Hallo zusammen, meine Frage gehört eher zu den Basics ich hoffe ich bekomme trotzdem eine vernünftige Antwort. Folgendes Problem: Ich möchte eine komplex Last (siehe Bild) mit einer Frequenz von 20kHz bis 1,1MHz zwischen 0V und 10V-100V schalten, hierzu eignet sich meiner Ansicht nach am besten eine Halbbrücke. Die Frage die sich mir nun stellt ist, aus welchen Bauteilen soll ich diese aufbauen. Mein Ansteuersignal liefert ein FPGA (3,3V), sodass ich dieses bei einer Halbbrücke aus MOSFETs für den oberen Transistor auf 10V-100V verstärken müsste um sicher zu schalten. Außerdem benötigt man einiges an Strom um die Gate Kapazität schnell zu laden und somit lange Totzeiten zwischen den Schaltvorgängen zu vermeiden. Meine bevorzugte Alternative sind BJTs, diese stellen zwar lediglich eine Stromverstärkung dar jedoch benötige ich keine großen Ströme (<=50mA). Die Herausforderung vor der ich nun stehe, ist die richtigen BJTs auszuwählen, hierbei bin ich mir nicht sicher auf welche Parameter ich achten muss. Zum einen möchte ich meinen FPGA nicht zu stark belasten aber trotzdem sauber schalten, das spricht für eine möglichst große Stromverstärkung (DC-Stromverstärkung hFE). Zum anderen möchte ich die Totzeit zwischen dem Schalten des oberen und unteren Transistors gering halten, das bedeutet das die Anstiegszeiten gering sein sollten. Ist hierfür ebenfalls die Stromverstärkung verantwortlich oder gibt an dieser Stelle die Bandbreite (Übergangsfrequenz ft) den ausschlaggebenden Hinweis? Noch ein kurzer Hinweis falls jemand eine Idee für eine bessere Schaltung hat. Die Schaltung soll 8x8=64 mal aufgebaut werden bzw. später 16x16=256 mal, somit bedeutet jedes zusätzliche Bauteil höhere Kosten und Platinenfläche.
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Dominik G. schrieb: > das bedeutet das die Anstiegszeiten gering sein sollten. > Ist hierfür ebenfalls die Stromverstärkung verantwortlich Die Ganzen Werte für hfe und Transitfrequenz gelten eh' nur im linearen Betrieb. Wenn du einen bipolaren Transistor schnell aus der Sättigung bekommen willst (und dort betreibst du ihn im Schalterbetrieb), dann ist hauptsächlich wichtig, dass du die BE-Strecke schnell "leergräumt" bekommst. du bauchst also mindestens einen niederohmigen BE-Widerstand (der hilft übrigens in der Realität auch zum sicheren Abschalten bei irgendwelchen Leckströmen...
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Lothar M. schrieb: > Wenn du einen bipolaren Transistor schnell aus der Sättigung bekommen > willst (und dort betreibst du ihn im Schalterbetrieb), dann ist > hauptsächlich wichtig, dass du die BE-Strecke schnell "leergräumt" > bekommst. Und vor allem: ihn gar nicht erst in die Sättingung kommen lassen. Dafür kann man eine sog. Baker-Clamp benutzen: https://en.wikipedia.org/wiki/Baker_clamp
Le_Bassiste schrieb: > Und vor allem: ihn gar nicht erst in die Sättingung kommen lassen. Dafür > kann man eine sog. Baker-Clamp benutzen: > https://en.wikipedia.org/wiki/Baker_clamp Kann ich nur bestätigen. War damals ein Vorschlag der Funkschau. Mit einem 20 MHz Oszi waren die Flanken nicht wirklich messbar. mfg klaus
Lothar M. schrieb: > Wenn du einen bipolaren Transistor schnell aus der Sättigung bekommen > willst (und dort betreibst du ihn im Schalterbetrieb), dann ist > hauptsächlich wichtig, dass du die BE-Strecke schnell "leergräumt" > bekommst. du bauchst also mindestens einen niederohmigen BE-Widerstand Das klingt logisch hilft mir aber bei der Wahl meiner Transistoren nicht weiter. Außerdem befürchte ich, dass ich etwas nicht ganz verstanden habe. Nutzt man einen Spannungsteiler mit einem niedrigem Widerstand zwischen BE benötigt man einen größeren Schaltstrom, was wiederum den FPGA mehr belastet und unerwünscht ist. Ist Rbe ein Parameter des BJT finde ich ihn auf den ersten Blick in mehreren Datenblättern nicht. Le_Bassiste schrieb: > Und vor allem: ihn gar nicht erst in die Sättingung kommen lassen. Dafür > kann man eine sog. Baker-Clamp benutzen: > https://en.wikipedia.org/wiki/Baker_clamp Das hört sich sehr interessant an nur leider zeigen die Simulationen mit LTSpice eher eine Verschlechterung als eine Verbesserung, sowohl mit Schottky als auch mit herkömmlichen Dioden.
> Das hört sich sehr interessant an nur leider zeigen die Simulationen mit > LTSpice eher eine Verschlechterung als eine Verbesserung, sowohl mit > Schottky als auch mit herkömmlichen Dioden. Habe die Schaltung nach Baker ebenfalls simuliert und kann deinen Befund bestätigen. 1. Versuch 10 µs ein/20 µs aus 1N4148 2. Versuch 10 µs ein/20 µs aus BAT54
Dominik G. schrieb: > Das hört sich sehr interessant an nur leider zeigen die Simulationen mit > LTSpice eher eine Verschlechterung als eine Verbesserung, sowohl mit > Schottky als auch mit herkömmlichen Dioden. Dann baue es doch mal real auf. Die paar Bauelemente sind schnell zusammengelötet. Das Resultat wird sein: Eine Simulation ist eine Simulation -weiter Nichts. MfG Paul
Der reale Aufbau wäre zwar ganz nett hilft mir aber leider auch nicht bei meinem Grundproblem: Auswahlkriterien für die Transistoren. Was mir noch einfällt zu dem Thema, stellt eine Diode im Basiszweig bzw. gegen den Kollektor Anschluss nicht auch eine Kapazität dar? Diese hätte dann einen gegenteiligen Effekt wie es die Simulation zeigt. Also mit den Falschen Dioden simuliert?
Für einen Schaltverstärker mit 20kHz sind BJTs aufgrund ihrer schlechten Schaltzeiten eher ein no-go. Dafür gibt es PowerMOSFETs. Und Dein FPGA kann weder das Eine noch das Andere direkt treiben, insofern sind die Überlegungen zur Stromverstärkung nicht zielführend. Dafür gibt es aber passende (Halb-)brücken-Ansteuerbausteine. Diese Technik ist z.B. in Motorcontroller-Anwendungen und in Class-D-Audioverstärkern seit vielen Jahren etabliert.
Mark S. schrieb: > Diese Technik ist z.B. in Motorcontroller-Anwendungen und in > Class-D-Audioverstärkern seit vielen Jahren etabliert. Zu der Überlegung bin ich ebenfalls zwischendurch gekommen jedoch existieren die meisten Gate Treiber lediglich bis 20V und Bausteine die einen Boost bieten um den oberen Transistor zu schalten benötigen oft eine Versorgungsspannung von etwa 10V. Ein weiteres Spannungslevel (3,3V; 5V; 10-100V sind bereits vorhanden) wollte ich wenn möglich vermeiden. Sind solche Bausteine auch mit 5V Betriebsspannung verfügbar und können dann noch Halbbrücken mit bis zu 100V ansteuern ?
Dominik G. schrieb: > Le_Bassiste schrieb: >> Und vor allem: ihn gar nicht erst in die Sättingung kommen lassen. Dafür >> kann man eine sog. Baker-Clamp benutzen: >> https://en.wikipedia.org/wiki/Baker_clamp > > Das hört sich sehr interessant an nur leider zeigen die Simulationen mit > LTSpice eher eine Verschlechterung als eine Verbesserung, sowohl mit > Schottky als auch mit herkömmlichen Dioden. Bei Si-Dioden ist die Vorwärtsspannung zu groß. Die Schottky-Diode muss ein kleines Modell mit einer möglichst geringen Kapazität sein, in LTSpice z.B. RB706W-40.
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Klaus R. schrieb: > Le_Bassiste schrieb: >> Und vor allem: ihn gar nicht erst in die Sättingung kommen lassen. Dafür >> kann man eine sog. Baker-Clamp benutzen: >> https://en.wikipedia.org/wiki/Baker_clamp > > Kann ich nur bestätigen. War damals ein Vorschlag der Funkschau. Mit > einem 20 MHz Oszi waren die Flanken nicht wirklich messbar. > mfg klaus Anbei meine verwendete Schaltung. Sie hat eine BC140/160 Stufe angetrieben. Wie gesagt, es ist schon ein paar Jährchen her. mfg klaus
Dominik G. schrieb: > Zu der Überlegung bin ich ebenfalls zwischendurch gekommen jedoch > existieren die meisten Gate Treiber lediglich bis 20V und Bausteine die > einen Boost bieten um den oberen Transistor zu schalten benötigen oft > eine Versorgungsspannung von etwa 10V. Es gibt jede Menge Halbbrückentreiberbausteine für 600V Betriebsspannung. Die Boostspannung richtet sich letztlich nach den verwendeten PowerMOSFETs. Wenn die 10V gate-Ansteuerspannung brauchen, kann die boost-Spannung auch nicht kleiner sein. Wenn Du mit 5V auskommen willst, musst Du entsprechende PowerMOSFETs aussuchen, und Treiberbausteine, deren Unterspannungsabschaltung da noch nicht anspricht.
Dominik G. schrieb: > Die Herausforderung vor der ich nun stehe, ist die richtigen BJTs > auszuwählen, Wahrscheinlich ist keine Schaltung die richtige. Dein Ultraschallwandler wird schlauerweise in Resonanz betrieben, so daß sich die Spannung an ihm überhöht. Dein LTC6254 kann sowieso nur 5V und nicht 100V. Deine dritte Schaltung legt eine Gate-Spannung von 100V an den MOSFET, da geht der kaputt. Dein erste Schaltung lädt den MOSFET bloss langsam per Konstantstrom um, da wirst du die 100kHz nicht schaffen. Insofern könnte deine vertite Schaltung, mit 100mA BJT,m tatsächlich die bessere sein, auich wenn der PNP nicht ordentlich gesperrt wird und BC547 eh keine 100V aushalten. Aber du fragtest ja uch nach passenden Trafsisten wie BF420. Aber ich zweifle draan daß die sinnvoll ist. Die Schaltet in Sättigung und dürfte zu langsam sein, und überhaupt: Für einen US-Wandler in Resonanz braucht man eifgentlich nur eine Class-C Entstufe, also einen Transistor. http://www.loetstelle.net/grundlagen/verstaerker/verstaerker5.php Fang also mal an, die Spannungen und Ströme im US-Wandler bei Resonanz zu erfassen. Dann sehen wir weiter...
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