten erleichtert das 
Lesen nicht gerade.

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Rainer K. schrieb:
> Wird der MOSFET nicht "voll aufgesteuert"?
Welche Spannung hast du am Gate gemessen?

> es ist eine LL4148..........
Ein LL4148 wird dir bei gut 5A (13V/2,5Ohm) heftigst abrauchen, wenn der 
Strom da tatsächlich durchfließt.

> oder so.... korrekt?
Zeig doch mal, wie da die Last un diese "Freilaufdiode" drin hängen. 
Denn normalerweise fließt im eingeschalteten Zustand kein Strom über 
eine Freilaufdiode...

Und wofür ist denn diese Doppeldiode D4 zuständig?

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: hinz (Gast)
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Rainer K. schrieb:
> Ich habe gerade gemerkt, dass die
> Schaltung doch leicht anders ist....

Wie ist sie denn?

Autor: Rainer K. (Gast)
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siehe angefügtes Bild:

Autor: Mark S. (voltwide)
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Mein Blick in die Kristallkugel verrät: Statt eines p-Kanal, hast Du 
einen n-Kanal MOSFET verbaut. Dieser ist nun nicht angesteuert und der 
Strom fließt durch die intrinsische body-Diode. Das passt zu dem 
Spannungsgefälle.

Autor: Rainer K. (Gast)
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Mark S. schrieb:
> Mein Blick in die Kristallkugel verrät: Statt eines p-Kanal, hast Du
> einen n-Kanal MOSFET verbaut. Dieser ist nun nicht angesteuert und der
> Strom fließt durch die intrinsische body-Diode. Das passt zu dem
> Spannungsgefälle.

hier nochmal der Link:

https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-IPB180P04P4-03-DS-v01_01-EN.pdf?fileId=db3a30432f69f146012f78472a2a2e4e

das ist ein p-Kanal....hmmh

Autor: M.A. S. (mse2)
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Wenn an der DS-Strecke wirklich 0,4V anliegen während 4,7A 
hindurchfließen, dann hast Du 1,88W Heizleistung. Wird der Transistor 
denn warm?

: Bearbeitet durch User
Autor: Axel S. (a-za-z0-9)
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Rainer K. schrieb:
> hier nochmal der Link:
...
> das ist ein p-Kanal....hmmh

Die Frage ist halt, ob du den wirklich verbaut hast. Und auch richtig 
herum. Klappt denn das ausschalten? Verkehrt herum würde er nicht 
ausschalten ...

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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M.A. S. schrieb:
> während 4,7A hindurchfließen
Müssten das nicht -4,7A sein, wenn die Pfeilrichtung stimmt?

Und nochmal zur D4: wozu ist die da?

Autor: M.A. S. (mse2)
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Lothar M. schrieb:
> Müssten das nicht -4,7A sein, wenn die Pfeilrichtung stimmt?

Sehe ich auch so.

Autor: Achim S. (Gast)
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Bist du sicher, dass die Ansteuerung dauerhaft an ist (also 3,3V 
Gleichspanung an der npn-Basis anliegen)? Oder kommt das Steuersignal 
vielleicht von einem PWM-Ausgang, der mit hohem Tastgrad schalten 
könnte? Dann wären die 0,4V spannungsabfall an Drain-Source der 
zeitliche Mittelwert aus 12,9V während 3% der Zeit und ~0V während 97% 
der Zeit.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Achim S. schrieb:
> Dann wären die 0,4V spannungsabfall an Drain-Source der
> zeitliche Mittelwert aus 12,9V während 3% der Zeit und ~0V während 97%
> der Zeit.

Da würde der FET wahrscheinlich gar nicht vernünftig abschalten, weil 
die Flanke die sich aus Gate-Kapazität und R20 mit 47k ergibt, so 
gemütlich ist, dass das mit den meist üblichen PWM-Frequenz nicht mehr 
funktioniert.

Autor: Achim S. (Gast)
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Wolfgang schrieb:
> Da würde der FET wahrscheinlich gar nicht vernünftig abschalten, weil
> die Flanke die sich aus Gate-Kapazität und R20 mit 47k ergibt, so
> gemütlich ist, dass das mit den meist üblichen PWM-Frequenz nicht mehr
> funktioniert.

Kann ja sein, dass er nicht vernünftig abschaltet - dann wäre es halt 
kein Dutycycle von 97% sondern von 90% und das (Ab)Schaltverhalten wäre 
miserabel. Die übliche PWM-Frequenz von Arduinos liegt meiner Erinnerung 
nach unterhalb von 1kHz, da geht auch mit hochohmigem Pullup noch ein 
bisschen was.

Ich wollte ja nicht behaupten, dass hier ein perfekter Schaltbetrieb 
vorliegen muss, sondern zu Bedenken geben, dass die Messergebnisse auf 
einem dynamischen Steuersignal beruhen können (und einer 
Multimetermessung, die darüber wegmittelt).

Autor: Axel S. (a-za-z0-9)
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Achim S. schrieb:
> Wolfgang schrieb:
>> Da würde der FET wahrscheinlich gar nicht vernünftig abschalten, weil
>> die Flanke die sich aus Gate-Kapazität und R20 mit 47k ergibt, so
>> gemütlich ist, dass das mit den meist üblichen PWM-Frequenz nicht mehr
>> funktioniert.
>
> Kann ja sein, dass er nicht vernünftig abschaltet - dann wäre es halt
> kein Dutycycle von 97% sondern von 90% und das (Ab)Schaltverhalten wäre
> miserabel.

> Ich wollte ja nicht behaupten, dass hier ein perfekter Schaltbetrieb
> vorliegen muss, sondern zu Bedenken geben, dass die Messergebnisse auf
> einem dynamischen Steuersignal beruhen können

Eine reichlich abwegige Spekulation angesichts der Tatsache, daß bislang 
niemand - insbesondere nicht der TO - irgendwas von PWM gesagt hat.

Im Gegenteil deutete bisher alles darauf hin, daß dem TO der Spannungs- 
abfall am MOSFET für den statischen Fall zu hoch erscheint. Daß die 
Schaltung außerdem nicht für schnelles Schalten (insbesondere schnelles 
Abschalten) dimensioniert ist, macht deine Spekulation noch unsinniger.

Wenn er mal klären könnte, ob der MOSFET überhaupt schaltet, könnte man 
weiter diskutieren. Aber im Moment erscheint es auch durchaus möglich, 
daß der MOSFET einfach nur mit Drain und Source vertauscht verbaut ist 
und er den Spannungsabfall über der Body-Diode mißt.

: Bearbeitet durch User
Autor: Jens G. (jensig)
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Axel Schwenke (a-za-z0-9) schrieb:

>Wenn er mal klären könnte, ob der MOSFET überhaupt schaltet, könnte man
>weiter diskutieren. Aber im Moment erscheint es auch durchaus möglich,
>daß der MOSFET einfach nur mit Drain und Source vertauscht verbaut ist
>und er den Spannungsabfall über der Body-Diode mißt.


Ja, aber auch bei vertauschtem D und S sollte der Mosfet ordentlich 
durchschalten, wenn das Gate auf Masse liegt (also Ugs irgendwo bei 
12V).
Er hat also irgendwie ein anderes Problem. Z.B. wäre es ja mal sinnvoll, 
die Gatespannung zu messen ...

Autor: Achim S. (Gast)
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Axel S. schrieb:
> Eine reichlich abwegige Spekulation angesichts der Tatsache, daß bislang
> niemand - insbesondere nicht der TO - irgendwas von PWM gesagt hat.

Ich habe nicht spekuliert. Ich habe einfach nur über mögliche Ursachen 
nachgedacht und nach einer davon - ob ein nicht konstantes Steuersignal 
im Spiel sein könnte - gefragt:

Achim S. schrieb:
> Bist du sicher, dass die Ansteuerung dauerhaft an ist (also 3,3V
> Gleichspanung an der npn-Basis anliegen)? Oder kommt das Steuersignal
> vielleicht von einem PWM-Ausgang, der mit hohem Tastgrad schalten
> könnte?

Meiner Erfahrung nach liegt bei "unerklärlichen Fehlern" die 
tatsächliche Ursache nicht selten genau in einer Richtung, an die man 
zunächst einfach nicht gedacht hat. Vielleicht ist dem TO das 
tatsächliche Verhalten seines Steuersignals auch gar nicht bewusst (soll 
z.B. in der Arudino-Welt manchmal vorkommen).

Also: eine einfache Nachfrage. Wenn sie beantwortet ist kann man diese 
Idee entweder vergessen weil sie nicht zutrifft - oder sie trifft zu und 
man hat die Erklärung für das Verhalten. Ich behaupte nicht, dass das 
die Ursache sein muss. Sondern ich frage nach, ob sie es sein könnte.

Axel S. schrieb:
> Daß die
> Schaltung außerdem nicht für schnelles Schalten (insbesondere schnelles
> Abschalten) dimensioniert ist, macht deine Spekulation noch unsinniger.

Ja, sie ist sicher nicht für schnelles Schalten geeignet. Genauso, wie 
dieser 180A pFET vielleicht für das Schalten von 5A etwas überzogen sein 
könnte. Möglicherweise ist der TO nicht all zu erfahren im Entwurf von 
Transistorschaltungen - das könnte beides zwanglos erklären.

Axel S. schrieb:
> Aber im Moment erscheint es auch durchaus möglich,
> daß der MOSFET einfach nur mit Drain und Source vertauscht verbaut ist
> und er den Spannungsabfall über der Body-Diode mißt.

Das kommt dir wahrscheinlicher vor? 0,4V bei 4,7A an der Bodydiode? Ein 
Wert, der weder zu V_GS=0V noch zu V_GS=-12,9V passt?

Autor: Äxl (geloescht) (Gast)
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Wird er nun warm oder nicht?
Man kann mit einem kleinen Lautsprecher und einem Auskoppel-Kondensator
 (irgendein Elko mit 100µF oderso) gut hören, ob dort eine PWM 
draufliegt, wenn man denn kein (Soundkarten)Oszilloskop besitzt.

Autor: Achim S. (Gast)
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Äxl (geloescht) schrieb:
> Wird er nun warm oder nicht?

eine sehr berechtigte Frage. Ebenso wie die Frage, welche Spannung 
direkt zwischen Gate und Source gemessen wird.

Äxl (geloescht) schrieb:
> Man kann mit einem kleinen Lautsprecher und einem Auskoppel-Kondensator
>  (irgendein Elko mit 100µF oderso) gut hören, ob dort eine PWM
> draufliegt, wenn man denn kein (Soundkarten)Oszilloskop besitzt.

Alternativ dazu kann man das Multimeter bei der direkten Messung von 
U_GS auch mal in AC-Kopplung schalten. Wenn eine relevante Modulation 
auf dem Steuersignal drauf sein sollte, dann würde man die darüber 
erkennen.

Autor: Jens G. (jensig)
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>Das kommt dir wahrscheinlicher vor? 0,4V bei 4,7A an der Bodydiode? Ein
>Wert, der weder zu V_GS=0V noch zu V_GS=-12,9V passt?

Naja, 5A Last kommt einem 180A pFET bzw. dessen Diode ja auch nur wie 
Reststrom vor. Ich würde zwar auch eher irgendwas über 0,5V oder gar 
0,6V vermuten, aber möglicherweise hat der TO ja auch nur schlampig 
gemessen, so wie auch sein (vor allem erster) Schaltplan schlampig 
aussieht, und er deswegen wahrscheinlich nicht mehr richtig durchsieht.

Aber wie schon gesagt, wenn der npn wirklich das Gate auf Masse ziehen 
sollte, dann sollte die Diode eh egal sein, und der Mosfet sollte 
durchschalten, egal, ob D und S vertauscht ist oder nicht.

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