Hallo, kurz gefasst: Ich steuere einen IRLU24N N-Kanal Logik-MOSFet http://www.mikrocontroller.net/attachment/16122/irlu024N.pdf mit nem ATMega8 mit 16KHz PWM (5V) an ... ... hab derzeit das Gate direkt am OC2 Pin liegen - geht eigentlich ziemlich gut... wozu sollte man also noch absichtlich einen Widerstand zwischen Pin und Gate hängen? Und wenn ja, wie groß sollte man den wählen? Finde praktisch keine fundierten Informationen zu diesem Thema im Netz. Gruß, Nikias
Ohne Widerstand wird die parasitäre Gate-Source-Kapazität Deines FETs sehr schnell umgeladen, was zu hohen Strömen am Controllerport führt (wie lange macht er das mit?) und aufgrund des schnellen Durchschalten des FETs auch zu hoher Störabstrahlung durch den Laststromkreis. Ein zu großer Widerstand vor dem Gate sorgt dafür, dass der FET zu langsam durchschaltet, also (bei jedem Schaltvorgang) zu lange halbleitend ist und sich aufgrund der Verlustleistung erwärmt. Du musst nun den für Deine Anwendung optimalen Kompromiss finden. Der Wert wird dann vermutlich im zweistelligen Ohmbereich liegen. ...
Null Ohm ist OK. Die Atmels haben für ein paar Takte beim Umschalten erhöhten Stromwert am Ausgang. Ausserdem ein Ausgang liefert nur eine bestimmte Menge an Strom, somit sind kapaz. Lasten dieser Größe kein Problem. Die Störabstrahlung ist ja nur besonders kritisch, wenn man beim Layouten noch nie was von EMV gehört hat...
Vielen Dank schonmal für die Wortmeldungen... allerdings hatte ich mir das meiste davon schon selbst gedacht :-) Wenn ich das richtig sehe, gibt es also 2 Ziele die erreicht werden sollen: 1) Strombegrenzung um den µC nicht zu überfordern 2) di/dt Begrenzung um Störungen zu verkleinern sehe ich das richtig !? Ich hätte auch noch eine 2. Frage: Derzeit verwende ich eine MBRS140 Schottky-Diode als Freilaufdiode ... da beim Umkommutieren ja der gesamte Motorstrom vom MOSFet in die Diode muss, und der MOSFet ja theoretisch 17A ab kann, ist meine 1A Diode da etwas überfordert ... allerdings werden die Dioden mit größeren Strömen im vergleich zum MOSFet gleich übelst groß, woher kommt das? Gruß, Nikias
r MOSFet ja theoretisch 17A ab kann... Das macht nix. Entscheiden ist der Strom, der im Abschaltmoment tatsächlich fließt, also der Motorstrom. Bei den Dioden ist für solche Anwendungen (höhere Frequenzen) besonders auch eine kleine reverse-recovery-time, bzw charge zu achten. Sinnvoll ist es meist, denselben Mostfet nochmal als Freilaufdiode zu nehmen, mit Gate und Source verbunden...
>> mit Gate und Source verbunden
macht es nicht Sinn - wenn man schon ein Gate zur Verfügung hat - dieses
auch im richtigen Moment anzusteuern statt es mit Source zu verbinden,
um so den Spannungsabfall der internen Diode auf ein Minimum zu senken?
(Nur wann steuert man das GENAU an ;-)) )
Immer wenn die Spannung am Drain größer VCC ist...?
Hat eine Schottkydiode nicht einen wesentlich kleineren Spannungsabfall,
als die Bodydiode im Mosfet?
Gruß
AxelR.
Was hat die Freilaufdiode mit der Body-Diode zu tun? Der Aufbau sieht folgendermaßen aus: --+-----+ | | SD Motor | | +-----+ | FET | --+ Oben ist 12V unten ist GND Die Schottkydiode ist IMHO bei niedrigen Spannungen immer die bessere Wahl: + keine Speicherladung + niedrige Durchlassverluse + schnelles Durchschalten - Spannungsgrenze Gruß, Nikias
Nun, mit den Schottkydioden magst du recht haben, aber ich habe immer nie eine passende in der Größe,Preis, Verfügbarkeit gefunden.... deshalb die Idee mit dem zweiten FET... Ja, wenn den "Dioden"fet ansteuern.. Also die Spannung über selbigen kann NICHT genommen werden, weil er sonst nicht mehr ausgeht... Man könnte ein Invertiertes Signal des anderen FETs nehmen, allerdings müssen dann bei beiden Totzeiten eingefügt werden, sonst gibts nur Querströme...
Also, da es wohl wirklich keine Fundierten Informationen zu diesem Thema gibt, hier mal meine Überlegungen: Der MOSFet hat eine Gatekapazität von 480pF ... bei 16KHz Schaltfrequenz will ich erreichen, dass diese in 1/1000 der Schaltfrequenz umgeladen wird...grob mit t = R*C ... also R = t/C mit t = 1/(16KHz 1000 480pF) = 130 OHM Die hab ich also mal drangehängt -> Temperaturentwicklung am MOSFet bleibt gleich ... -> ABER beim Vergleich der 5V Versogung des µC hat sich ordentlich was getan! Vorher hatte ich trotz Puffer-C's immer nen extrem kurzen 0,6V Spannungsabfall beim Schalten ... der ist jetzt auf 0,2 V geschrumpft! Werde den R also erstmal im Layout drinn lassen. Gruß, Nikias
>>Also die Spannung über selbigen kann NICHT genommen werden, >>weil er sonst nicht mehr ausgeht geht alles ;-)) General Description The NIS6111 is a hybrid diode containing a power MOSFET, polarity comparator and internal bias circuit. It is designed to operate as an ideal diode by sensing the voltage polarity across the FET and driving the gate accordingly such that the FET operates in the third quadrant, the same as with other synchronous rectifiers. @Nikias 100 Ohm hätt' ich auch genommen, wahrscheinlich eher 47. Aber nur so ausm Bauch heraus.. Hast Du mal 220 Ohm probiert? Gruß AxelR.
Nochmal zu den Bedenken der 1A-Diode, das ist der Dauerstrom, den solch eine Diode abkann. Kurze Stromimpulse können wesentlich größer sein, siehe auch das Datenblatt, da steht das drin. Die genaue Berechnung des maximal zulässigen Stromes ist nicht trivial. Es ist entscheidend wie lange der Strom fließt, wie lange kein Strom fließt (Puls/Pausenverhältnis) und wie groß die Umgebungstemperatur ist. Denn die Belastbarkeit richtet sich immer nach der Junction-Temperatur, die eine kritische Marke nicht überschreiten sollte (meist 175°C). An der Grenze sollte man Bauteile im Dauerbetrieb auch nicht betreiben, da es dabei schnell altert und womöglich nach relativ kurzer Zeit ausfällt.
Angehängte Dateien:
-
MOSFet.gif
110 KB
So, ich hab das Schaltverhalten jetzt mal ganz genau unter die Lupe genommen ... anbei eine Übersicht. Das ist jetzt mit einem 220 R_gate! Vielleicht sollte ich einen kleinen Artikel daraus machen und es hier ins wiki stellen !? Gruß, Nikias
Der ist aber dafür auch ca.4% seiner Schaltzeit damit beschäftigt, den linearen Betrieb zu durchfahren 2.475µs/62.5µs x 100 =3.96. ist schon ziemlich schleichend aber sicher ausreichend. Die Dinger können ja einiges ab ;-)) Da kann man mal sehen, wie wichtig die niederohmigen Abblock-Cs direkt AM und ÜBER einem evtl. vorhandenen MOSFET Treiber sind! Sehr interessant, das ganze!! Viele Grüße, haste gut gemacht XlR.
>Die Atmels haben für ein paar Takte beim Umschalten >erhöhten Stromwert am Ausgang. Das ist mir neu, wie kommst du darauf? Steht das im Datenblatt oder hast du das experimentell ermittelt? Könnte mir auch nicht vorstellen, wie dieser Effekt technisch realisiert wird.
Winfried wrote: >>Die Atmels haben für ein paar Takte beim Umschalten >>erhöhten Stromwert am Ausgang. > > Das ist mir neu, wie kommst du darauf? Steht das im Datenblatt oder hast > du das experimentell ermittelt? Könnte mir auch nicht vorstellen, wie > dieser Effekt technisch realisiert wird. Für den Umschaltzeitpunkt ist das MOSFet-Gate erstmal als Kurzschluß zu betrachten. Und zwar solange, bis die Gate-Kapazität umgeladen ist. Dazu kommt, daß ein AVR keine echte Strombegrenzung an den Ausgängen hat. Entsprechend ist dann der Müll auf Vcc.
Der Widerstand vorm Gate dient auch dem Zweck Schwingungen, die durch Leitungsinduktivität und Gate-Kapazität entstehen können zu dämpfen. Das kommt vor allem bei sehr steilflankiger Ansteuerung des Gates zum Tragen.
Meine Rechnung oben stimmt soo nicht ganz (war schon spät).
Es sind nur 62,5µs/2 ~30µs mikrosekunden. Wenn Du von diesen
30µs(PWM50%)nun schon 2.5µs mit dem Umschalten beschäftigt bist, kommst
Du kleinen (oder großen) OCR-Werten nicht mehr dazu, den MOSFET
durchzusteuern, weil er mehr Zeit braucht, hinundher zu schalten,
als-wie-als Du H-Pegel am Pin hast.
Bei kleinen PWM-Werten mag das tolerabel sein, da kaum Strom fliesst.
Aber bei 80-90% muss der MOSFET kurz aus- und danach gleich wieder
eingeschaltet werden. In dieser kurzen Zeit "schwimmt" er nur hinunher.
Jetzt fliesst auch "richtig" Strom.
Aber wenn Du sagts, das der FET nicht merklich warm wird, kannst Du es
ja so lassen.
Keramik
|| VCC
.---||-----o------
| || |
| |/
| .----| NPN
=== | |>
GND | |
| | 10R
uC | | _ GATE
------o o-|___|--
| |
| |
| |
| '
| |<
'----| PNP
|\
|
'------
GND
(created by AACircuit v1.28.5 beta 02/06/05 www.tech-chat.de)
Hallo, also das mit den Schaltverlusten wird jetzt doch zum Problem! Hab das ganze bisher bis maximal 1A betrieben ... jetzt bei 8A (50%PWM) wird der MOSFet richtig heiß...hab den Versuch dann abgebrochen. Gruß, Nikias
Deshalb hatte ich Dir schonmal die Schaltung hingemalt ;-))) Damit gehts dann wiederum seehr gut. Bekommst Du das noch unter?
Bei 8A Motorstrom würd eine etwas veränderte H-Brücke Sinn machen. Man ersetzt zwei der FET's durch schnelle Schottkys. Dann wird die Gegeninduktion nicht über die Freilaufdiode verbraten sondern dem Speisekreis wieder zugeführt. Ein dementsprechender Stützkondensator sollte natürlich dann eingeplant werden. So aus Erfahrung: 2x 100n Kerko und 1x 100µ. Zusätzlich wäre eine Transildiode kein Fehler um eventuelle Spannungsspitzen wegzubügeln. (sollt in der Regel aber nicht vorkommen.) Zum ansteuern der Mosfet's wär ein High und Lowside Treiber am besten geeignet. (Steuerspannung der Fet's sollt bei ca 10-15V liegen). z.B.: IRL2110 o.Ä. Die Brücke sollt folgendermaßen aussehen: ----+-------+-----------------+------+ +UB | | | | | | | | Kerko FET DIODE Kerko Elko | | | | +-----MOTOR-------+ | | | | | | DIODE FET | | | | | ----+-------+-----------------+------+ GND Wenn du die Dioden durch FET's ersetzt dann hast eine Vollbrücke mit Richtungsumkehr und Möglichkeit zu Bremsen.
niki: 1. der r muss rein! 100 ohm sind ok. 2. der fet braucht satten kühlkörper: bei 1 a verlust ca 0,1w , aber bei 8a rund 7w !!! da brauchste ordentlich kühlung! 3. schaltverlust kommt noch dazu, aber: da induktive last, is einschalten so ok, nur abschalten könnte man mit nem pnp transistor (übliche schaltung) schneller machen. (abschalt-verlust ca 5% der motorleistung) wenn du ohne kühlk. auskommen willst, muss rds-on kleiner sein, anderen fet oder : zb 3 stk parallel, gibt 2,3w verlust, also jeder fet rund 0,7w, das geht mit kleiner kühlfläche, uu kupfer der platine.
habe auch mal schnell ins Datenblatt gesehen: 0.1 Ohm RDS_on lt. Datenblatt@2% Tastgrad 300µs In der Praxis dürfte der RDS_on weit darüber liegen!(0.2 Ohm?) macht bei 8Ampere tatsächlich 8x8x0.2= 12.8 Watt nur dann schon, wenn Du das Gate DAUERHAFT an 5Volt legst. Nach deinen Aufzeichnungen dürfte die Verlustleistung deutlich höher liegen, da die Umschaltverluste durch die doch sehr langen Umladezeiten nicht einfach so vernachlässigt werden können. Zumal das Gehäuse ziemlich klein ist. Ich nehm immer einen IRL(U)2905. Rds_on 0.03 Ohm bei bei 25A (im Vergleich IRU024N 0.08 bei 10A). Die 25A sind schon weiter weg von den 8, die Du schalten möchtest. Allerdings ist hier die "total Gatecharge" mit 48nC 3x höher, als beim IRLU024. Aber ich habe meinen MOSFET auch nicht direkt am Portpin, sondern diesen bestenfalls mit den beiden, oben gezeichneten Transistoren, als Pufferstufe versehen. Wenn es ein SMD ist: auf die (auf der?) Platine großflächig (auf)löten (zügig). Wenn nicht: Anschlussbeine NICHT kürzen.
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