Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Mostet-treiber Schaltung für 12Volt BMS(LiFePo4)


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von Christoph H. (christoph_t5)


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Hallo liebe Gemeinde

anbei habe ich eine Schaltung gehängt. Diese Schaltung beinhaltet fürs 
erste zwei Mosfet´s, die per PWM aus 14,4V bzw. 15V eine Ladespannung 
für eine LiFePo4 erzeugen/umwandeln sollen.

Meine Bitte : Kann man das so machen? für die widerstände R1 und R3 
sowie R4 und R5 bin ich mir über die Werte nicht ganz sicher.

Verbesserungsvorschläge werden gern angenommen.
Schaltfrequenz 980Hz.
gesteuert von Arduino Uno
die Leistungsströme betragen in etwa 30Ampere.

P.S.: die Schaltung ist natürlich noch nicht fertig, Strom und 
Spannungsmessung und sowie Mosfet-Temp kommen noch dazu. Allerdings ist 
die bisherige Schaltung für mich jetzt das "größte"-Problem gewesen, 
drum auch die bitte um eure Hilfe.


beste Grüße
Christoph

: Bearbeitet durch User
Beitrag #5981437 wurde vom Autor gelöscht.
Beitrag #5981441 wurde vom Autor gelöscht.
von Jörg R. (solar77)


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Christoph H. schrieb:
> anbei habe ich eine Schaltung gehängt.

Unsichtbar, bestimmt aus einem alten Yps-Heft;-)

von Julian C. (Gast)


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Also erstmal warum benutzt du einen NFET Treiber für PFETs? 2. Warum 
benutzt du PFETs?

Ansonsten schau dir Mal die Funktionsweise von schaltwandlern an, 
Induktivitäten sind nicht optional. So schließt du dir im schlimmsten 
Fall deine beiden Versorgungen kurz.

von Guest (Gast)


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Also erstmal sind NFETs wesentlich besser für die Höhe an Strom, da sie 
bedeutend weniger RDSon haben. Ansonsten werden solche Akkus mit einem 
konstanten Strom geladen. Den bekommst du nur mit einer Induktivität 
hin.

Wenn du keine Induktivität in der Größe eines Kleinwagens verwenden 
willst sind 800Hz viel zu wenig mach da mal eher noch 3 Nullen dran und 
selbst dann wird die bei dem Strom nicht kompakt. Wie oben bereits 
erwähnt wenn du versehentlich beide FETs gleichzeitig schaltest schließt 
du deine Versorgungen Kurz.

Du wirst im Endeffekt einen Buck Converter mit CC / CV brauchen. Wenn du 
ihn so auslegst, dass der Strom nicht lückt schließt du auch nichts 
kurz. Momentan wirst du gepulsed eine viel zu hohe Spannung auf deinen 
Akku geben und es fließen unter umständen hohe Ströme die diesen 
Zerstören können

von Christoph H. (christoph_t5)


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Julian C. schrieb:
> Also erstmal warum benutzt du einen NFET Treiber für PFETs?

den Treiber habe ich aus der Übersicht von Mikrocontroller.net. wenn ich 
das richtig gesehen habe ist er für P und N-Mosfet´s. Stellt das ein 
Problem für die Funktion dar ?

> 2. Warum  benutzt du PFETs?

das ganze ist im KFZ-Bereich, für eine Zusatzbatterie. ich kann leider 
kein LS-Schaltung verwenden, auch wenn das wesentlich einfacher/besser 
wäre.








> Ansonsten schau dir Mal die Funktionsweise von schaltwandlern an,
> Induktivitäten sind nicht optional. So schließt du dir im schlimmsten
> Fall deine beiden Versorgungen kurz.

Ich versteh nicht ganz was du meinst, sorry?  Die Schaltung für den 
DC/DC Schaltwandler habe ich aus dem Datenblatt übernommen.
10DMW4_2415S1.5

von Christoph H. (christoph_t5)


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vielleicht noch wichtig zur Erläuterung.
 die zwei Eingangsquellen(14,4V und 15Volt) sind ein Netzteil über 
230Volt und die Lichtmaschine im Auto. Programmtechnisch sollten die 
Mosfets nie beide gleichzeitig arbeiten. entweder während der fahrt über 
die Lichtmaschine oder im Stand über 230Volt-Schaltnetzteil.

N-Mosfet´s kann ich nicht nehmen, da wie erwähnt, KFZ-Bereich.

von Guest (Gast)


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Christoph H. schrieb:
> den Treiber habe ich aus der Übersicht von Mikrocontroller.net. wenn ich
> das richtig gesehen habe ist er für P und N-Mosfet´s. Stellt das ein
> Problem für die Funktion dar ?

Mit dem Kürzel D finde ich keinen Treiber. Ich nehme an es handelt sich 
um diesen.
https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-IR2181-DataSheet-v01_00-EN.pdf?fileId=5546d462533600a4015355c93cdd16ce

der Ist für N-Channel und IGBTs. Schau dir am besten mal den Unterschied 
zwischen P und N und deren Ansteuerung an.

Christoph H. schrieb:
> das ganze ist im KFZ-Bereich, für eine Zusatzbatterie. ich kann leider
> kein LS-Schaltung verwenden, auch wenn das wesentlich einfacher/besser
> wäre.

Was genau verstehst du unter LS-Schaltung? Du hast ohnehin einen N-FET 
Treiber dann benutz Sie doch auch.

Christoph H. schrieb:
> Ich versteh nicht ganz was du meinst, sorry?  Die Schaltung für den
> DC/DC Schaltwandler habe ich aus dem Datenblatt übernommen.
> 10DMW4_2415S1.5

Ich versteh nicht ganz aus welchem Datenblatt du das entnommen hast aber 
ein DC/DC Wandler ist das nicht. Siehe meinen Beitrag oben bzw. hier:

https://de.wikipedia.org/wiki/Gleichspannungswandler

von Robin W. (Gast)


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Christoph H. schrieb:
> N-Mosfet´s kann ich nicht nehmen, da wie erwähnt, KFZ-Bereich.

Warum nicht? Ich komme aus dem KFZ Bereich und da werden fast nur N-FETs 
benutzt. Ich denke mal du denkst man kann die nur Low-Side benutzen, was 
im KFZ-Bereich verboten ist. Das ist jedoch falsch, wie bereits oben 
mehrfach erwähnt sind genau dazu die Treiber mit Bootstrap Operation 
gut. Die haben eine Charge-pump durch die NFETs auch High-Side Betrieben 
werden können.

von Christoph H. (christoph_t5)


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Guest schrieb:

> der Ist für N-Channel und IGBTs. Schau dir am besten mal den Unterschied
> zwischen P und N und deren Ansteuerung an.

Im Datenblatt steht explizit, dass das ein HIGH AND LOW-SIDE DRIVER ist. 
Ich lass mich gern vom Gegenteil überzeugen, aber verstehen tu ich es 
nicht so ganz.


> Christoph H. schrieb:
>> Ich versteh nicht ganz was du meinst, sorry?  Die Schaltung für den
>> DC/DC Schaltwandler habe ich aus dem Datenblatt übernommen.
>> 10DMW4_2415S1.5
>
> Ich versteh nicht ganz aus welchem Datenblatt du das entnommen hast aber
> ein DC/DC Wandler ist das nicht.

Vielleicht ist mein Englisch auch nur zu schlecht aber er regelt doch 
eine Eingangsspannung von 9-36 Volt in eine Ausgangsspannung von 15Volt. 
das ganze auch noch Isoliert voneinander ?

Robin W. schrieb:
> Warum nicht? Ich komme aus dem KFZ Bereich und da werden fast nur N-FETs
> benutzt. Ich denke mal du denkst man kann die nur Low-Side benutzen, was
> im KFZ-Bereich verboten ist. Das ist jedoch falsch, wie bereits oben
> mehrfach erwähnt sind genau dazu die Treiber mit Bootstrap Operation
> gut. Die haben eine Charge-pump durch die NFETs auch High-Side Betrieben
> werden können.

Hab ich nicht gewusst. Dazu werde ich mich belesen! besten Dank

von Guest (Gast)


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Christoph H. schrieb:
> Im Datenblatt steht explizit, dass das ein HIGH AND LOW-SIDE DRIVER ist.
> Ich lass mich gern vom Gegenteil überzeugen, aber verstehen tu ich es
> nicht so ganz.

Ja der Treibt 2 N-FET/IGBT eins High-Side und eins Low-Side um einen 
Halbbrücke zu betreiben die man üblicherweise für synchrone 
Schaltwandler verwendet.

Christoph H. schrieb:
> Vielleicht ist mein Englisch auch nur zu schlecht aber er regelt doch
> eine Eingangsspannung von 9-36 Volt in eine Ausgangsspannung von 15Volt.
> das ganze auch noch Isoliert voneinander ?

Der ja, aber was du da baust mit deinen Beiden MOSFETSs ist ebenfalls 
ein DC/DC Wandler darauf wollte Julian hinaus.

Beitrag #5981626 wurde vom Autor gelöscht.
von Guest (Gast)


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Du kannst das auch mit einem P-FET machen brauchst aber einen anderen 
Treiber. N-FETs bieten eben den Vorteil das sie einen deutlich 
geringeren Innenwiderstand haben (um Faktor 10 und mehr kleiner) daher 
macht das gerade bei so hohen Strömen Sinn. Noch zu dem FETs generell, 
nur weil im Datenblatt Steht das sie 100A können heißt das nicht das das 
immer so geht. Das kommt stark auf die Kühlung an, im Datenblatt ist der 
Thermische Widerstand angegeben damit kann man mal ganz gut rechnen wie 
heiß das Ding dann wird und ob man einen Kühlkörper braucht.

Ansonsten kannst du die Treiber an sich nutzen ob für die Anwendung ein 
Synchronwandler notwendig ist sei mal dahin gestellt. Dann brauchst du 
eben 2 MOSFETs für jede deiner Spannungsquellen. Es gibt auch einfache 
Treiber die nur ein High-Side FET schalten.

Wie bereits erwähnt muss da eine Induktivität rein und da du relativ 
viel Strom haben willst wird deren Induktivität im µH Bereich liegen da 
würde ich mal vorsichtig 200Khz aufwärts schätzen, damit der Strom nicht 
lückt. Ich denke mal, dass für die Anwendung der Strom Rippel sekundär 
ist.

Hier findest du mal ein paar Grundlegende Formeln, findet man online 
aber idr. massenhaft:
http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de/snt/snt_deu/sntdeu2.pdf

Da du hauptsächlich Konstant Strom lädst ist die Ausgangskapazität nicht 
so wichtig schadet aber auch nicht.

von Christoph H. (christoph_t5)


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ok danke, ich hab mir das ganze mal durchgelesen, jetzt machen die 
ganzen Kommentare für mich auch sinn :D

Verständnisfrage: ich habe mit den Formeln mal ein bisschen 
rumgerechnet. wenn ich tatsächlich "nur" ca. 31kHz PWM-Frequenz wähle 
und 0,5A ∆I(Last). Dann kommt man auf circa 60µH für die Induktivität 
der Spule.

Mehrfach wurde hier aber erwähnt, eine weitaus höhere PWM-Frequenz zu 
nehmen. Kann ich mich auf die Werte verlassen oder mache ich einen 
Denkfehler. Bringt die "hohe"(oder auch nicht) Induktivität der Spule 
Probleme für die restliche Schaltung?

Allem voran steht noch das Problem überhaupt erstmal eine Spule zu 
bekommen die 30-50Ampere abkann. Kennt jemand einen Anbieter oder ist es 
einfacher, selbst eine Spule zu wickeln ?

von Christoph H. (christoph_t5)


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ich korrigiere mich selbst... eine 60µH Spule die auch noch 30Ampere 
abkann ist wohl nicht zu finden. ich werde gucken das ich die Frequenz 
um gut das 10 fache erhöhe und im Bereich von 2-6µH eine spule finde. 
das sollte möglicherweise machbar sein

https://www.mouser.de/ProductDetail/Vishay-Sfernice/IPLA32L4R0KD?qs=%2Fha2pyFadujpsAeXyPCK%252BuUlfppJCPe5Jlx1cum%252BFMjhTUnPxpfKGA%3D%3D

ich dachte an diese Spule ?!?

am erhöhen der PWM Frequenz hänge ich jetzt noch, der Arduino Uno hat 
eine max. Frequenz von etwa 31kHz.

: Bearbeitet durch User
von Quartzreferenzchen (Gast)


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Christoph H. schrieb:
> am erhöhen der PWM Frequenz hänge ich jetzt noch, der Arduino Uno hat
> eine max. Frequenz von etwa 31kHz.

Das stimmt so nicht, wenn du driekt in die Register des ATMEGA schreibst 
kannst du auch viel höhere Frequenzen erzeugen. Einfach mal googlen, da 
gibt es viele Websites dazu. Ansonsten wäre da ein STM32 die bessere 
Alternative.

Die Spule sollte passen, aber bedenke etwas die Abstrahlung der Spule 
und Leitungen bei höheren Frequenzen beim Layout, das kann ggf. 
Interferenzen in deine Schaltungen schießen, was diese nicht mögen 
werden.

MFG

von Christoph H. (christoph_t5)


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Quartzreferenzchen schrieb:
> Das stimmt so nicht, wenn du driekt in die Register des ATMEGA schreibst
> kannst du auch viel höhere Frequenzen erzeugen. Einfach mal googlen, da
> gibt es viele Websites dazu. Ansonsten wäre da ein STM32 die bessere
> Alternative.

Auf den STM32 würde ich gern verzichten, weil alle Schaltung in diesem 
Projekt(mehrere CAN-Bus-knoten) auf Arduinobasis arbeiten. das würde ich 
der Einfachheit halber gern beibehalten. Und wie du schon erwähnt hast 
und ich jetzt auch nachgelesen habe, kann der Arduino ja auch noch mehr. 
das reicht mir hoffentlich

> Die Spule sollte passen, aber bedenke etwas die Abstrahlung der Spule
> und Leitungen bei höheren Frequenzen beim Layout, das kann ggf.
> Interferenzen in deine Schaltungen schießen, was diese nicht mögen
> werden.

gedacht habe ich mir das schon mit der Abstrahlung. was das fürs Layout 
bedeutet weiß ich noch nicht so ganz. Ich möchte die Interferenzen 
natürlich so klein wie möglich halten.
Daran muss ich noch arbeiten und mich bilden.

bis dahin besten Dank
Christoph

von Bernd K. (bmk)


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Guest schrieb:
> Du kannst das auch mit einem P-FET machen brauchst aber einen anderen
> Treiber. N-FETs bieten eben den Vorteil das sie einen deutlich
> geringeren Innenwiderstand haben (um Faktor 10 und mehr kleiner) daher
> macht das gerade bei so hohen Strömen Sinn.

Faktor 10 war mal, inzwischen gibt es durchaus P-MOSFET mit ansehnlichen 
Leistungsdaten. Beispiel:

https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-IPB180P04P4L_02-DS-v01_03-en.pdf?fileId=db3a30432f69f146012f7845736e2e49&ack=t

von Guest (Gast)


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Bernd K. schrieb:
> Faktor 10 war mal, inzwischen gibt es durchaus P-MOSFET mit ansehnlichen
> Leistungsdaten. Beispiel:

Ja immernoch knapp doppelt so hoch wie Power N-FETs. Mal davon abgesehen 
das die Gate Kapazität ziemlich hoch ist und das Teil allein durch die 
Schaltverluste bei der Frequenz gut heiß wird. Die Reverse Recovery Time 
der Diode könnte auch etwas schneller sein.

Ich verwende das hier für einen Inverter. Das macht die Frequenz 
problemlos mit.

https://www.infineon.com/cms/de/product/power/mosfet/12v-300v-n-channel-power-mosfet/bsc014n06ns/

von Ayoub Ezzine (Gast)


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Hallo liebe Gemeinde

anbei habe ich eine Schaltung gehängt. Das Ziel ist die Eingenschaften 
des Transistors "DuT" zu messen und in einem Display zu anzeigen. Nicht 
alle Eigenschaften sondern nur Ic und Uce.

Die Schaltung besteht links aus einer spannungsgestreuerten Stromquelle, 
um den Strom Ib zu erzeugen. Und rechts aus einem Integrator um die 
Spannungs Uce zu erzeugen. Und das ganze erfolgt durch eine Arduino Due 
(3,3V PWM-Signal).

Wir haben einen Treiber nachdem Integratot verwendet um den Strom Ic zu 
erhöhen. Das hat aber nicht richtig funktioniert.

Deswegen ich möchte um einen Korrektur unserer Schaltung oder eine 
andere Lösung bitten.

Schöne Grüße
Ayoub Ezzine

von Guest (Gast)


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Ist es so schwer hier einen neuen Beitrag zu eröffnen, dass man die 
Beiträge anderer Nutzer kapern muss die inhaltlich nichts mit dem Thema 
zu tun haben?

Zu der Schaltung, Das ist kein Integrator sondern ein 
nichtinvertierender Verstärker an dem mittels eines Tiefpasses am 
Eingang ein PWM geglättet wird. Die Konstantstromquelle sieht aus als 
könnte sie funktionieren. Was den versuch angeht einen 
Gegentaktverstärker zu bauen so wundert es mich nicht das das nicht 
Funktioniert. Mach dir mal die Funktion klar wie so ein Teil 
funktioniert da gibt es massenhaft Infos Online. Sinnigerweise nimmt man 
dann eher Gleich einen OpAmp bei dem "Integrator" der genug Strom 
treiben kann. Ich nehme mal nicht an das ihr da mehrere Ampere 
durchjagen wollt, es gibt genug die mehrere 100mA oder mehr können.

Ansonsten ist mir nicht ganz klar was Ihr damit der ganzen Schaltung 
wirklich bezwecken wollt. Irgendwie bin ich mir nicht so ganz sicher ob 
ihr die Funktionsweise eines Transistors so richtig versteht. So ein 
paar mehr Infos währen da schon nicht verkehrt.

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