Spannung am Mikrocontroller verfälscht (negative) Ausgangsspannung

[Marcel H. (mediv)]

Hallo liebe Forumsfreunde,

ich versuche zur Zeit einen 5-stufigen Multilevel-Konverter aufzubauen, 
also einen DC/AC Wechselrichter für eine feste Ausgangsspannung und 
Frequenz. Am Ausgang soll eine treppenförmige Sinusfunktion 
herauskommen.

Als Halbleiterventile kommen n-Kanal MOSFETs vom Typ IRLZ34N für Logic 
Level zum Einsatz (Gatespannung 1...2 V) und PIC-Mikrocontroller 
(Betriebsspannung 1,8...5,5 V) für die Ansteuerung.

Die Versorgungsspannungen +15/-15/+5 V werden alle über einen 
DC-Konstanter aus einem Labornetzteil bereitgestellt (nicht wundern, 
warum ich trotzdem noch die Spannungregler für 3,3 V bzw. 1,8 V 
verwende, die Simulationsergebnisse waren damit etwas besser).

Simuliert wurde die ganze Schaltung in Multisim.

Wenn ich nun die µCs nicht an Masse/Ground anschließe (Bild 1+2), also 
schwebend lasse, sieht die Ausgangsspannung genau so aus, wie ich sie 
haben will, aber sobald ich sie mit Masse verbinde, wird die untere 
Halbwelle abgeschwächt (Bild 3+4), die positive Steuerspannung wirkt 
also anscheinend der negativen Ausgangsspannung entgegen, was ja auch 
irgendwie logisch ist, wenn sie am selben Massepunkt hängen.

Nun braucht so ein µC in der Praxis ja aber zwangsläufig seinen 
Masseanschluss mit einem festen Bezugspotential, damit er überhaupt 
funktioniert.

Was kann man da tun?

Ich hatte auch schon daran gedacht, p-Kanal MOSFETs für die negative 
Spannungsseite zu verwenden, da diese ja quasi eine "negative" 
Gatespannung zum Durchschalten brauchen (bzw. mit GND verbunden sein 
müssen), aber dann fällt ja trotzdem über den gerade nichtleitenden 
Ventilen die positive Steuerspannung ab und es läuft aufs gleiche 
hinaus...

Hoffe ihr versteht, was ich meine.
Vielleicht könnt ihr mir ja weiterhelfen oder wisst einen Rat.

Schonmal vielen Dank im voraus.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Marcel H. schrieb:
> Wenn ich nun die µCs nicht an Masse/Ground anschließe (Bild 1+2), also
> schwebend lasse
Naja, da ist nirgends ein uC...
Aber natürlich musst du das Ansteuerpotential pro Mosfet auf dessen 
Source beziehen.

> Vielleicht könnt ihr mir ja weiterhelfen oder wisst einen Rat.
So gaht das in der Praxis nicht. Du hast hier gerade mal einen 
Funktionsschaltplan aufgezeichnet und komplett misachtet, dass diese 
"Ventile" eben nicht irgendwie beliebig einsetzbar sind.
Im Klartext: du brauchst in der Praxis geeignete potentialfreie 
Gate-Treiber zur Ansteuerung der  Mosfets. Sonst raucht dir das Ding 
binnen Sekunden ab.

[Marcel H. (mediv)]

Danke schonmal für die Antwort!

Lothar M. schrieb:
> Marcel H. schrieb:
>> Wenn ich nun die µCs nicht an Masse/Ground anschließe (Bild 1+2), also
>> schwebend lasse
> Naja, da ist nirgends ein uC...
> Aber natürlich musst du das Ansteuerpotential pro Mosfet auf dessen
> Source beziehen.

Ja, das ist jetzt natürlich nur eine Pulse Voltage Quelle, weil ich 
nicht extra einen PIC in Multisim programmieren wollte, aber das läuft 
doch aufs selbe hinaus, oder? Der µC soll ja im Grunde nichts anderes 
machen, als abwechselnd High und Low Impulse von unterschiedlicher Dauer 
auszugeben, um das Gate anzusteuern.

Ok, das Ansteuerpotential zwischen Gate und Source legen, das versuch 
ich mal (hätte ich eigentlich auch selbst drauf kommen können ^^)

>> Vielleicht könnt ihr mir ja weiterhelfen oder wisst einen Rat.
> So gaht das in der Praxis nicht. Du hast hier gerade mal einen
> Funktionsschaltplan aufgezeichnet und komplett misachtet, dass diese
> "Ventile" eben nicht irgendwie beliebig einsetzbar sind.
> Im Klartext: du brauchst in der Praxis geeignete potentialfreie
> Gate-Treiber zur Ansteuerung der  Mosfets. Sonst raucht dir das Ding
> binnen Sekunden ab.

Alles klar, danke für den Hinweis, das sollte natürlich möglichst nicht 
passieren. Ich dachte, Gate-Treiber braucht man nur für höhere 
Leistungen, das hier spielt sich ja alles im Kleinspannungsbereich ab 
und der DC-Konstanter kann auch nur maximal 3 A ausgeben. Dann werd ich 
mich erstmal nochmal genauer darüber informieren.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Marcel H. schrieb:
> Ich dachte, Gate-Treiber braucht man nur für höhere Leistungen
Nein, Gate-Treiber braucht man für

a) Potentialunterschiede.
Wenn also die Source nicht direkt an Masse liegt.

b) Steile Schaltflanken.
Wenn hohe Schaltfrequenzen mit wenig Verlusten geschaltet werden sollen.

Dein Problem hier ist a) weil jede Source beliebig in der Luft und nur 
selten an Masse hängt...

[Marcel H. (mediv)]

Vielen Dank auf jeden Fall nochmal Lothar, du hast mir sehr 
weitergeholfen!
Ich habe mir für die Schaltung jetzt einen isolierenden 
Halbbrücken-Gatetreiber vom Typ ADuM3223 besorgt, dessen Bezugspotential 
für die Gateansteuerung immer das jeweilige Source-Potential ist.

Kann man das so wie im Schaltplan machen?
Die +10V am Ausgang des Treibers sind dann immer auf das jeweils am 
Source anliegende Potential des anzusteuernden MOSFETs und nicht mehr 
allgemein auf Masse bezogen.

[Georg G. (df2au)]

Die Widerstände an den Gates nicht nach Masse legen sondern an den 
jeweiligen Source.

[Marcel H. (mediv)]

Jo danke stimmt, ich Volldepp!