Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik SMD Mosfet mit Z-Diode für induktive Last


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von Nick S. (kolbi)


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Hallo,

Kennt jemand einen kleinen SMD Fet (max.6A) mit integrierter Z-Diode für 
induktive Lasten? Hatte mal sowas für Lochraster, aber die Bezeichnung 
vergessen. War sehr zufrieden damit, da man sich die externe 
Freilaufdiode sparen kann.

Lg

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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a) Eine Bodydiode, die als Freilaufdiode arbeiten kann, hat fast jeder 
Mosfet.
b) Es gibt Mosfet, die haben ZD zum Schutz des Gates vor statischen 
Überspannungen integriert.

von Jens G. (jensig)


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Dieter D. schrieb:
> a) Eine Bodydiode, die als Freilaufdiode arbeiten kann, hat fast jeder
> Mosfet.

Aber nur, wenn Gegentaktausgang. Und davon war bis jetzt keine Rede.
Bei einer simplen Schaltstufe wirkt die nicht als Freilaufdiode.

: Bearbeitet durch User
von Mani W. (e-doc)


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Nick S. schrieb:
> da man sich die externe
> Freilaufdiode sparen kann.

Eine Bodydiode ersetzt nicht eine Freilaufdiode!

von Manfred P. (pruckelfred)


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Jens G. schrieb:
>> Bodydiode, ..
> Bei einer simplen Schaltstufe wirkt die nicht als Freilaufdiode.

Mani W. schrieb:
> Eine Bodydiode ersetzt nicht eine Freilaufdiode!

Gibt es dafür eine Begründung?

von Jens G. (jensig)


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Manfred P. schrieb:
> Jens G. schrieb:
>>> Bodydiode, ..
>> Bei einer simplen Schaltstufe wirkt die nicht als Freilaufdiode.
>
> Mani W. schrieb:
>> Eine Bodydiode ersetzt nicht eine Freilaufdiode!
>
> Gibt es dafür eine Begründung?

Weil die Induktivität das so will.

von Max D. (max_d)


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Manfred P. schrieb:
> Jens G. schrieb:
>>> Bodydiode, ..
>> Bei einer simplen Schaltstufe wirkt die nicht als Freilaufdiode.
>
> Mani W. schrieb:
>> Eine Bodydiode ersetzt nicht eine Freilaufdiode!
>
> Gibt es dafür eine Begründung?

Weil die beim Ausschalten induzierte Spannung an der Diode in 
Sperrrichtung wirkt ?
Bei einer H-Brücke leitet die Body-Diode des komplementären FETs, bei 
einer open-drain Anwendung existiert der aber nicht...

von Michael B. (laberkopp)


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Nick S. schrieb:
> Kennt jemand einen kleinen SMD Fet (max.6A) mit integrierter Z-Diode für
> induktive Lasten?

Nein. 6A ist zu viel. Denn die Freilaufdiode muss ja als Z-Duode wirken, 
das gäbe Freilaufspannung * 6A als Verlustleistung.

Aber es gibt Relaistreiber, quasi 1-kanalige ULN2003:

DRDNB21D (2 Stück in SOT363) oder MDC3105 (1 Stück in SOT23 mit 6.6V) 
NDC/NUD3105/3112/3124/3160=SSM3K357 (1 in SOT23 7/28/60V bis 150mA)

von K. S. (the_yrr)


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Ich kenne die SZNUD3124 als Relais Treiber, die können aber lange nicht 
den Strom, eher 0.15A. Eine Zener Diode zwischen Drain und Gate macht 
den ganzen FET zur quasi leistungs-zener. Evtl. kann man die Interne 
Beschaltung aus dem Datenblatt an einem starken FET extern ergänzen.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Jens G. schrieb:
> Aber nur, wenn Gegentaktausgang.

Trotzdem war die Aussage mit  "kann" nicht verkehrt, weil das die 
besonderen Umständen (hier Halb-Brückenschaltung) mit einschließt.

Ganz dunkel erinnere ich mich vor wenigen Jahren so eine Frage gelesen 
zu haben. Meinte zeno hatte auch die NUD, wie Laberkopp erwähnt. Die 
Verlustleistung beim Flyback ist das Problem für den Chip.

K. S. schrieb:
> Eine Zener Diode zwischen Drain und Gate macht
> den ganzen FET zur quasi leistungs-zener.

Da zerhaut es das Gate, wenn es sich nicht um einen Mosfet handelt, der 
gegen ESD bereits eine integrierte ZD zwischen Gate und Source hat.

Du meintest vermutlich zwische Drain und Source.

von Michael B. (laberkopp)


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Dieter D. schrieb:
> Da zerhaut es das Gate, wenn es sich nicht um einen Mosfet handelt, der
> gegen ESD bereits eine integrierte ZD zwischen Gate und Source hat.
> Du meintest vermutlich zwische Drain und Source.

Unsinn.

Der MOSFET kann nur als Leistungs-Z-Diode arbeiten wenn er oberhalb der 
Zenerspannung einschaltet, also über eine Kleinleistungs-Zener vom Drain 
zum Gate Spannung aufs Gate bekommt.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Dieter D. schrieb:
> K. S. schrieb:
>> Eine Zener Diode zwischen Drain und Gate macht
>> den ganzen FET zur quasi leistungs-zener.
>
> Da zerhaut es das Gate, wenn es sich nicht um einen Mosfet handelt, der
> gegen ESD bereits eine integrierte ZD zwischen Gate und Source hat.
>
> Du meintest vermutlich zwische Drain und Source.

Nein. Er meint das genau so wie geschrieben.

Eine Z-Diode zwischen Drain und Gate, die im Normalfall sperrt. Wenn die 
Spannung über dem MOSFET über die Z-Spannung steigt (z.B. eben durch das 
Abschalten eines induktiven Verbrauchers), dann steigt die Gatespannung, 
der MOSFET beginnt zu leiten und begrenzt die Drain-Source Spannung auf 
Z-Spannung + die für den Drainstrom benötigte Gate-Source Spannung.

Und da sieht man auch die zwei Knackpunkte:

1. man darf das Gate des MOSFET nicht hart auf GND schalten, sonst kann 
die Z-Diode nicht wirken.

2. der MOSFET muß in der Lage sein, den Drainstrom abzuleiten und die 
Verlustleistung aus Drainstrom und (näherungsweise) Z-Spannung 
aushalten. Zumindest für die Zeitdauer des Abschaltimpulses.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)



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Michael B. schrieb:
> Unsinn.

Glaube da wurde etwas missverstanden. Übrigens ist mir das bei K.S. auch 
passiert.

Das Bild beschreibt, was der TO meint. Der Mosfet muss dabei auch die 
Leistung im Linearbetrieb abkönnen.

Wenn der TO von 6A schreibt, wird es sich deutlich um höhere Spannungen 
als 3,3...5V handeln, nehme ich an. Der Baustein hat vermutlich nicht 
aus Jux die ZD doppelt im Gatepfad, obwohl nur für wenig Spannung. 
Gegebenenfalls muss der Gatetreiber diesen Impuls auch verkraften.

: Bearbeitet durch User
von Jens G. (jensig)


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Anstatt des ganzen Freilauf- und Z-Dioden-Kram kann man sich auch 
überlegen, Mosfets mit definiertem Avalanche-Verhalten zu nutzen. Muß 
man sich halt ausrechen, ob Mosfet und Spule zusammenpassen.

von H. H. (Gast)



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Jens G. schrieb:
> Mosfets mit definiertem Avalanche-Verhalten

Siehe Anhang.

von Mani W. (e-doc)


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von Rainer W. (rawi)


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Axel S. schrieb:
> 2. der MOSFET muß in der Lage sein, den Drainstrom abzuleiten ...

Das wird er wohl schaffen. Im dauereingeschalteten Zustand (bei 
laufendem Motor) schafft er das doch auch.

> ... und die Verlustleistung aus Drainstrom und (näherungsweise)
> Z-Spannung aushalten. Zumindest für die Zeitdauer des Abschaltimpulses.

MOSFETs sterben nicht an Leistung, sondern an Temperatur.
Der Puls beim Abschalten ist gewöhnlich so kurz, dass er so schnell gar 
keine Wärme abgeben kann. Die Energie vom gesamten Puls bleibt daher im 
Chip, d.h. es kommt im Wesentlichen nicht auf die Leistung, sondern auf 
die Energie an.

von Mani W. (e-doc)


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Rainer W. schrieb:
> MOSFETs sterben nicht an Leistung, sondern an Temperatur.

Full Ack!

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Rainer W. schrieb:
> d.h. es kommt im Wesentlichen nicht auf die Leistung, sondern auf
> die Energie an.

Energie = Leistung x Zeit(Takt und Taktverhältnis)

Es kommt daher auf die Leistung und die Zeit an. Die Pause zwischen den 
Schaltungen muss ausreichen bis der Chip die Wärme an die Umgebung 
weitergereicht hat.

von Mani W. (e-doc)


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Wenn der Mosfet nicht mehr als Schalter arbeitet, geht das
blitzschnell und ohne Wärme...

Ohne Wärme, die außen spürbar wird, aber drinnen einfach durchbrennt
oder verschmilzt....

: Bearbeitet durch User
von Jens G. (jensig)


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Rainer W. schrieb:
> MOSFETs sterben nicht an Leistung, sondern an Temperatur.
> Der Puls beim Abschalten ist gewöhnlich so kurz, dass er so schnell gar
> keine Wärme abgeben kann. Die Energie vom gesamten Puls bleibt daher im
> Chip, d.h. es kommt im Wesentlichen nicht auf die Leistung, sondern auf
> die Energie an.

Für sowas hat der Transistor-Gott die Diagramme bezüglich der effektiven 
Transient Thermal Impedance erfunden, die man im DB bei praktisch jedem 
Leistungs-Mosfet vorfinden kann.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Nick S. schrieb:
> Kennt jemand einen kleinen SMD Fet (max.6A) mit integrierter Z-Diode für
> induktive Lasten?
So eine Schaltung taugt aber nur, wenn du die Last nur ein paar mal am 
Tag ein- und ausschaltest. Bei PWM ist diese Art der Energievernichtung 
im Mosfet kontraproduktiv.

Rainer W. schrieb:
> Die Energie vom gesamten Puls bleibt daher im Chip
Und nicht mal "im Chip" als Ganzes, sondern als zerstörender Hotspot nur 
auf einem kleinen Teil des Chips.

Jens G. schrieb:
> Transient Thermal Impedance erfunden, die man im DB bei praktisch jedem
> Leistungs-Mosfet vorfinden kann.
Und die findet man eben nicht bei den "einen kleinen SMD Fet", nach 
denen der Nick sucht.

von Jens G. (jensig)


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Quatsch - dieses Diagramm findet man sogar bei Mini-Teilen wie dem 
BSS138.

Bis jetzt wissen wir ja noch nicht mal, wonach er wirklich sucht. Er gab 
zwar an, einen 6A-Mosfet zu suchen, aber oftmals meint man damit nur, 
daß die Spule soviel zieht, und schon wird aus dem niedlichen SMD-Mosfet 
ein etwas größerer ...

: Bearbeitet durch User
von Nick S. (kolbi)


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Scheinbar hatte hier noch nie jemand einen Mosfet in der Hand, der statt 
der Body-Diode eine Z-Diode hat. Was hier gerätselt und von 
irgendwelchen Treibern geredet wird, geht mir nicht in den Sinn. Thema 
kann zu, das wird nix mehr.

von Michael (Firma: HW Entwicklung) (mkn)


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Nick S. schrieb:
> Scheinbar hatte hier noch nie jemand einen Mosfet in der Hand, der statt
> der Body-Diode eine Z-Diode hat.

Nö, hatte ich nich nie und ich bin schon lange im Geschäft.
Kein Grund maulig quackig zu werden. Deine Anforderungen sind komisch.

Die Body Diode ist auch nichts was man extra einbaut. Die ensteht durch 
den Herstellungsprozess und ist des öfteren sogar äußerst unbeliebt.

Es gibt jedoch Avalanche feste Fets, die den Überspannungsdurchbruch 
überleben und es gibt welche die eine aktive Klemmschaltung haben, d.h. 
den Fet kontrolliert aufsteuern um die Spitze abzubauen.
Die haben dann oft auch gleich OCP und OTP und nennen sich IntelliFet 
oder Profet oder einen anderen wohlklingenden Namen zu einem Preis der 
ein Vielfaches eines Fets + Diode beträgt.

Ist aber alles am falschen Ende.
Die Energie einer Freilaufdiode ist Vf * I, also irgendwas bei <1V * I.
Die Klemmdiode muß Uz * I verkraften.
Also erheblich mehr und das geht rein in Wärme.

Merke:
Wenn man ein Bauteil benötigt, das scheinbar nie jemand benötigt, ist es 
meist nicht der Markt der sich irrt.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Nick S. schrieb:
> Scheinbar hatte hier noch nie jemand einen Mosfet in der Hand, der statt
> der Body-Diode eine Z-Diode hat.

Das hat noch niemand. Denn die Body-Diode entsteht bei der Herstellung 
des MOSFET automatisch. Eine Z-Diode könnte höchstens zusätzlich zur 
Body-Diode eingebaut sein, niemals statt dieser.

Aber auch dann wird es keine normale Z-Diode sein, sondern eher etwas 
TVS-artiges. Sofern nicht gleich die DS-Strecke des MOSFET avalanchefest 
ausgelegt wird.

Oder halt die hier breit diskutierte Variante von Z-Diode zum Gate. Die 
wird übrigens als active clamp circuit bezeichnet.

: Bearbeitet durch User
von Arno H. (arno_h)


Angehängte Dateien:

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Axel S. schrieb:
>
> Das hat noch niemand. Denn die Body-Diode entsteht bei der Herstellung
> des MOSFET automatisch.
Automatisch entsteht ein parasitärer BJT, dessen Basis-Emitter-Strecke 
durch Metallisierung mit Absicht kurzgeschlossen wird. Siehe Seite 4.

Arno

von Jens G. (jensig)


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Nick S. schrieb:
> Scheinbar hatte hier noch nie jemand einen Mosfet in der Hand, der statt
> der Body-Diode eine Z-Diode hat.

Gibt's auch nicht, und den hast Du auch noch nie gehabt, erst recht 
nicht für Lochraster. Das hast Du bloß noch nicht begriffen ...

: Bearbeitet durch User
von Mani W. (e-doc)


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Nick S. schrieb:
> Scheinbar hatte hier noch nie jemand einen Mosfet in der Hand, der statt
> der Body-Diode eine Z-Diode hat.

Scheinbar weist Du mehr als die, die -zig Jahre mit Mosfets zu
tun haben, und wer auf Lochraster aufbaut, der hat sicher noch
ein Plätzchen frei für eine richtige Freilaufdiode...

Anscheinend denkst Du, dass hier ganz Unbedarfte schreiben...

von Bauform B. (bauformb)


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Irgendein Erklärvideo so: "...der FET verhält sich jetzt wie eine 
Zenerdiode..." und nachdem das jeder FET so macht, ist der Unterschied 
nur, wie gut diese "Zenerdiode" spezifiziert ist.

Ein gutes Beispiel mit 55V "Zenerspannung": IRL3705, den gibt es für 
Lochraster als TO-220 oder TO-262 aka IPAK oder als D²PAK.

Natürlich darf die Induktivität nicht zu groß und die Schaltfrequenz 
nicht zu hoch sein.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Im DB taucht dort nirgends das Wort Zener auf. Das sollte dir doch zu 
Denken geben, oder?!

von Bernd W. (berndwiebus) Benutzerseite


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Hallo Jens G.

Jens G. schrieb:

>> a) Eine Bodydiode, die als Freilaufdiode arbeiten kann, hat fast jeder
>> Mosfet.
>
> Aber nur, wenn Gegentaktausgang. Und davon war bis jetzt keine Rede.
> Bei einer simplen Schaltstufe wirkt die nicht als Freilaufdiode.

Richtig. Ausserdem sind die meisten Bodydioden als parasitäre Elemente 
meist nicht extra in ihren Leistungsdaten spezifiziert und die meisten 
Bodydioden sind auch recht träge.

Es gibt nur wenige Ausnahmen, wo die Dodydiode im datenblatt auch 
spezifiziert ist.

Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic
http://www.l02.de

von Bernd W. (berndwiebus) Benutzerseite


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Hallo Manfred P.

Manfred P. schrieb:
>>> Bodydiode, ..
>> Bei einer simplen Schaltstufe wirkt die nicht als Freilaufdiode.
>
~~~
~~
~
>> Eine Bodydiode ersetzt nicht eine Freilaufdiode!
>
> Gibt es dafür eine Begründung?

Ja. Wenn Du eine Induktivität schaltest, versucht diese, den bisherigen 
Zustand des Stromes zu erhalten. Beim Abschalten eines Spulenstromes
würde dieser also versuchen weiter zu fliessen, und, da das 
Schaltelement nun einen hohen Widerstand besitzt, dort eine hohe 
Spannung erzeugen.

Das ist bei einem abschaltenden Transistor aber in seiner Flussrichtung, 
und in dieser Richtung würde eine MOSFET Bodydiode sperren.

Die Bodydiode eines Transistors kann also im allgemeinen nur als 
Freilaufdiode wirken, wenn das Schaltelement nicht der Transistor selber 
ist.

Über alles gesehen sind in den meisten Fällen die Bodydioden eher lästig 
als nützlich.

Aus EMV Gründen sollte eine Freilaufdiode auch möglichst dicht an der 
betreffenden Induktivität plaziert werden.

Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic
http://www.l02.de

: Bearbeitet durch User
von Jens G. (jensig)


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Bernd W. schrieb:
> Richtig. Ausserdem sind die meisten Bodydioden als parasitäre Elemente
> meist nicht extra in ihren Leistungsdaten spezifiziert und die meisten
> Bodydioden sind auch recht träge.

Beim Einschalten Richtung Durchflußrichtung sind die eigentlich immer 
schnell genug (wie jede andere Diode auch). Nur andersherum nach dem 
"Spulenspannungsrückschlag" sollte man der die eine oder andere µs Zeit 
lassen, um sich setzen zu können (Recoverytime).

: Bearbeitet durch User
von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Jens G. schrieb:
> Nur andersherum nach dem "Spulenspannungsrückschlag" sollte man der die
> eine oder andere µs Zeit lassen, um sich setzen zu können
> (Recoverytime).
Wenn es nicht grade eine Schottkydiode ist, die das Wort "trr Reverse 
Recovery Time" oder "Sperrverzugszeit" nicht kennt (bzw. die sich dort 
im unteren einstelligen ns-Bereich abspielt).

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