MOSFET-Treiber; Supply Voltage Problem

Der L. schrieb:

Als Problem habe ich die Supply-Voltage ausgemacht.

Ich tippe sehr, du jagst Geistern hinterher. Miss mal "Masse gegen Masse" also einfach die Tastspitze auf die an die Schaltung angeschlossene Masseklemme halten. Was misst du dann?

Der MOSFET wird über einen Gate-Treiber betrieben.

Wie sieht die reale Schaltung, das Layout und der gesamte Aufbau aus? Was misst du da? Und wie ist für diese Messung der Tastkopf angeschlossen?

Der L. schrieb:

€: Simulativ treten keine Probleme auf.

1. Eine Simulation hat auch nicht die vielen kleinen parasitären Induktivitäten und Kopplungen, die dein realer Aufbau hat.
2. Eine Simulation ist bestenfalls so gut wie ihr schlechtestes Modell.

Erstmal danke für die schnelle und hilfreiche Antwort!

Lothar M. schrieb:

Der L. schrieb:

Als Problem habe ich die Supply-Voltage ausgemacht.

Ich tippe sehr, du jagst Geistern hinterher. Miss mal "Masse gegen Masse" also einfach die Tastspitze auf die an die Schaltung angeschlossene Masseklemme halten. Was misst du dann?

Ich habe gerade die Massverbindung vom DCDC Wandler bis zum Massepin der Platine gemessen. Dazwischen sind einige 0,5mm² Kupferleitungen, DCDC Wandler und Dioden. Sobald ich von außen eine Spannung anlege, habe ich zwischen beiden Massen nicht mehr 0V, sondern ein starkes Schwingen wie auf den Bildern zu sehen ist. Auch eine direkte (Kupfer-)Kabelverbindung hilft nicht; es reduziert lediglich das Überschwingen um ca. 20% auf +-20V. Hängt das mit derMasseverbindung zusammen oder eher auf die Spannungsquelle zurückzuführen?

Der MOSFET wird über einen Gate-Treiber betrieben.

Wie sieht die reale Schaltung, das Layout und der gesamte Aufbau aus? Was misst du da? Und wie ist für diese Messung der Tastkopf angeschlossen?

Der TK (B=300MHz) wird direkt mit dem Massepin der Platine verbunden und am Gate des MOSFETs angeklemmt. Hierzu habe ich einen kurzen Draht am Gate befestigt, damit ich sinnvoll "drankommen" kann.

Der L. schrieb:

€: Simulativ treten keine Probleme auf.

1. Eine Simulation hat auch nicht die vielen kleinen parasitären Induktivitäten und Kopplungen, die dein realer Aufbau hat.
2. Eine Simulation ist bestenfalls so gut wie ihr schlechtestes Modell.

Das stimmt, jedoch war die Simulation ziemlich nah an den Praxisergebnissen. Aber an dieser Stelle bringt die Simulation leider nichts.

Der L. schrieb:

Hängt das mit derMasseverbindung zusammen oder eher auf die Spannungsquelle zurückzuführen?

Es hängt mit schnellen Stromänderungen zusammen, die durch Leitungsinduktivitäten und parasitäre Kapazitäten diese Schwingungen verursachen. Zur Spannungsquelle und zur Signalquelle kann niemand was sagen, weil keiner weiß, welches Gerät du da mit welchen Spannungen und Einstellungen wo angeschlossen hast.

Man kann dieses Verhalten nur durch kurze Verbindungen, kompakten Schaltungsaufbau und definierte Massepfade für Leistung und Ansteuerung sowie evtl. einer passenden Terminierung für das Ansteuersignal wegbekommen.

"Kompakt" heißt irgendwas im einstelligen cm-Bereich. Und "definierte Massepfade" sind solche, wo der Leistungsstrom nicht über die Masseleitung des Ansteuerstrom fließt.

Ich kann diese Schaltung aus Schaltungsausschnitt.png im Aufbau nach Schaltungsaufbau_ohne_Peripherie.jpeg nicht so ohne weiteres wiederfinden. Wenn du Messungen machst und dabei seltsame Effekte siehst, dann ist ausschließlich die Schaltung des Messaufbaus interessant. Und zwar in genau der Kosntellation, in der sie diese Effekte zeigt.

Danke für die Antwort. Ich habe heute direkt am Labornetzteil zw. Erde und Minus gemessen und die Schwingung war ersichtlich, in jedem Moment in dem der MOSFET ON schaltet. Selbst wenn ich den TK abklemme, taucht die Schwingung auf. Ich baue es wie erwähnt kompakter auf und verwende Koaxialleitungen bzw. verkürze Wege zu einem zentralen Massepunkt.

Für den Anfang 20 Ohm Gatewiderstand vor M1 und dann Schrittweise verkleinern könnte man versuchen um mit den bestehenden Aufbau noch etwas mehr Erfahrung zu sammeln.

Viel Erfolg hauspapa

Soll das ein Kaskoden-Hochspannungsschalter mit SiC-JFETs von Qorvo (UniSic) werden? Der technische Chef von der Bude hat mich mal agitiert, dass sie damit bis 40 kV mal geschaltet hätten. Ich habe irgendwo einen Entwurf rumliegen, der bis 60 kV können sollte. Muss aber noch gebaut und getestet werden. Kritisch sehe ich hier, das kein Gate-Widerstand vorgesehen ist. Zwischen zwei Halbleiter gehört IMMER ein Widerstand. Speziell natürlich zwischen Gate-Treiber und Transistor, zwischen OPVs, aber auch bei sonstigen integrierten Zeugs. Wenn man das nicht macht, hat man sich ein widerlich schwingendes System gebaut. Typisch was zwischen 5 und 100 Ohm. Wichtig ist auch, das der Treiber nahe des Transistors ist und alles niederinduktiv auf der Leiterplatte aufgebaut. Das Layout ist da wichtig. SiC-FET sind in der Ansteuerung noch kritischer als normale Si-FETs. Und am übelsten sind wohl GaN-FETs, die schalten aber auch am schnellsten. Warum wurde eigentlich ein Logik-Level MOSFET ausgewählt? Und dann ein übertrieben starker Treiber, wo eigentlich auch ein TTL-Logikausgang gereicht hätte?

Jörg B. schrieb:

Warum wurde eigentlich ein Logik-Level MOSFET ausgewählt? Und dann ein übertrieben starker Treiber, wo eigentlich auch ein TTL-Logikausgang gereicht hätte?

Na ja, übertrieben stark, ist relativ. Bei über 1 KV möchtest du die Umladezeit des Gate etwas schneller durchfahren, als bei Netzspannung, denn die Spannung geht quadratisch in die (Verlust)leistung mit ein. Ehe du dich versiehst, ist der FET abgeraucht ;-)