LTspice: Simulation von Power-MOSFETs im 3. Quadranten geht nicht

[Michael M. (michaelm)]

Moin,
hat schon mal jemand probiert, in LTspice MOSFETs im 3. Quadranten (= 
Reverse-Betrieb) erfolgreich zu simulieren?
Ich krieg das mit Vers. XVII jedenfalls nicht hin... :-(

[hinz (Gast)]

http://www.elektronik-kompendium.de/forum/forum_entry.php?id=269192&page=0&category=all&order=last_answer

[Helmut S. (helmuts)]

Hänge mal bitte deine Schaltplandatei(.asc) an die nächste Message. Ich 
kann mir nicht vorstellen, dass das nicht geht.

[Michael M. (michaelm)]

Helmut S. schrieb:
> Hänge mal bitte deine Schaltplandatei(.asc) an die nächste Message. Ich
> kann mir nicht vorstellen, dass das nicht geht.

Ich kann es auch nicht verstehen... 8-( ...ich schließe (bis jetzt) mal 
ein Problem "zwischen den Ohren" aus.

Wenn ich den Transistor "umdrehe" und ihn regulär mit V+ am Drain und V- 
am Source betreibe, schaltet er wunderbar, so wie's im Buche steht.

Mit P-Kanal-MFs habe ich genau das gleiche Problem, sie funktionieren 
ebenso  ausschließlich in der "schulmäßigen" Beschaltung. Bilder dazu 
erspare ich mir mal, sie stellen exakt das gleiche dar..

Bitte nicht über Highside und Lowside diskutieren; die Anwendung 
(Synchron-Gleichrichtung) erfordert es einfach wegen der Richtung der 
parasitären Body-Dioden.

[qwerzuiopü+ (Gast)]

Bei dem Schaltplan ist doch klar, dass die Body-Diode in Flussrichrung 
liegt und dementsprechend auch leiten muss?

[Michael M. (michaelm)]

qwerzuiopü+ schrieb:
> Bei dem Schaltplan ist doch klar, dass die Body-Diode in Flussrichrung
> liegt und dementsprechend auch leiten muss?

Ja, tut sie und darf sie auch. Es geht aber nicht um die Diode, sondern 
darum, dass der Fet einfach den Kanal nicht steuert..

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Wenn du den Wertebereich von V1 in den negativen Bereich erweiterst, so
dass Ugs positiv wird, sollte Usd nahehzu 0, d.h. UoutNMOs 20V werden.

Ist das der Fall (wovon ich einmal ausgehe), dann ist die Simulation
völlig in Ordnung.

[Prometheus (Gast)]

Hallo,

ich habs mal nachgemalt.
Ich vermute es liegt doch "zwischen den Ohren".

Guck dir mal den Strom durch R1 an.
Die Bodydiode leitet wie verrückt.
Und die Spannung am Gate (aus Sicht des NMOS U Gate->Source) ist die 
ganze Zeit negativ. Der wird also "zu" statt aufgesteuert.
Damit leitet wirklich nur die Bodydiode.

[Prometheus (Gast)]

Nachtrag,

die drei Beiträge vor mir waren zu schnell die hab ich nicht gesehen.

Aber Yalu hat recht,
wenn du

.dc V1 20 -20 0.1

verwendest steuret der NMOS auf.

[Oe(h)mchen (Gast)]

Michael M. schrieb:
> Wenn ich den Transistor "umdrehe" und ihn regulär mit V+ am Drain und
> V- am Source betreibe, schaltet er wunderbar, so wie's im Buche steht.

Reversbetrieb bedeutet doch nicht, den Transistor einfach umzudrehen!
Beim MOSFET muß die V_GS immer positiv sein. Du mußt also, wenn, dann 
die
Ansteuerung schon auch MIT-drehen.

Nur die Bodydiode hat beim (IGFET/) MOSFET einen PN-Uebergang. Der Kanal
hat Widerstandscharakteristik und wird durch positive V_GS aufgesteuert.
Der Strom soll doch nur "in die andere Richtung" gehen - das macht dank
genannter Widerstandscharakteristik des Kanals bzgl. Ansteuerung keinen
Unterschied ("dank", weil genau das die Leitverluste drueckt - es ist ja
der Grund, wieso aktive Gleichrichtung mit FETs so beliebt ist).

[Michael M. (michaelm)]

Yalu X. schrieb:
> Wenn du den Wertebereich von V1 in den negativen Bereich erweiterst, so
> dass Ugs positiv wird, sollte Usd nahehzu 0, d.h. UoutNMOs 20V werden.

Ich habe das eben nochmals simuliert: Über dem FET = genauer der 
Body-Diode fallen 0,85V ab. Sagt mir, dass der Strom kpl. über die Diode 
fließt und NICHT durch den Kanal.


Prometheus schrieb:
> Aber Yalu hat recht,
> wenn du
>
> .dc V1 20 -20 0.1
>
> verwendest steuret der NMOS auf.

Habe ich eben auch probiert; es ändert sich nichts.

WENN ich ihn schulmäßig betreibe, fallen nur ca. 50mV über'm FET ab. 
Also leitet der Kanal !! Siehe angehängte Bilder...

[Michael M. (michaelm)]

Oe(h)mchen schrieb:
> Reversbetrieb bedeutet doch nicht, den Transistor einfach umzudrehen!
> Beim MOSFET muß die V_GS immer positiv sein. Du mußt also, wenn, dann
> die
> Ansteuerung schon auch MIT-drehen.

Habe ich probiert, ohne Erfolg

[Markus (Gast)]

Warum hängst du die ASC-Datei nicht an (siehe Beitrag von Helmut)?

[Michael M. (michaelm)]

Markus schrieb:
> Warum hängst du die ASC-Datei nicht an (siehe Beitrag von Helmut)?

Du meinst das originale asc.-File? Sorry, hatte ich so nicht verstanden. 
Kommt..

[hinz (Gast)]

Du hast schon gestern beim Elektronik-Kompendium die richtige Antwort 
bekommen, und heute hier auch nochmal.

[Michael M. (michaelm)]

hinz schrieb:
> Du hast schon gestern beim Elektronik-Kompendium die richtige Antwort
> bekommen, und heute hier auch nochmal.

Nee, leider nicht. Und die Sim-Ergebnisse sprechen für sich, leider.

[hinz (Gast)]

Michael M. schrieb:
> hinz schrieb:
>> Du hast schon gestern beim Elektronik-Kompendium die richtige Antwort
>> bekommen, und heute hier auch nochmal.
>
> Nee, leider nicht. Und die Sim-Ergebnisse sprechen für sich, leider.

Dann ist nur der Groschen noch nicht gefallen.

[hinz (Gast)]

Nochmal: Umkehrbetrieb eines MOSFET ist im 4. Quadranten, nicht im 3.

[Michael M. (michaelm)]

hinz schrieb:
> Dann ist nur der Groschen noch nicht gefallen.

Dann sag doch bitte, WO und WELCHER fallen soll/muss.. ;-)

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Michael M. schrieb:
> Ich habe das eben nochmals simuliert: Über dem FET = genauer der
> Body-Diode fallen 0,85V ab. Sagt mir, dass der Strom kpl. über die Diode
> fließt und NICHT durch den Kanal.

Das kann man deiner (neuen) Simulation aber nicht entnehmen, zumal hier
der Mosfet nicht invers, sondern ganz normal herum betrieben wird. Bist
du sicher, dass du das richtige Bild angehängt hast?

Ich habe den Mosfet mitsamt der steuernden Quelle mal umgedreht und Usd
bzw. U(S, outCMOS) plotten lassen. Für Ugs<4V sperrt der Kanal, und nur
die Body-Diode leitet, deswegen ist Usd≈0,6V. Für Ugs>>4V wird Usd
nahezu 0. Also verhält sich alles genau so wie es sein soll.

[Michael M. (michaelm)]

hinz schrieb:
> Nochmal: Umkehrbetrieb eines MOSFET ist im 4. Quadranten, nicht im 3.

https://link.springer.com/content/pdf/bbm%3A978-1-4419-7560-7%2F1.pdf
Seite 286..

[hinz (Gast)]

Michael M. schrieb:
> hinz schrieb:
>> Nochmal: Umkehrbetrieb eines MOSFET ist im 4. Quadranten, nicht im 3.
>
> https://link.springer.com/content/pdf/bbm%3A978-1-4419-7560-7%2F1.pdf
> Seite 286..

Falsches Diagramm, nimm Vgs vs. Ids.

[Michael M. (michaelm)]

Yalu X. schrieb:
> Ich habe den Mosfet mitsamt der steuernden Quelle mal umgedreht und Usd
> bzw. U(S, outCMOS) plotten lassen. Für Ugs<4V sperrt der Kanal, und nur
> die Body-Diode leitet, deswegen ist Usd≈0,6V. Für Ugs>>4V wird Usd
> nahezu 0. Also verhält sich alles genau so wie es sein soll.

Danke dir Yalu für deine Mühe. Offensichtlich läuft dein LTspice unter 
Win...
Mit DEINER .asc bekomme ich das exakte und richtige Ergebnis, wundert 
mich doch sehr.

Ich werd' mal (wenn ich Zeit habe) die beiden .asc vergleichen. Da muss 
wohl die Mac-Version irgendein Problem haben...

Super, erst mal DANKE an alle Beteiligten für die Meinungen usw. Ich 
melde mich, wenn ich was gefunden habe.

[hinz (Gast)]

Michael M. schrieb:
> Da muss
> wohl die Mac-Version irgendein Problem haben...

Das Problem sitzt vor dem Bildschirm.

[Michael M. (michaelm)]

hinz schrieb:
> Michael M. schrieb:
>> Da muss
>> wohl die Mac-Version irgendein Problem haben...
>
> Das Problem sitzt vor dem Bildschirm.

Dann erklär uns doch mal bitte, warum die Schaltung von Yalu (die auf 
Win generiert und exakt die gleiche wie meine Mac-Version ist) 
merkwürdigerweise bei mir auf dem Mac richtig funktioniert.

Und der Rückwärts-(Invers-)Betrieb mit umgedrehter U-DS liegt nun doch 
im 3. Quadranten. ;-)

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Michael M. schrieb:
> Ich werd' mal (wenn ich Zeit habe) die beiden .asc vergleichen. Da muss
> wohl die Mac-Version irgendein Problem haben...

Da musst du nicht viel vergleichen, ich habe doch schon geschriebe, was
ich geändert habe.

Yalu X. schrieb:
> Ich habe den Mosfet mitsamt der steuernden Quelle mal umgedreht und Usd
> bzw. U(S, outCMOS) plotten lassen.

Deine erste Simulation war prinzipiell richtig, nur hast du sie auf
negative Ugs beschränkt, so dass der Kanal nie leitend wird.

[hinz (Gast)]

Michael M. schrieb:
> Dann erklär uns doch mal bitte, warum die Schaltung von Yalu (die auf
> Win generiert und exakt die gleiche wie meine Mac-Version ist)
> merkwürdigerweise bei mir auf dem Mac richtig funktioniert.

Weil die Polarität von Vgs stimmt. Eben 4.Q statt 3.Q.

[Michael M. (michaelm)]

Michael M. schrieb:
> Mit DEINER .asc bekomme ich das exakte und richtige Ergebnis, wundert
> mich doch sehr.

Ich muss einen Rückzieher machen, hatte vorhin zu schnell geguckt.
Bei meiner Sim sehe ich schon das "Umschalten" von Diode auf den Kanal 
im Revers-Betrieb. Ne Brille hätte viellleicht geholfen?

Danke an alle; melde mich mich, wenn ich meue Erkenntnisse habe.

[hinz (Gast)]

Michael M. schrieb:

> https://link.springer.com/content/pdf/bbm%3A978-1-4419-7560-7%2F1.pdf
> Seite 286..

Und wenn du das sehen willst, dann musst du das ganz anders machen, 
siehe Anhang.