Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wahl des SynchrongleichrichterMOSFETs für Buck Converter


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von A. S. (rava)


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Hallo zusammen,
Ich lege gerade einen experimentellen Buck-Regler aus, der in einem 
großen Arbeitsbereich einigermaßen sinnvoll arbeiten soll. Die 
Eingangsspannungen liegen zwischen 7V und 24V, herauskommen sollen 
wahlweise Spannungen zwischen 2V und 15V. Die maximalen RMS-Lastströme 
werden in allen Arbeitsbereichen unter 5A liegen.

Ich habe gelesen, dass die Wahl des GleichrichterMOSFETs nicht ganz 
einfach wird und wollte fragen, worauf ich hier eurer Meinung nach 
achten muss.

Aktuell plane ich, den RT8298 DCDC-Wandler bei ca. 600kHz mit einem 
NVMFS4C03N zu betreiben. Strom und Spannung müssten passen (30V, 160A). 
Weder Leitungs noch Schaltverluste sollten hier der Rede Wert sein - 
auch ohne zusätzliche Kühlung. Die Gateladung von 21nC liegt bei 4.5V 
noch unter den geforderten 50nC bei 5V. Logic Level support scheint 
gegeben (2mOhm bei 5V Gatespannung).

Fehlt also etwas? Schaltverzögerung & Rise time liegen jeweils bei 0-30 
ns, die minimale Schaltzeit des RT8298 hingegen bei 100ns - bei meinen 
out/in-Spannungsverhältnissen wohl eher schlimmstenfalls bei 200ns. Ich 
hätte gehofft, dass das im akzeptablen Bereich liegt. Was meint ihr?

habt ihr Empfehlungen hinsichtlich schottky vs body diode?

Kann man die extrakurzen Beinchen von "SO−8 FLAT LEAD" per Hand löten?

: Bearbeitet durch User
von switschi (Gast)


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A. S. schrieb:
> die minimale Schaltzeit des RT8298 hingegen bei 100ns

Nein, das ist seine minimale Einschalt-Dauer Highside (kürzer als
100ns kann er den oberen Schalter nicht aktivieren, bzw. erst nach
mind. 100ns wieder ausschalten).

Schalten tut er sehr viel schneller.

Auch sind die 50nC max. entweder als "ab da funktioniert wohl gar
nichts mehr" zu betrachten, oder einfach zu reichlich angegeben...

Der ausgesuchte riesige Fet würde recht schlecht funktionieren.

Es ist so:

Bei 2:1 leiten Highside und Lowside Schalter so ca. gleich lang
(so daß der Strom, und der stromabh. Verlust, sich zeitlich recht
genau aufteilen).

In diesem Fall (bzgl. 2:1) könnte sogar ein 45mOhm Mosfet reichen.
Gleicher Wert wie Highside eben.

Aber im DaBla stehen < 30mOhm (weil es bzgl. FOM (Google "Figure of
Merit Mosfet") diskret noch weit bessere Fets gibt, als im IC drin).

Die kannst Du, sofern Du oft 2:1 unterschreiten willst bei max.
Strom, gut und gern halbieren - mehr würde ich eher ungern. Und
da -also bei 12-15mOhm- würde ich schon nach sehr niedriger Q_gate
Ausschau halten, damit nicht zu langsam geschaltet wird.

Solltest Du öfter U_aus > 1/2 U_ein haben wollen, ists umgekehrt:
Denn dazu müßte der obere Fet länger leiten, und der untere dürfte
auch über 30mOhm haben, ohne die Effizienz stark zu drücken.

Ein Bereich U_aus genügt also genaugenommen gar nicht zur sinnigen 
Dimensionierung - man müßte es genauer wissen.

Verwirf o.g. Fet, und gehe mal genauer auf Deine Absichten ein.

von Michael X. (Firma: vyuxc) (der-michl)


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Seltsame Topologie. Ich würde nach einem komplett integrierten Switcher 
schauen. Oder gibt es Preisprobleme daß du den Richtek nehmen mußt?

von A. S. (rava)


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hey, danke für eure Antworten. Ich habe also schonmal auf die richtigen 
Werte geschaut, diese nur falsch priorisiert.

erstmal zur Netiquette, in der Hoffnung, hier nicht schon wieder einen 
Streit loszutreten:

switschi schrieb:
> gehe mal genauer auf Deine Absichten ein.
Michael X. schrieb:
> Oder gibt es Preisprobleme

wie oben geschrieben, wird es ein Experimentierboard. In erster Linie 
möchte ich etwas lernen, aber: Da ich nicht so gerne Platinen mache, nur 
um die dann nach ein paar Experimenten zu entsorgen, suche ich immer 
nach sinnvollen Anwendungszwecken (#öko).
Dieses Board wird also zunächst im 12V -> 7.4V Setting betrieben, und 
sollte da vollen Strom liefern. Aber auch 24V Eingang und/oder 5V 
Ausgang könnten sinnvolle Anwendungsfälle sein.
Meine Auslegung beinhaltet natürlich auch extremere Tastverhältnisse. 
Und da ich flexibel bleiben möchte, würde ich versuchen, die Bauteile so 
zu wählen, dass ich viele Situationen abdecken kann.
In dem Bereich, in dem ich arbeiten möchte ist wenigstens die 
Farnell-Auswahl an ICs ziemlich klein (ich hätte gerne noch einen SYNC 
pin).
Kandidaten waren noch MAX1653 und LMR14050. Aber nicht nur sind sie 
teurer, auch arbeiten sie mit niedrigeren Frequenzen. Dann würden wir 
hier wohl eher über Spulen disktuieren als über FETs.

switschi schrieb:
> sofern Du oft 2:1 unterschreiten willst...

wie gesagt, ja das ist denkbar. Der Extremfall 24V->2V würde bei 600kHz 
schon zu t_on von 140ns für den internen highside-switch führen, aber 
das ist ja laut Datenblatt erlaubt.

Aber uns geht es ja um den synchronen FET zum internen Transistor, der 
wäre dann die meiste Zeit leitend. Gilt selbst dann deine 
12...15mRds-Vorgabe immer noch?

Im anderen Extremfall, also möglichst hohe Ausgangsspannungen greifen 
dann demnach eher die nC- und vor allem SlewRate Grenzwerte, oder? Ich 
bin hier davon ausgegangen, dass 100ns auch eine Hausnummer ist. 
Zugegebeneermaßen: eine "low dropout"-Auslegung ist mir nicht so 
wichtig. die Eingangsspannung anzupassen, sollte ja meistens möglich 
sein in einem Prototyping-Setting.


Ich habe nochmal gesucht und wenn ich etwas großzügiger mit Rdson bin, 
und zwischen 12...15mR suche, dann lande ich beispielsweise bei dem 
angehängten PMV15UNEA.
Bei 175°C geht er aber auf 40mR hoch, was unter 5A-Last Verlusten von 
fast 1W führt. Das abzuführen wird dann schon schwierig, aber man kann 
argumentieren, dass der RMS-Strom fast immer niedriger ist, und im Falle 
von hohen Tastgraden auch mal ein niedrigerer Ausgangsstrom akzeptabel 
ist.

Laut Datenblatt erreicht der am Gate selbst mit 9nC schon seine 5V 
Spannung und schaltet sauber durch. Aber die Charakteristik ist auch mit 
11...17nC angegeben und damit ist es doch von meinem Monster aus dem 
Eingangspost gar nicht so weit entfernt, oder?

Wäre der wirklich besser? Oder sollte man eher den Dicken mit einer 
parallelen Schottky-Diode brücken, um zu langsame Schaltvorgänge 
abzufangen?

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