Welche Gründe gibt es eigentlich, einen Widerstand vor ein MOSFET Gate
zu setzen?
Ich verstehe, dass das Gate eine Kapazität hat, und dass diese Umgeladen
wird, aber fallen diese Ströme für den MOSFET ins Gewicht?
Ein konkretes Beispiele wäre hier:
https://lowpowerlab.com/shop/image/cache/data/TPL5110/Schematic-500x375.png
(Die 100k for dem P-Kanal MOSFET Gate).
Wirkt der Widerstand irgendwie als Schutz, oder soll die
Gate-Ansteuerung bedämpft werden?
MOSFET schrieb:> Wirkt der Widerstand irgendwie als Schutz, oder soll die> Gate-Ansteuerung bedämpft werden?
Denk doch mal nach, was passiert, wenn du einen Kondensator über ein
Widerstand auflädst...
MOSFET schrieb:> Ein konkretes Beispiele wäre hier:> https://lowpowerlab.com/shop/image/cache/data/TPL5110/Schematic-500x375.png> (Die 100k for dem P-Kanal MOSFET Gate).
Ein konkretes Beispiel, wie man es eigentlich nicht macht. 100k kommen
mir - egal wie schnell geschaltet - deutlich zu hoch vor.
Man muss hier unterscheiden zwischen MOSFET, die mit hohen
Schaltfrequenzen getaktet werden, und solchen, die nur alle paar
Sekunden (Oder seltener) an- und ausgeschaltet werden.
Das Problem ist, dass der MOSFET während des Umschaltens kurzzeitig zwar
leitet, allerdings einen hohen Widerstand hat (Bzw. in Sättigung geht
und als Konstantstromquelle arbeitet). Das erzeugt eine gewisse Menge
Wärme. Schaltet man jetzt mit hohen Frequenzen (kHz, MHz), bekommt man
hier eben signifikante Mengen an Wärme, im dreistelligen kHz-Bereich ist
die Verlustleistung am MOSFET meist sogar durch die Umschaltverluste
dominiert ggü. den statischen Verlusten.
Man will also bei hohen Frequenzen das Umschalten möglichst schnell
gestalten - dafür gibt es Treiber, die die Kapazität entsprechend
kräftig laden und entladen können. Da fügt man dann Widerstände zwischen
Treiber und MOSFET ein, um die Anstiegszeit des Stromes künstlich zu
begrenzen, damit weniger "Dreck" abgestrahlt wird - das ist dann ein
Abwägen gegenüber der erhöhten Verlustleistung. Die Widerstände bewegen
sich dann aber <<100 Ohm.
Wenn man nur statisch schaltet, braucht man Widerstände am Gate
eigentlich nur, um eine mögliche Ansteuerschaltung zu schützen, wenn
deren Ausgang nicht kurzschlussfest ist.
So wie in der gezeigten Schaltung - ein Gate-Treiber, der statisch
schaltet mit 100kOhm ist grober Unfug. Der TLP5110 dürfte wohl
kurzschlussfest sein (Zumindest wird im Datenblatt auch immer auf einen
Gate-Widerstand verzichtet) und beim statischen Schalten von einem -
vermutlich - geringen Strom braucht man den R überhaupt nicht. Man
könnte hier natürlich einen einbauen, um auf Nummer sicher zu gehen,
aber 100kOhm sind viel zu groß.
Der Widerstand entlastet auch die Signalquelle und die
Versorgungsspannung.
Wenn du einfach einen leeren Kondensator an VCC und GND anschließt,
verschluckt sackt Spannungsversorgung kurzzeitig ab.
100kΩ ist allerdings schon außergewöhnlich viel. Dazu müsste das
Datenblatt des IC eine Erklärung liefern.
Ich verwende normalerweise 100Ω solange ich keinen konkreten Grund für
einen anderen Wert habe.
niedriger Widerstand ( so einige 10 ohm) wenn du mehrere mosfet über
einen Treiber steuerst, damit nicht einer halb durchgeschaltet bleibt
während sich die miller kapazität des anderen umlädt
etwas höherer widerstand wenn du nen logic level Mosfet direkt mit nem
microcontroller ansteuerst (begrenzter Strom), dann begrenzt aber die RC
Zeitkonstante die maximale Frequenz.
ab und zu nen realtiv hoher Widerstand von Gate nach Source, damit der
mosfet sicher aus ist wenn unbeschaltet (z.B. bis ein controller
definierte Ausgänge hat nach einem Power reset)
weiterhin können zu steile Flanken auch EMV Probleme verursachen/
benötigen sauberes Layout, das hängt dann aber eher vom spezifischen
Treiber/Schaltfrequenz ab
100k sind aber in 99.9% der Fälle zu viel
So relevant alle obigen Themen sind, wird das wichtigste vergessen:
Je nach Layout und Gate-Kapazität können sich relevante Induktivitäten
ergeben, die speziell beim Ausschalten das System schwingen lassen - das
reicht um gerade bei Gegentaktstufen starke hochfrequente Querströme
aufzubauen.
Für eine R-L-C-Serienschaltung ist der Grenzwiderstand für ein gedämpft
schwingfähiges System R=sqrt(4*L/C).
Ich habe z.B. für eine RF-Treiberstufe den BSS316 in Verwendung (Cgs ca.
100pF); bei angenommener parasitärer Induktivität von 1nH gilt
R>=sqrt(4*1/0,1) = 6,3 Ohm.
Man kann den Wert auch etwas kleiner ansetzen, wenn die Anstiegs- und
Abfallzeit zu groß werden, man muß aber aufpassen, daß beim
Nachschwingen VGS<VTH bleibt.
Stefanus F. schrieb:> Ich verwende normalerweise 100Ω solange ich keinen konkreten Grund für einen
anderen Wert habe.
Gib es zu: Du machst das genauso wie ich, "Angstwiderstand", das gehörte
schon immer so :-)
Ich habe da gerne 1k und 100k G-S.
Stefanus F. schrieb:> 100kΩ ist allerdings schon außergewöhnlich viel. Dazu müsste das> Datenblatt des IC eine Erklärung liefern.Christian S. schrieb:> Nicht jeder Ausgang, der den Mosfet steuern soll, kann unendlich viel> Strom ins Gate pumpen, ohne defekt zu gehen oder eine Fehlfunktion zu> haben.
Ein MOSFET Steueranschluss, der einen 100kΩ Widerstand in Serie braucht,
ist schlicht und einfach UNFUG.
Wem ein "unendlicher" Ladestrom zu viel ist, der muss nicht gleich auf
100kΩ gehen. Das Datenblatt gibt vor dem Gate gar keinen Widerstand vor
und in den Maximum Ratings ist lediglich ein Maximum für den
(statische?) Strom von 5mA genannt.
Manfred schrieb:>> Ich verwende normalerweise 100Ω solange ich keinen konkreten Grund für>> einen anderen Wert habe.> Gib es zu: Du machst das genauso wie ich, "Angstwiderstand", das gehörte> schon immer so :-)
Ich hatte eigentlich gar keine Bedenken und lange ganz ohne Widerstand
gebastelt, weil ich nämlich auch weiß, dass die Ausgänge meiner
Mikrocontroller kurzschlussfest sind, sofern ich nicht viele
gleichzeitig kurzschließe.
Aber hier im Forum wurde das EMV Thema und die Auswirkung auf die
Spannungsversorgung mehrfach erklärt. Deshalb habe ich nachgemessen und
seit dem benutze ich Widerstände.
Hallo
"Warum das wohl ein Kapitel in einer FAQ hat..."
-Weil die FAQ (nicht...) prominent auf der Startseite hervorgehoben
wird.
-Weil es eine so gute den die Erwartungen und Ansprüchen der meisten
Nutzer im Jahr 2018 entsprechende Wissensvermittlung bietet - was 1998
mit den Telefonmodem ausreichen musste ist auch 2018 nicht zu Überbieten
- ergänzende "echte" Bilder und Diagramme oder gar Videos oder
Simulationen sind doch nur neu modischer Quatsch der vom eigentlichen
Inhalt ablenkt. Auch sind natürlich irgendwann 2001 gesetzte Links im
Jahre 2018 immer nocht aktuell und werden ganz bestimmt noch 2040
funktionieren.
-Weil eine freundliche und gute Erklärung direkt durch einen Menschen,
wie sie z.B. jz23 gegeben hat einfach nicht in die E-Technik Welt passt,
wer sich für E-Technik interessiert muss in der Lage sein eine einmal
(so um Anno 1995) für die Allgemeinheit abgegebene Erklärung zu
verstehen.
-Weil in einen Forum nicht zu viel Aktivität sein darf (jedes Bit an
Speicherplatz ist teuer !), und in einen E-Technik Forum nur vorher
tagelang recherchierte Fragen ab Hochschulniveau gestellt werden dürfen,
vorzugsweise aber nur innerhalb eines festen Grüppchen was sich am
besten schon zur Zeiten der Newsgroups und des Internet für wenige
gebildet hatte - Der bekannte Elfenbeinturm und Zugangseinschränkungen
(mindestens Abiturnachweis) hätten auch in einen E-Technik Forum bestand
haben sollen - "leider" ist es dafür jetzt zu spät.
-Die eigentliche Bedeutung des Begriffes "Forum" wird sowieso zu stark
überbewertet - einen Marktplatz wo sich die verschiedensten Leute (hier
virtuell) treffen oder die Bedeutung als ein Platz für Meinungs- und
Informationsaustausch passt einfach nicht in die Welt der E-Technik...
Dann muss man gerade zu MaWin (auch wenn es nicht der "echte" sein
sollte, seine vorbildlichen Umgangston und gutes soziale Verhalten hat
er auf jeden Fall gut erlernt) in seinen lehrreichen und vorbildlichen
Hinweis zustimmen.
Danke MaWin das du als einiger der Wenigen hier das Niveau hier im Forum
und den Lernverhalten im E-Technik Bereich so hoch hältst.
Hennes
Hennes schrieb: viel gemecker
Hennes, wenn Du mikrocontroller.net doof findest, dann darfst du gerne
woanders hin gehen oder deine eigene "bessere" Seite aufbauen.
Ich freue mich derweil darüber, dass man hier prima kommunizieren und
lernen kann - sogar kostenlos.
Stefanus F. schrieb:> Ich freue mich derweil darüber, dass man hier prima kommunizieren und> lernen kann - sogar kostenlos.
Für mich ist der Beitrag von Hennes der bisher beste Beitrag in diesem
Post.
Ich beschäftige mich seit einem Jahr sehr intensiv mit MOSFETs und habe
auch über die korrekte Auslegung des Gatewiderstandes viele aktuelle
Artikel gelesen (u.a. etliche Dissertationen) und reichlich
Versuche/Messreihen durchgeführt.
Die bisherigen Beiträge strotzen von Halbwissen und die Verweise von
MaWin spiegeln alles Andere als den aktuellen technischen Stand wieder.
Gerade in den letzten 1...2 Jahren hat sich auf diesem Gebiet sehr viel
getan.
Mein Tipp: Sucht bei Google nach aktuellen Fachartikeln und sucht mal
bei den üblichen Distributoren (ich meine RS, Farnell, Mouser etc.) nach
MOSFET-Treibern und MOSFETs und schaut mal in die Datenblätter rein.
samsongsing schrieb:> Für mich ist der Beitrag von Hennes der bisher beste Beitrag in diesem> Post.
Warum, weil er zur Frage und Fachlich NULL Inhalt hat?
Jürgen W. schrieb:> Je nach Layout und Gate-Kapazität können sich relevante Induktivitäten> ergeben, die speziell beim Ausschalten das System schwingen lassen - das> reicht um gerade bei Gegentaktstufen starke hochfrequente Querströme> aufzubauen.>> Für eine R-L-C-Serienschaltung ist der Grenzwiderstand für ein gedämpft> schwingfähiges System R=sqrt(4*L/C).
einzig richtige erklärung bislang.
bedämpfung der parasitären Schwingungen durch zuleitungsinduktivität und
gatekapazität.
Es ist manchaml eben blöd, wenn der FET noch'n paarmal an und ausgeht,
wenn er eigentlich aus sein sollte. Die Dinger sind flink!
In dem Zusammenhang Blödsinn (wie das meiste hier).
So ein hoher Gate Widerstand bewirkt nur, dass der
Mosfet sehr langsam schaltet, und dadurch
den Inrush Current der nachgeschalteten Kondensatoren begrenzt.
Das wurde früher bei USB manchmal so gemacht.
samsongsing schrieb:> Ich beschäftige mich seit einem Jahr sehr intensiv mit MOSFETs und habe> auch über die korrekte Auslegung des Gatewiderstandes viele aktuelle> Artikel gelesen (u.a. etliche Dissertationen) und reichlich> Versuche/Messreihen durchgeführt.>> Die bisherigen Beiträge strotzen von Halbwissen und die Verweise von> MaWin spiegeln alles Andere als den aktuellen technischen Stand wieder.> Gerade in den letzten 1...2 Jahren hat sich auf diesem Gebiet sehr viel> getan.
Echt, dann mal raus mit deinem neuen Weisheiten.
Ach nein, die behältst du lieber für dich, Geheimwissen welches dich
weiter bringt und andere lässt du gerne zurück in ihrem Halbwissen.
udok schrieb:> So ein hoher Gate Widerstand bewirkt nur, dass der> Mosfet sehr langsam schaltet, und dadurch> den Inrush Current der nachgeschalteten Kondensatoren begrenzt.> Das wurde früher bei USB manchmal so gemacht.
Das habe ich selber auch schon so gemacht: Ein MOSFET sollte eine Last
zu bzw. abschalten. Der Einschaltstrom (bedingt durch Kapazitäten
parallel zur Last) musste begrenzt werden. Die Schaltfrequenz war sehr
niedrig (1/Stunde), es kam also nicht darauf an, die Leistungsaufnahme
beim Schaltvorgang zu minimieren.
100k in Reihe und sogar noch ein Cerko parallel zu GS, fertig.
Funktioniert tadellos.
Natürlich muss man im Einzelfall genau hinsehen, ob das so einfach geht,
ob die Schaltfrequenz zu hoch ist bzw. die bei langsamen Einschalten des
MOSFETs umgesetzte Energiemenge zu groß wird.
MOSFET schrieb:> Welche Gründe gibt es eigentlich, einen Widerstand vor ein MOSFET Gate> zu setzen?>> Ich verstehe, dass das Gate eine Kapazität hat, und dass diese Umgeladen> wird, aber fallen diese Ströme für den MOSFET ins Gewicht?>> Ein konkretes Beispiele wäre hier:> https://lowpowerlab.com/shop/image/cache/data/TPL5110/Schematic-500x375.png> (Die 100k for dem P-Kanal MOSFET Gate).>
Was auch immer sich derjenige gedacht haben mag diesen Wert zu wählen
repräsentativ ist er nicht und ohne zu wissen was das für ein FET sein
und was er schalten soll kann man da wenig vernünftiges zu sagen.
Wenn die Gatekapzität ungewöhnlich niedrig läge fiele so ein Widerstand
sicher auch größer aus aber ein resultierender max. Strom 33μA erscheint
doch bisl wenig.
> Wirkt der Widerstand irgendwie als Schutz, oder soll die> Gate-Ansteuerung bedämpft werden?
Ja, schalte e.g. ein Ventil,Relais sonstige Induktivität mit einer
Freilaufdiode die ist zwar in Sperrrichtung eingebaut aber real sperrt
sie erst mit einer gewissen Verzögerung, zwar nur kurz aber in dieser
Zeit sieht der FET keinen 'Vorwiderstand' und schliest die Vorsorgung
direkt an Masse, wenn der DS Widerstand dann langsamer fällt kann die
Zeit quasi gebrückt werden, wenn man es so ausdrücken will. Darf halt zu
keinem Zeitpunkt überlastet werden was da ggf. zu machen ist bedarf mehr
Kenntnisse über die zu verwendeten Bauteile und die Einsatzsituation.
----
auch wenn der 1985er sipmos Geschichte ist,
im Prinzip wird das alles nach wie vor stimmen.
Halt mit niedrigeren RDSon, Gatekapazitäten etc.
DGS schrieb:> bedarf mehr Kenntnisse über die zu verwendeten Bauteile und die
Einsatzsituation.
Du sagst es.
Dioden haben die reverse recovery Zeit nur wenn sie leiten, also gerade
vorwärts Strom durch sie fliesst und sie nun abschalten sollen, nicht
wenn sie unbenutz rumliegen, also kein Vorwärtsstrom fliest. Dann darf
man beruhigt eine Sperrspannung anlegen ohne dass erstmal nennenswert
Strom fliesst.
Schaltet man ein Ventil,Relais sonstige Induktivität wird der
Stromansteig durch die Induktivität gerade am Anfang deutlich gebremst.
Ein MOSFET der eine ausgeschaltete Induktivität einschaltet hat also
weder ein Problem mit der Freilaufdiode, noch mit dem Stromanstieg, und
ein gebremstes Einschalten durch hochhomige Gatewiderstände bringt genau
gar nix.
Du siehst also, wie Grundkenntnisse über Bauteile den Märchen die so
erzählt werden schnell den Garaus machen können.
Bei schneller PWM würde die Feilaufdiode ggf. noch leiten wenn der
MOSFET schon wieder einschaltet. Dann gibt es ein Problem mit langsam
Dioden, der Stromfluss durch sie wird auch nicht durch die
Spuleninduktiviät gebremst, er fliesst ja drumrum.
Trotzdem bekämpft man Probleme bei schneller PWM nicht durch langsames
Einschalten des MOSFETs, sondern durch schnellere Dioden (fast,
ultrafast, Schottky).
Wie mans dreht und wendet: Der hochohmige Widerstand lässt sich durch
deine Theorien nicht begründen.
Es gibt ggf. eine ganze ander Erklärung, wenn man die Schaltung
betrechtet wird ein Schaltungsteil aus einem stromversorgten Teil heraus
eingeschaltet. Wenn die Schaltungsteile Abblockkondenstaoren entahlten,
wie üblich, dann schaltte der MOSFET einen geladenen Kondenstaor und
einen ungeladenen zusammen:
[pre}
--+--MOSFET--+--
| | |
C C
| |
Masse Masse
[/pre]
Bei gleicher Kapazität sackt die Spannung beider zusammen auf halbe
Spannung, damit lässt sich die Schaltung links vielleicht in der
Funktion stören. Ein langsam einschaltender MOSFET kann da helfen, weil
von links ja aus einer Stromversorgung nachgeladen wird.
Insbesondere wenn die rechte Schaltung nicht unendlich viel Strom
verbraucht, macht die Verlustleistung im MOSFET auch nichts aus.
Aber auch hier gibt es eine bessere Möglichkeit: Mache den linken
Kondensator 10 mal so gross wie den rechten, dann bleibt der
Spannungseinbruch im Rahmen.
(letzlich sind Abblockkondenstaorne nichts anderes: 10 mal so gross wie
die durch die Ausgänge schlimmstenfalls plötzlich umgeladene
Ausgangskapazität).
Michael B. schrieb:> Schaltet man ein Ventil,Relais sonstige Induktivität wird der> Stromansteig durch die Induktivität gerade am Anfang deutlich gebremst.>> Ein MOSFET der eine ausgeschaltete Induktivität einschaltet hat also> weder ein Problem mit der Freilaufdiode, noch mit dem Stromanstieg, und> ein gebremstes Einschalten durch hochhomige Gatewiderstände bringt genau> gar nix.
Laberkopp, die Induktivität wird beim Schalten von Leistung einfach mal
durch den Sperrverzug der Diode übergangen.
Jens G. schrieb:>>Laberkopp, die Induktivität wird beim Schalten von Leistung einfach mal>>durch den Sperrverzug der Diode übergangen.>> Beim Einschalten?
Ja.
-1 ▲ lesenswert ▼ nicht lesenswert
Mikrocontroller.net das Forum für gefühlte Elektronik.
Wäre klasse wenn dieses Unmutsbekundunginstrument mal wieder
eingestampft würde.
Understanding-Diode-Reverse-Recovery-and-Its-Effect-on-Switching-Losses
https://www.fairchildsemi.com/technical-articles/Understanding-Diode-Reverse-Recovery-and-Its-Effect-on-Switching-Losses.pdf
Fast, faster, fastest!
https://www.ixys.com/Documents/AppNotes/IXAN0060.pdf
In hard switching applications with an inductive load, the freewheeling
diode causes high losses during the *turn-on transition of the power
switch* ...
Wenn der FET in der Lage ist schneller zu schalten als die Diode es eben
schaft dicht zu werden dann wird die Induktivtät kurzeitig umgangen.
CBE schrieb:> -1 ▲ lesenswert ▼ nicht lesenswert>> Mikrocontroller.net das Forum für gefühlte Elektronik.> Wäre klasse wenn dieses Unmutsbekundunginstrument mal wieder> eingestampft würde.
Es kommt in der Tat immer mal wieder zu exrem unqualifizierten
Punktevergaben.
CBE schrieb:> Understanding-Diode-Reverse-Recovery-and-Its-Effect-on-Switching-Losses
Ja, es wäre schön, wenn du vor dem Posten diesen Artikel wenigstens mal
gelesen hättest.
"if an external switch forces the diode to change from the conducting to
the non-conducting state (“forced commutation”) extra current is
required"
DGS schrieb:> Laberkopp, die Induktivität wird beim Schalten von Leistung einfach mal> durch den Sperrverzug der Diode übergangen.
Nur wenn das Einschalten des MOSFETs passiert, während noch Entladestrom
der Spule durch die Freilaufdiode fliesst.
Also nur bei PWM, nicht bei gelegntlichem Ein- und ausschalten.
Hatte ich das nicht gerade schon geschrieben:
Michael B. schrieb:> Dioden haben die reverse recovery Zeit nur wenn sie leiten, also gerade> vorwärts Strom durch sie fliesst und sie nun abschalten sollen, nicht> wenn sie unbenutz rumliegen, also kein Vorwärtsstrom fliest
Du solltest Artikel, auf die die antwortest, also auch lesen, und nicht
mehfach dummblöd ignorieren daß du schon korrigiert wurdest.
MOSFET schrieb:> Welche Gründe gibt es eigentlich, einen Widerstand vor ein MOSFET Gate> zu setzen?>> Ich verstehe, dass das Gate eine Kapazität hat, und dass diese Umgeladen> wird, aber fallen diese Ströme für den MOSFET ins Gewicht?
Dann hast du bereits das Wichtigste verstanden.
Den Widerstand vor dem Gate benutzt man, wenn das Gate von einem
schwachen Treiber geschaltet werden soll, also z.B. einem Portpin deines
µC. So eine Schaltung ist aber nur für langsame bzw. gelegentliche oder
stromarme Schaltvorgänge geeignet (kleine FET's im SOT23 Gehäuse usw.).
Dieser Widerstand soll den Strom beim Schalten so begrenzen, daß das
Portpin deines µC nicht Schaden nimmt und auch, daß die VCC des µC beim
Einschalten des FET's nicht in den Brownout-Bereich gezogen wird.
Wenn man Leistungs-FET schalten will, dann nimmt man dafür sowas wie den
TC4420/29. Die Dinger können das Gate mit ca. 2 Ampere hoch und mit ca.
6 Ampere wieder runter ziehen und damit sorgen sie für ein einigermaßen
verlustarmes Schalten des FET's.
W.S.
