Hallo zusammen, wir sind gerade dabei eine Treiberschaltung zur Ansteuerung von Leistungs-Mosfets zu entwerfen. Das ganze möglichst galvanisch getrennt, also mittels Trafo. Die Leistunsfets haben eine Gatecharge in Größenordnung 100nC, also schon ordentlich. Zweites Kriterium wäre möglichst schnell schalten zu können. Zwei Beispiele habe ich schnell als Handskizze im Anhang beigefügt. Theoretisch könnte man ja die Sekundärseite vom Trafo direkt an das Gate vom Mosfet anschließen. Um den Trafo allerdings von der Gateladung zu entkoppeln und dadurch höhere Flankensteilheit zu erzielen, haben wir uns überlegt einen Impedanzwandler (Emitterfolger) dazwischen zu schalten. Außerdem wollen wir das Gate auch nur ungern negativ aufladen. Allerdings verbergen sich da einige Probleme, worauf ich eigentlich hinaus will. Variante A: Bipolartransistoren (bereits schon getestet) Trafo erzeugt +/- 15V Rechteckspannung. Dazwischen gibt es eine kleine Totzeit, in der etwa 0V anliegen. während der negativen Halbwelle fließt allerdings dauerhaft ein Strom über die Collector-Basis-Diode, wodurch ich den Basiswiderstand eher hochohmig auslegen muss. Dadurch reicht aber mein Beta von dem pnp-Transistor nicht mehr aus, um das Gate möglichst schnell zu entladen... Einschalten geht aber schön schnell. Variante B: Mosfet-stufe (noch nicht aufgebaut) Rückwärtsstrom sollte zumindest theoretisch keiner fließen. Allerdings habe ich hier das Problem, dass ich während dieser Pausezeit, in der 0V anliegen und ich das Gate entladen möchte, die Gatespannung bei ca. 2V hängen bleibt aufgrund der Tresholdspannung von dem pkanal-Fet. Was wiederum eher unschön ist, weil die Tresholdspannung vom Leistungsmosfet schon bei 3V liegt. Momentane Idee: Erzeugen einer kleinen negativen Spannung von -2V um das Gate beim Auschalten sicher auf 0V zu entladen. Hat jemand eine Idee wie man so eine Treiberstufe schaltungstechnisch besser umsetzen könnte? vielleicht eine Trickschaltung ? Bzw. gibt es Anmerkungen sonstiger Art, z.b Denkfehler meinerseits ? danke. mfg
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hab ich auch schon überlegt gehabt ;) dann lad ich aber mein Gate negativ über die Basis vom PNP auf. würde gehen, würde ich aber wenns geht vermeiden wollen, weil ich dann beim Einschalten vom FET das Gate erstmal aus seiner negativen Ladung von -15V auf +15V herausholen muss, d.h. effektiv doppelte Treiberleistung nach meinem Verständnis. Dem Mosfet selber macht es nichts aus, der kann negative Spannungen problemlos laut Datenblatt
Negative Spannungen am Gate sind aber ein Segen, besonders natürlich in Brückenschaltungen. Emfehlung: den Trafo-Treiber bereits stark genug dimensionieren. Dann einen bifilar gewickelten Trafo nehmen, nur diese geben am Ausgang auch wirklich steilflankige Signale aus. Und die Treiberstufe am Ausgang ganz weglassen. Ihr könnt ja mal die Flankensteilheit am Ausgang des unbelasteten Trafos messen, vermutlich ist diese schon deutlich geringer als am Eingang. Denn selbst dafür vorgesehene Treibertrafos sind meist nicht bifilar gewickelt (vermutlich aus Isolationsgründen). Von Treiberstufen und unnötigem Schnickschnack nach dem Trafo wird in zahlreichen Applikationen abgeraten.
stephan schrieb: > Theoretisch könnte man ja die Sekundärseite vom Trafo direkt an das Gate > vom Mosfet anschließen. Um den Trafo allerdings von der Gateladung zu > entkoppeln und dadurch höhere Flankensteilheit zu erzielen, haben wir > uns überlegt einen Impedanzwandler (Emitterfolger) dazwischen zu > schalten. kann man machen, ist aber mit Vorsicht zu genießen. In der Anlaufphase müssen sich die Stützkondensatoren erst aufladen werden. In dieser Zeit werden die Leistungsschalter nur unzureichend angesteuert. Das muß nicht, kann aber Probleme machen. > Außerdem wollen wir das Gate auch nur ungern negativ aufladen. Warum nicht? Die Gateladung für die negative Ladung ist doch sowieso deutlich geringer. > Variante A: Bipolartransistoren (bereits schon getestet) > Trafo erzeugt +/- 15V Rechteckspannung. Dazwischen gibt es eine kleine > Totzeit, in der etwa 0V anliegen. > während der negativen Halbwelle fließt allerdings dauerhaft ein Strom > über die Collector-Basis-Diode, wodurch ich den Basiswiderstand eher > hochohmig auslegen muss. Dadurch reicht aber mein Beta von dem > pnp-Transistor nicht mehr aus, um das Gate möglichst schnell zu > entladen... > Einschalten geht aber schön schnell. Selbst wenn es scheinbar funktioniert, ist diese Betriebsart für den NPN-Transistor unzulässig, da die maximale B-E-Sperrspannung deutlich überschritten wird. Abhilfe würde hier eine Diode in Serie zum Emitter schaffen. Statt den PNP-Transistor und den Basiswiderstand mit einem unnötig hohen Clamp-Strom zu belasten, kannst Du ihn mit einer Diode ansteuern und mit einem Pull-Down-Widerstand gegen Masse/Source herunterziehen, ähnlich wie hier in Bild 8.4 F http://www.joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap8_3/Kapitel8_3.html Allerdings ist es in der Tat schwierig, auf diese Weise große Gateladungen schnell zu entladen. Bipolare Transistoren mit hoher Strombelastbarkeit bei gleichzeitig hoher Stromverstärkung sind eher selten. > Variante B: Mosfet-stufe (noch nicht aufgebaut) > Rückwärtsstrom sollte zumindest theoretisch keiner fließen. > Allerdings habe ich hier das Problem, dass ich während dieser Pausezeit, > in der 0V anliegen und ich das Gate entladen möchte, die Gatespannung > bei ca. 2V hängen bleibt aufgrund der Tresholdspannung von dem > pkanal-Fet. Was wiederum eher unschön ist, weil die Tresholdspannung vom > Leistungsmosfet schon bei 3V liegt. Du könntest L-Level-MOSFETs als Treiber nehmen. Damit kannst Du diese Spannung nochmal etwas senken > Momentane Idee: Erzeugen einer kleinen negativen Spannung von -2V um > das Gate beim Auschalten sicher auf 0V zu entladen. Es ist doch garnicht unbedingt nötig, bis auf 0V herunter zu gehen. Auch ein bipolarer Treiber zieht nur auf 0,5-1V runter. > Hat jemand eine Idee wie man so eine Treiberstufe schaltungstechnisch > besser umsetzen könnte? vielleicht eine Trickschaltung ? > Bzw. gibt es Anmerkungen sonstiger Art, z.b Denkfehler meinerseits ? Ich denke auch, dass Du Dir den Aufwand sparen kannst. Einfach primärseitig einen starken Treiber für einen bifilar (oder mehrfach) gewickelten Treibertrafo nehmen und die Gates direkt ansteuern. Wenn Du unbedingt die negative Ansteuerung fernhalten willst, hilft die Schaltung im o.a. Link. Da werden die Gates direkt über den Trafo aufgeladen und über einen Treibertransistor entladen. Jörg
Danke erstmal für die Antworten... Jörg Rehrmann schrieb: > kann man machen, ist aber mit Vorsicht zu genießen. In der Anlaufphase > müssen sich die Stützkondensatoren erst aufladen werden. In dieser Zeit > werden die Leistungsschalter nur unzureichend angesteuert. Das muß > nicht, kann aber Probleme machen. das wäre kein Beinbruch, da wir theoretisch eine sog. Anlaufphase mit einer Zeit X definieren könnten, in der die Mosfets keinen Strom leiten, die ganzen Stütz-Cs sich aber in der Zeit aufladen. > Selbst wenn es scheinbar funktioniert, ist diese Betriebsart für den > NPN-Transistor unzulässig, da die maximale B-E-Sperrspannung deutlich > überschritten wird. Abhilfe würde hier eine Diode in Serie zum Emitter > schaffen. Versteh ich jetz nich ganz warum der obere NPN ein Problem haben soll. Sobald Strom durch die Basis fließt, leitet der Collector nach Emitter durch und lädt das Emitter-Potential auf. Meinst du vielleicht, dass in den paar Nanosekunden am Anfang beim Einschalten die BE-Diode zu viel Spannung sieht ? Aber für diese kurze Zeit sollte der Basisvorwiderstand die Spannung aufnehmen. Der NPN hat einen max. zul. Peak-Basisstrom von 1A. Bei z.b. 50R wären das dann ca. 0.3A, sollte ausreichen. > Statt den PNP-Transistor und den Basiswiderstand mit einem unnötig hohen > Clamp-Strom zu belasten, kannst Du ihn mit einer Diode ansteuern und mit > einem Pull-Down-Widerstand gegen Masse/Source herunterziehen, ähnlich > wie hier in Bild 8.4 F > http://www.joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap8_3/Kapitel8_3.html > Allerdings ist es in der Tat schwierig, auf diese Weise große > Gateladungen schnell zu entladen. Bipolare Transistoren mit hoher > Strombelastbarkeit bei gleichzeitig hoher Stromverstärkung sind eher > selten. Den Trick habe ich schon weiterverfolgt. Das bringt uns aber nur in Kombination mit einer Darlington-Stufe weiter. Die Transistoren die wir haben, da sind 2 komplementär in einem Package. Würde sich anbieten. Weiß aber nicht, welche Verzögerung innerhalb der Darlington-Stufe dann entsteht. Müsste man messen und vergleichen. > Es ist doch garnicht unbedingt nötig, bis auf 0V herunter zu gehen. Auch > ein bipolarer Treiber zieht nur auf 0,5-1V runter. Wenn ich jetz den PNP als komplementär nehme, dann hätte ich 2xUbe, wo ich dann schnell bei 1,5V landen kann. Die Sache mit dem Komplementär reizt mich gerade etwas, zumindest es mal aufzubauen und zu messen. Meine Idee von zuvor mit der Erzeugung einer negativen Spannung hab ich simuliert, klappt eigentlich, ist aber eben sehr komplex und kompliziert. Bevor ich diesen Schritt gehe, sollte ich vielleicht doch nachdenken das Gate direkt von Trafo aus anzusteuern. Laut Datenblatt hat der jetzige Trafo ein Lleak von <= 0.75µH
stephan schrieb: >> Selbst wenn es scheinbar funktioniert, ist diese Betriebsart für den >> NPN-Transistor unzulässig, da die maximale B-E-Sperrspannung deutlich >> überschritten wird. Abhilfe würde hier eine Diode in Serie zum Emitter >> schaffen. > Versteh ich jetz nich ganz warum der obere NPN ein Problem haben soll. > Sobald Strom durch die Basis fließt, leitet der Collector nach Emitter > durch und lädt das Emitter-Potential auf. Meinst du vielleicht, dass > in den paar Nanosekunden am Anfang beim Einschalten die BE-Diode zu viel > Spannung sieht ? Aber für diese kurze Zeit sollte der Basisvorwiderstand > die Spannung aufnehmen. Der NPN hat einen max. zul. Peak-Basisstrom von > 1A. Bei z.b. 50R wären das dann ca. 0.3A, sollte ausreichen. Es geht um die B-E-Sperrspannung. Während der negativen Halbwelle liegt der Emitter auf knapp 0V und die Basis geht runter auf -15V. Zulässig sind ca. 5-7V >> Statt den PNP-Transistor und den Basiswiderstand mit einem unnötig hohen >> Clamp-Strom zu belasten, kannst Du ihn mit einer Diode ansteuern und mit >> einem Pull-Down-Widerstand gegen Masse/Source herunterziehen, ähnlich >> wie hier in Bild 8.4 F >> http://www.joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap8_3/Kapitel8_3.html >> Allerdings ist es in der Tat schwierig, auf diese Weise große >> Gateladungen schnell zu entladen. Bipolare Transistoren mit hoher >> Strombelastbarkeit bei gleichzeitig hoher Stromverstärkung sind eher >> selten. > Den Trick habe ich schon weiterverfolgt. Das bringt uns aber nur in > Kombination mit einer Darlington-Stufe weiter. Die Transistoren die wir > haben, da sind 2 komplementär in einem Package. Würde sich anbieten. > Weiß aber nicht, welche Verzögerung innerhalb der Darlington-Stufe dann > entsteht. Müsste man messen und vergleichen. Bipolare Transistoren sind meistens schon nicht so schnell, Darlingtons erst recht nicht, zumindest nicht beim Abschalten. Vielleicht geht es hier noch, weil er vor allem schnell einschalten muß. > Bevor ich diesen Schritt gehe, sollte ich vielleicht doch nachdenken das > Gate direkt von Trafo aus anzusteuern. Laut Datenblatt hat der jetzige > Trafo ein Lleak von <= 0.75µH Naja, so toll ist das nicht. Das bekommt man bifilar gewickelten und mit verdrillten Drähten auf einem Ringkern besser hin. Das hängt aber natürlich auch von den genauen Anforderungen, insbesondere Frequenzbereich ab. Jörg
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