Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Der chaotische Hauptfaden

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Jannyboy
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Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von Jannyboy »

Ich habe eine kleine Herausforderung zu bewältignen.

Für einen Schaltregler benötige ich eine solche schaltung.
Ein IRLU024 Mosfet an einen Port-pin (PIC):
Bild

Kanal 1 gemessen über Souce-Drain
Kanal 2 gemssen am Gate

Man sient ganz klar (oben) das Miller-Plateu.
und unten die Rise-time von 200nS

Ich habe schon viele Schaltungen Probiert.
Besonders die hier:
Bild

Nur die Blachte keine Besserung.

Kann jemand weiter Helfen?
Ich ziehle so auf die 50-70nS Rise-Time.

Es müssen 4.5A bei 78khz geschaltet werden.

Mit einen TC42x Treiber IC läufts. Ist aber nicht die optimale Lösung.

Danke.
Gruß,
Janny
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Fritzler
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von Fritzler »

Häng doch mal das Source ab und gucke ob die TRansistoren selber überhaupt shcnell genug schalten.

nen kleiner C paralel zum Basiswiderstand wirkt da meist wunder.
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ferdimh
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von ferdimh »

Zeichne mal bitte die Schaltung, die du tatsächlich aufgebaut hast. Mir sieht das stark danach aus, dass die Tranistoren entweder keine brauchbare Stromverstärkung haben, oder nicht genug Basisstrom bekommen.
Im Übrigen ist für die Schaltzeit fast nur das Miller-Plateau entscheidend.
Jannyboy
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von Jannyboy »

Bild->zoom

So sieht es aus.

Edit: Die 5V sind noch direkt an der Halfbridge mit 100µF gepuffert.
Fischjoghurt
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von Fischjoghurt »

Die Induktivität soll wohl in Wirklichkeit ein Trafo oder eine Zündspule sein?
Ob der FET lange lebt?
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ferdimh
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von ferdimh »

BC338 - örkgs...
Also: Die 470Ω vor der Basis sind gut gemeint, aber viel zu groß.
Ich erwarte bei gegebener Schaltzeit Beta in der Größenordnung von 10. Da kommt einfach kein gescheiter Steuerstrom zustande.
Maßnahme 1: BC547/557 benutzen. Die haben gerade bei hohen Frequenzen nen guten Ticken mehr Stromverstärkung.
Maßnahme 2: Der Widerstand muss kleiner (oder ganz weg). mit hypothetischen 3mA Basisstrom am Miller-Plateau reißt man einfach mal nix.

M.E. ist die Schaltung für 5V-Betrieb auch eher ungeeignet, weil dir halt nochmal 0,7V verloren gehen. ein 74AC-Gatter o.Ä. sollte einen besseren Treiber abgeben.
bla
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von bla »

Und nicht mit einem Elko puffern, sondern einem Kerko.
avion23
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von avion23 »

Den Widerstand kannst du ganz weglassen.
Jannyboy
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von Jannyboy »

ich habe jetzt ne Handvoll 74HC04 bestellt.
Fischjoghurt
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von Fischjoghurt »

Jannyboy hat geschrieben:ich habe jetzt ne Handvoll 74HC04 bestellt.
Blöde Frage. Der liefert doch auch nicht genug Strom, selbst wenn man mehrer parallel schaltet?

Gruss
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ferdimh
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von ferdimh »

Alle 6 parallel bringen 120mA. Das ist schonmal mehr als das jetztige Konstrukt.
Davon abgesehen hatte ich aber 74AC geschrieben. Da bringt jedes Gatter 60mA...
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Bastelbruder
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von Bastelbruder »

Miller Plateau war schon im Gespräch. Die Spannung liegt bei 4V. Aus dem PIC kommen ohne Last 5V, nach dem Emitterfolger sind's noch bestenfalls 4,3V. Da fließt über den Daumen annähernd null Strom, egal ob Angstwiderstände oder nicht.

Das gleiche Problem wird mit den CMOS-Treibern auftreten, deren Ausgangsstrom ist ebenfalls in unmittelbarem Zusammenhang mit einem erheblichen Spannungsabfall spezifiziert.

Also muß ein Pegelumsetzer her, der vielleicht von 7V oder 10V aus das Gate nach oben zerrt.
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ferdimh
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von ferdimh »

Ööööhm... Ich sehe das Millerplateu eher auf 2,5V, deswegen habe ich da nicht protestiert... oder habe ich einfach das Oszi falsch abgelesen?
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Bastelbruder
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von Bastelbruder »

Ich habe das Datenblatt des IRLU024 von Vishay konsultiert.
OK, da steht 17A.
4,5A paßt zu 2,8V.

Bei den Schaltzeiten steht: 9 Ohm im Gate macht 110ns.
18nC in 60ns ist nochmal welcher Strom?

BC338/328 sind mit 1A spezifiziert. Die hfe-Kurve spricht allerdings eine unkaufmännische Sprache.Bild
Falls der obere Transistor mit einer höheren Spannung versorgt werden kann, werden seine Daten etwas besser. Ein paar CMOS-Treiber davor können nicht schaden.

Die BC548/558-Familie ist bei dieser Betrachtungsweise völlig unbrauchbar.
Die AC-Gatter enthalten auch bloß einen Emitterfolger, der bei geringen Strömen schließlich mit einem kleinen FET gebrückt wird. Da ist der interessante Teil der Veranstaltung aber schon 'rum.

Schaltzeiten der Treibertransistoren sind uninteressant weil die nicht geschaltet werden und deutlich unter 10ns bleiben.

Optimale Treibertransistoren sind in der ZTX-Klasse (ex Ferranti) zu finden.
Beim Einschalten würde ich auf minimale Zeit optimieren, beim Ausschalten etwas langsamer vorgehen, damit die IMMER vorhandenen Streuinduktivitäten die hochfrequente Störspannung nicht so hoch treiben.
Die im MOSFET vorhandene, parasitäre Z-Diode ist übrigens recht stabil und ihre Durchbruchspannung steigt mit zunehmender Temperatur. Sie ist deshalb problemlos in der Lage, die angegebene Avalanche-Energie aufzunehmen. Ausgehend von dieser Betrachtung sollte die Abschaltung den kritischen Bereich des zweiten Durchbruchs (wenn der FET noch teilweise leitend ist) möglichst schnell durchschreiten.

Und nach dem Redeschwall noch eine Verständnisfrage:
Für einen Schaltregler benötige ich eine solche schaltung.
Soll der MOSFET einen ohmschen Widerstand (RL) schalten wie in der Zeichnung, oder vielleicht doch eine Induktivität, bei der der Strom zu Anfang deutlich geringer ist als beim Ausschalten?
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Bastelbruder
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von Bastelbruder »

Jetzt hab ich mir das Ganze nochmal angeschaut: Irgendwie hatte ich das Bild mit der Null-Henry-Spule übersehen.
Wenn ich das Scopebild jetzt betrachte, sehe ich kein Problem beim Einschalten, eher ein Problem beim Durchschalten. Die Drainspannung steigt gaanz langsam an, in 5µs über 1V, also eine Folge des durch die Induktivität linear steigenden Stroms. Der scheint auch bei annähernd null anzufangen, also praktisch verlustloses Einschalten. Die Gatespannung läßt sich in der Zwischenzeit mit einem 330 Ohm-Widerstand von 4,3 auf 4,9V ziehen, dann dürften die Leitverluste noch etwas runtergehen. Oder mit 10k an die 12V-Leine, dann werden sogar 5,6V erreicht. Vielleicht ist ein echter Treiber mit Pegelumsetzung auf 10V doch etwas besser.
Beim Ausschalten fließt der maximale Strom, an der Stelle vermute ich das wahre Problem. Ein FMMT718 sollte das Gate ausreichend schnell entladen. Ansonsten gilt das vorher gesagte.
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Durango
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von Durango »

BC328 und BC338 sind schon in Ordnung.
Drehe die Transistoren um, so das die Emitter auf GND bzw. Vcc liegen.
Benutze zwei Basiswiderstände zum PIC-Port.
Die Kollektoren schaltest du zusammen und gehst auf das Gate vom FET.

Den Port mußt du jetzt invertieren.

Den PIC-Port kann man noch pimpen, denn der Senkenstrom ist meist höher als der Quellstrom.
Hier hilft dann ein externer Pullupwiderstand.

So habe ich das Problem schon 1984 gelöst. Ja, wie die Zeit vergeht..

73 Manfred
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Sascha
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von Sascha »

Den PIC-Port kann man noch pimpen, denn der Senkenstrom ist meist höher als der Quellstrom.
Der Portpin sollte imho max ~5mA treiben müssen, das schafft der auch allein.
Drehe die Transistoren um, so das die Emitter auf GND bzw. Vcc liegen.
Benutze zwei Basiswiderstände zum PIC-Port.
Die Kollektoren schaltest du zusammen und gehst auf das Gate vom FET.
Dann hast du aber bei jeder Schaltflanke nen Kurzschluss, da der eine Transistor angeschaltet wird un der andere noch an ist.

TI hat ne Appnote: http://www.ti.com/lit/ml/slup169/slup169.pdf
Auf Seite 12 ist ein Totem-Pole-Treiber abgebildet, nicht ohne Grund mit Transistoren in Kollektorschaltung.
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Easyrider
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von Easyrider »

Beim kollegen funzts, hab aber keine Ahnung wie schnell das ding ist.
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shaun
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von shaun »

@easy: so schnell die Minitransen das Gate halt umladen ;) Habe ich auch schon oft benutzt, bei Schaltfrequenzen bis 50...70kHz und eher kleinen MOSFETs. Ist halt nicht schnell, weil der untere Transistor im Schaltbetrieb arbeitet.

@durango: was aber nur geht, wenn der obere Transi an Controller-VCC hängt, womit nur ein Hub von 5V fürs Gate zur Verfügung steht. Kann reichen, sollte man aber bedenken.
Aber die Schaltung ist doch erheblich viel langsamer als die Emitterfolger!
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flogerass
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von flogerass »

shaun hat geschrieben:@easy: so schnell die Minitransen das Gate halt umladen ;) Habe ich auch schon oft benutzt, bei Schaltfrequenzen bis 50...70kHz und eher kleinen MOSFETs. Ist halt nicht schnell, weil der untere Transistor im Schaltbetrieb arbeitet.
Dem kann man ja noch eine Schottky von Basis nach Kollektor spendieren. Dann kommt er nicht in Sättigung. Das reduziert die Verzögerung. Auf die Flanke hat das keinen Einfluss. Die ist immer schnell.
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Durango
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von Durango »

Sascha hat geschrieben: Dann hast du aber bei jeder Schaltflanke nen Kurzschluss, da der eine Transistor angeschaltet wird un der andere noch an ist.
Das würde ein Schachspieler nie behaupten. Immer Zug um Zug.

Für den Einsatz an höheren Spannungen, 8 Volt mögen manche FETs gern, schaltet man ein 4049 ( inv. ) oder 4050 ( n.inv.) dazwischen.
Die Varianten sind pinkompatibel und daher austauschbar, wenn sich nicht vorher über die Polarität Gedanken gemacht hatte. :D
Sechs Treiber sind in einem Gehäuse, die kann man gleich pauschal paralell schalten.

73 Manfred
Jannyboy
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von Jannyboy »

Ich probiere das am Montag wenn ich wieder daheim bin,
Erstmal mit den 74HC04 aus. Weil die Lösung an einfachsten ist.
Ein Gatter inventiert die 5 anderen kommen parallel.

Als zweites Teste ich die Sache mit Turn-Off PNP-Transistor.
Wie Bastelbruder schon sagte, die Abschaltzeit tut weh.

So lange bis das gewünschte Ergebnis stimmt.
Jannyboy
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von Jannyboy »

Hier sind die Ergebnisse:

Rise-Time
Bild

Fall-Time
Bild

Kanal 1 gemessen über Souce-Drain
Kanal 2 gemessen am Gate

Als Treiber fungiert ein 74HC04.
Ein Gatter inventiert, 5 Gatter parallel spielen Endstufe.
Ich denke die Lösung kann sich sehen lassen, dafür das die fast nix kostet.

Hier liegt der Teufel in Detail. Die Rise-Time ist nicht so relevant wegen der Induktivität.
Entscheidend die ist die Fall-Time (ca. 42nS).

Damit erhöht sich der Wirkungsgrad von 62.9% auf 65,8%

Danke euch für die Unterstützung. :)

EDIT: Mit einer schnelleren Diode (UF5404) in Sekundärteil habe ich jetzt ein Wirkunggrad von ca. 68,8%

Eingang 13,3V bei 745mA, Ausgang bei 261V bei 26,1mA (10K Last-Widerstand)
Zuletzt geändert von Jannyboy am Mo 28. Apr 2014, 19:46, insgesamt 1-mal geändert.
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flogerass
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von flogerass »

65% kommt mir aber etwas wenig vor. Was ist denn das für ein Wandler?
Jannyboy
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von Jannyboy »

flogerass hat geschrieben:65% kommt mir aber etwas wenig vor. Was ist denn das für ein Wandler?
Der hier: http://fingers-welt.de/phpBB/viewtopic. ... CDI#p30135
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flogerass
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von flogerass »

Ah. Zündanlage. Dann ist das genehmigt. :mrgreen:
manuel
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von manuel »

Hi,

kennt niemand den MAX626 ?

Oder man nehme einen besseren Totempole. Mit NPN unten und PNP oben gehts besser mit dem Strom wenn man es so hinbekommt das die Konstruktion sind nicht selbst zerstört.

Grüße,
Manuel
Jannyboy
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von Jannyboy »

Hier das Ganz in Action.

Bild->zoom

Bild->zoom
kennt niemand den MAX626 ?
Die kosten aber 2,13 $ und sind nie zur Hand wenn man die braucht.
Das 74HC04 ist Massenware und kostet 8 ct.

Ich wollte das ganze Projekt mit Standrat Bauteilen aufbauen.
Der Trafo ist ein Sperrwandler für Steckernetzteile, son Ultra Low Cost Fly-Back Teil.
Der Mosfet ist ein Typ von der Stange. usw.
Zuletzt geändert von Jannyboy am Mo 28. Apr 2014, 23:33, insgesamt 1-mal geändert.
Bjoern
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von Bjoern »

Man sollte es nur nicht so ausarten lassen, dass die diskrete Lösung teurer und größer wird, als ein popeliger MOSFET-Treiber ;)
manuel
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von manuel »

Hallo,
Die kosten aber 2,13 $ und sind nie zur Hand wenn man die braucht.
Das 74HC04 ist Massenware und kostet 8 ct.
Na gut :) Je nach Lebensabschnitt ist entweder Zeit oder Geld wertvoller :D

Grüße,
Manuel (MAX626 immer auf Lager)
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Bastelbruder
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von Bastelbruder »

Probier mal noch ein paar Nanofaräder direkt parallel zu D-S, dann könnte ein Teil der Snubberwärme der Hochspannungserzeugung zu gute kommen.
Wie sieht eigentlich der Ausschwinger aus, wenn die Diode abschaltet?
Jannyboy
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von Jannyboy »

Source-Drain
Bild

Gleichrichter Diode Sek.
Bild

Mittelpunkt RCD-Snubber Prim.
Bild

Mittelpunkt RCD-Snubber Prim. (Detail)
Bild

Weiß einer was hier C14 und C10 machen?
Wenn ich die wie da im meine Schaltung einbaue. Spielt die verrückt, Thyristor zündet willkürlich, so bald ich eine Leiterbahn mit den Tastkopf berühre.
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Bastelbruder
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von Bastelbruder »

C10 soll unbeabsichtigtes Zünden (Spikes am Gate) verhindern.
C14 soll bewirken, daß trotz des Tiefpasses C10/R12 unverzögertes Zünden möglich ist.
Der Fehler ist allerdings hier zu finden:
Bild
Dazu passend war erst kürzlich wieder ein netter Beitrag im Netz: Das G-Wort. Dort findet sich das äußerst ergiebige Bild "Figure 3: Advanced GND Guruship in action." Ja, es geht dort um Audio. Aber das Problem ist das selbe.
Jannyboy
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Re: Schneller diskreter Mosfet-Treiber

Beitrag von Jannyboy »

Manchmal sieht man den Wald vor lauter Bäumen nicht.
Einmal gekratzt (Oben Mitte)und eine Brücke unten Rechts und der Spuk hat ein Ende. :)
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