Probleme mit Gate-Treiber

[Lasse Z. (lasse_z)]

Moin zusammen,
ich habe zwei Probleme bzw. Fragen in Bezug auf die Nutzung eines 
low-side Gate Drivers (ZXGD3009E6). Ich möchte einen MOSFET 
(BSC007N04LS6) statisch ein- bzw. ausschalten (und in Zukunft vllt. auch 
mit PWM). Mikrocontroller läuft mit 5V, es soll ein Motor mit 
Vcc=7V..12.6V angetrieben werden. Da der MOSFET logic-level-ready ist, 
könnte ich ihn natürlich direkt mit einem GPIO (Attiny1617) ansteuern, 
solange ich ihn nicht schnell schalten möchte. Ich möchte ihn aber 
gerne, um Schaltverluste zu reduzieren, 1. mit höheren Strömen schalten 
und 2. das Gate auf mehr als 5V bringen (und zwar Vcc). Deshalb habe ich 
die Schaltung im Anhang realisiert (/schematic.png/). Zwei Probleme:

1. Das Aufladen des Gates dauert bei R_out=50 Ohm ca. 5.4us, während die 
Entladung mindestens 1ms(!) dauert (siehe /lohi.png/ und /hilo.png/). 
Vermutlich(?) entlädt sich der MOSFET nur über den Pulldown-Widerstand, 
nicht aber über den Sink-Pin des ICs. Woran könnte das liegen? Ohne 
kapazitive Last - d.h. ohne MOSFET - (/noload.png/) sieht man auch einen 
seltsamen Abfall des Pegels am Output des Gatetreibers, den man nicht 
beim GPIO sieht.

2. Ich habe eigentlich Vout=Vcc erwartet, erreiche aber nur Vout=Vin=5V. 
Ist das normal? Laut Datenblatt (S. 4/8) ist Vout typischerweise 
Vcc-0.4V. Gilt das nur für Vin=Vcc? Falls das also normal ist, muss ich 
dann bspw. auf den UCC27517A zurückgreifen? Oder welcher Gatetreiber 
bietet sich an?

Vielen Dank für jede Hilfe! Das Ganze ist bei mir nur ein Hobby, also 
rechnet bei mir nicht mit viel Wissen.

Weil ich keine Links einbetten kann:
- https://www.diodes.com/assets/Datasheets/ZXGD3009E6.pdf
- 
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ucc27517a.pdf?HQS=dis-mous-null-mousermode-dsf-pf-null-wwe&ts=1691697748874&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.mouser.de%252F
- 
https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-BSC007N04LS6-DataSheet-v02_03-EN.pdf?fileId=5546d462689a790c0168bcd9a63a4815

[H. H. (Gast)]

Lasse Z. schrieb:
> 2. Ich habe eigentlich Vout=Vcc erwartet, erreiche aber nur Vout=Vin=5V.
> Ist das normal?

Ja, das ist für den Emitterfolger ganz normal, eigentlich sogar 0,7V 
weniger.

Du hast den falschen Chip erwischt.

[Vanye R. (vanye_rijan)]

> Vielen Dank für jede Hilfe! Das Ganze ist bei mir nur ein Hobby, also
> rechnet bei mir nicht mit viel Wissen.

Schau doch mal wie ich das hier einfach nur mit Transistoren mache:

Beitrag "Batterietester / Innenwiderstand"

Du hast da die Simulation und siehst auch wie die reale Schaltung
schaltet und mein Mosfet hat eine Gatekapazitaet aus der Hoelle. :-D
Kollektor von Q2 bei dir direkt an 12V und R5 weglassen.

Vanye

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Lasse Z. schrieb:
> Deshalb habe ich die Schaltung im Anhang realisiert (/schematic.png/).
In der Schaltung ist kein Mosfet und keine Last eingezeichnet. Was sieht 
man auf den drei Oszibildern? Mit welcher Beschaltung wurden diese 
Bilder aufgenommen? Was ist "noload"?

> Laut Datenblatt (S. 4/8) ist Vout typischerweise Vcc-0.4V.
> Gilt das nur für Vin=Vcc?
Steht genau so im Kommentar.

Mit der Innenbeschaltung des "Treibers" im Schaltplan statt eines 
viereckigen Kastens ist leicht zu erkennen, was da schiefgeht. Dort 
siehst du, dass (wenn der Transistor zu leiten beginnt) am Emitter des 
Highside-Transistors immer ca. (0,4..)0,7V weniger herauskommen werden 
als an dessen Basis anliegen. Stichwort: Kollektorschaltung (aka. wie 
erwähnt als "Emitterfolger").

Lasse Z. schrieb:
> während die Entladung mindestens 1ms(!) dauert
Auch hier hast du die Diode drin. Der Transistor leitet also nur bis ca. 
0,7V, dann beginnt er zu sperren (das Datenblatt gibt 0,5V an). D.h. der 
Mosfet wird zwar schnell bis 0,7V entladen, dann aber nur noch über 
Leckströme.

Jetzt hast du zudem einen Mostfet ausgesucht, der eine ausgesucht 
niedrige VGS(th) hat und deshalb erst entsprechend spät sperrt.

> Ich möchte ihn aber gerne, um Schaltverluste zu reduzieren, 1. mit
> höheren Strömen schalten
Achtung, kleine Fußangel: "schneller Umschalten" bedeutet auch "steilere 
Flanken" und damit "mehr hochfrequente Störungen".


Mein Tipp: steuere den Fet einfach direkt mit dem µC-Pin an.  Mit 5V 
schaltet der auf unter 1mOhm durch.
Und die Gateladung im Bereich um 40nC wird (bei PWM-Frequenzen im für 
Motoren sinnvollen Rahmen) den µC nicht überfordern.

[Falk B. (falk)]

Lasse Z. schrieb:
> Moin zusammen,
> ich habe zwei Probleme bzw. Fragen in Bezug auf die Nutzung eines
> low-side Gate Drivers (ZXGD3009E6). Ich möchte einen MOSFET

Da hast du dir den ungünstigsten Treiber aller Zeiten ausgesucht! Zumal 
das nur zwei Bipolartransistoren sind. Da ist kein Pegelwandler 
drin. Und 50 Ohm Gatewiderstand für Laden und Entladen sind auch 
unsinnig hoch. Mit 5V aus einem AVR kann man einen 5V Logic Level MOSFET 
direkt ansteuern, selbst bei VIELEN kHz. Ohne zusätzlichen 
Gatewiderstand.

Beitrag "Re: Transistor, 1A, 4MHz Schaltfrequenz"

[Lasse Z. (lasse_z)]

Danke für eure Antworten!

Vanye R. schrieb:
> Schau doch mal wie ich das hier einfach nur mit Transistoren mache:

Im Prinzip genau das, was ich brauche, aber der Platzbedarf für die 
einzelnen Transistoren ist leider zu groß - deshalb suche ich nach einer 
IC-Lösung.

Lothar M. schrieb:
> steuere den Fet einfach direkt mit dem µC-Pin an.  Mit 5V
> schaltet der auf unter 1mOhm durch.

Mein Ziel war, Rds(On) weiter zu reduzieren, weil ich doch recht große 
Ströme schalten muss (Airsoftmotor, d.h. durchschnittlich irgendwo 
zwischen 15A und 40A, noch schlimmere Peaks). Mit 5V über den µC läuft's 
aber im Testsetup problemlos und kühl, also spricht wohl nichts dagegen.

Auf die Gefahr hin, naiv zu klingen: Bietet sich dennoch der UCC27517 
an? Laut Beitrag "Re: 12V Schaltsignal via 3V3 nicht invertierend" soll er 
sehr stromhungrig sein, im Datenblatt finde ich aber nur 
Startup-Currents im Bereich von Mikroampere (was für meine Zwecke 
überhaupt kein Problem ist). Erscheint mir mit seinen max. 4A 
source/sink völlig übertrieben, ist aber günstig, einfach implementiert 
und vor allem klein. An sich vielversprechend, aber wohl der Inbegriff 
von "mit Kanonen auf Spatzen schießen".

[Falk B. (falk)]

Lasse Z. schrieb:
> Danke für eure Antworten!
>
> Vanye R. schrieb:
>> Schau doch mal wie ich das hier einfach nur mit Transistoren mache:
>
> Im Prinzip genau das, was ich brauche, aber der Platzbedarf für die
> einzelnen Transistoren ist leider zu groß - deshalb suche ich nach einer
> IC-Lösung.

Es gibt gescheite Treiber in SOT-23. MCP1402 und viele andere.

> und vor allem klein. An sich vielversprechend, aber wohl der Inbegriff
> von "mit Kanonen auf Spatzen schießen".

Du sagst es.

[Lasse Z. (lasse_z)]

Falk B. schrieb:
> Es gibt gescheite Treiber in SOT-23. MCP1402

Danke, der sieht genau richtig aus!