Hallo Forum, ich bin neu hier (seit geraumer Zeit lesend aktiv), deshalb stelle ich mich kurz vor: Ich bin eigentlich ein Software-Typ, urspruenglich ein "Informations-Elektroniker" (schon ein paar Jahrzehnte her), aber bastle privat haeufig mit Elektronik, analog und digital, herum. Mikrocontroller haben immer wieder meinen Weg gekreuzt, vor kurzem bin ich allerdings im Zuge eines privaten Projekts auf den Geschmack gekommen (MC Front-End fuer den Roehrentester "uTracer"). Ich bastle im Moment an einem per SIO programmierbaren "Buck-Converter" mit einem ATTiny13, der zwar bereits sauber regelt, aber der Schalttransistor braucht, finde ich, etwas lang, um abzuschalten (2us). Eigentlich ganz einfach: ein Widerstand zwischen Emitter und Basis, um die Ladungstraeger schnell abzuleiten, aber das hatte ich schon von Anfang an eingeplant. Die Ausgangsstufe ist wie folgt: - BS170 (MOSFET) direkt am PWM-Output des ATTiny13 - Drain direkt an Basis des BC640, Source an Masse - Ableitwiderstand sollte nicht noetig sein, da PWM-Output aktiv vom ATTiny13 auf 0V gezogen wird - PNP-"Darlington" mit BC640 und BD912 - Ableitwiderstand (Basis/Emitter) BC640: 4.7K - Ableitwiderstand (Basis/Emitter) BD912: 330R Anbei ein Foto (Taschen-Oszilloskop), das die Spannung zwischen Emitter und Kollektor am BD912 zeigt. Die Soll-Ausgangsspannung ist 6.3V an einem 8R-Widerstand, zu sehen in der Luecke zwischen den PWM-Zyklen. Der interessante Teil ist der langsame Anstieg der Emitter-Kollektor-Spannung am Ende des Schaltzyklus, 23-25us im Bild. Nach einer Menge Text nun meine Frage: Ist eine so lange Abschaltzeit fuer einen BD912 (oder aehnliche bipolare Transistoren mit max. 15A) normal? Ich habe natuerlich bereits versucht, die Ableitwiderstaende zu reduzieren, aber ohne den erhofften Effekt. Gruss, --Christian
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Christian M. schrieb: > Die Ausgangsstufe ist wie folgt: Gibt's das auch als Schaltplan? Denn das ist das weltweit anerkannte Kommunikationsmittel unter Elektr(on)ikern... > Ist eine so lange Abschaltzeit fuer einen BD912 (oder aehnliche bipolare > Transistoren mit max. 15A) normal? Im Sättigungsbetrieb/Schaltbetrieb mit diesen dafür recht hochohmigen Widerständen schon.
jau, mit handelsüblichen BJTs wirds wohl auch nicht mehr viel schneller. PowerMOSFETs sind das Mittel der Wahl.
Vielen Dank fuer die schnellen Antworten. Anbei noch der Schaltplan, haette ich auch gleich anhaengen koennen, stimmt. Ich habe testweise 1K und 50R verwendet, aber keinen grossen Unterschied gesehen. Die aktuelle Dimensionierung ist im Prinzip die Haelfte eines "fertigen" Darlingtons mit max. 5A, TIP117, ich brauche aber maximal 8-10A, deshalb der BD912 mit max. 15A, da vermutete ich passende Widerstaende bei etwa einem Drittel. Gruss, --Christian
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8-10A und dann ein pnp-Darlington - keine gute Idee. Und eine 28mH-Drossel für 10A? Wie groß soll die denn werden?
Aehnliche Konstruktionen mit MC34063A und externem BJT-Transistor haben eigentlich leidlich gut funktioniert, allerdings habe ich bislang nicht so viel Strom gebraucht. Die 8-10A sind aber der Maximalstrom, mit etwas Luft nach oben. Die dickste Roehre, die damit beheizt werden soll, braucht 3.5A Heizstrom bei 10.6V, womit theroretisch maximal 7A am Transistor anfallen, durchschnittlich bei einer Einfangsspannung von 24V aber eher ~5A, die Verlustleistung waere dann in ertraeglichen Bereichen (bei 2V Spannungsabfall 10 Watt, wenn er schneller abschalten wuerde). Das Ganze ist nicht fuer den Dauerbetrieb, sondern zum Testen von Roehren, also im Bereich von ein paar Minuten. > Und eine 28mH-Drossel für 10A? Wie groß soll die denn werden? Die Drossel ist recht gross, stimmt, 20mm Durchmesser mit 1mm Drahtdurchmesser (AWG18, 16A maximal an der Luft). Der durchschnittliche Strom durch die Drossel ist jedoch maximal 3.5A. Aber ich lese aus den Kommentaren heraus, dass ich vielleicht wirklich P-Kanal Schalt-MOSFETs verwenden sollte, ich hatte leider keine herumliegen, als ich mir das ausgedacht habe. Wie das halt so ist, wenn man die Teile aus der Bastelkiste nimmt...
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Christian M. schrieb: > Die Drossel ist recht gross, stimmt, 20mm Durchmesser mit 1mm Da hast du wohl eine Gleichtaktdrossel zweckentfremdet, was bedeutet, dass du gar keine Drossel in der Schaltung hast. Es gibt keinen Kern mit 20mm Durchmesser, mit dem man eine Drossel mit 29mH und 7A herstellen könnte, man kommt nichtmal in die Größenordnung. Im Anhang mal eine Rechnung für einen 50mm-Ringkern. Und eine 1N4148 als Freilaufdiode ist genauso daneben dimensioniert.
Das Oszilloskop zeigt so an die 20Khz Schaltfrequenz. Wie kommst Du da auf 29mH Induktivität?
Oops - uH, nicht mH, das ist ein Tippfehler im Schaltplan... Tschuldigung! Die PWM-Frequenz ist 37.5kHz, da reichen laut meiner Rechnung 22uH fuer lueckenlosen Betrieb bei 3.5A/10.6V Ausgang und 24V Eingang. Mit 29uH bin ich da ganz gut in der Naehe, bei weniger Strombedarf "lueckt" es dann natuerlich (wie man im Oszilloskopbild ganz oben sehen kann) aber der Ripple ist in dieser Anwendung nicht so wichtig. Die 1N4148 ist tatsaechlich unterdimensioniert - 450mA - da muss etwas anderes rein. Bislang hat sie es allerdings ueberlebt.
BJTs kannste schon nehmen, aber dann muss man gucken dass der Abschaltvorgang auch zügig vonstatten geht. Beim Einschalten zieht dein BSS aktiv Strom raus und macht damit die beiden PNP leitend, beim Abschalten bekommt die Basis von Q2 nur über R4 Strom. Und dann ist da noch Q1, in dem Moment wo der Abschaltet, fließt erstmal noch ein bischen Strom rein um seine diversen Kapazitäten zu laden, Cds und Cdg vor allem. Das gibt auch keine saubere Abschaltflanke. Und die ist beim Schalten einer Induktivität deutlich wichtiger als das zügige Einschalten. Ich würde für Q1 nen Kleinsignal-NPN nehmen (2n3904 o.ä.), daraus ne Class A Verstärkerstufe (Pegelwandler) aufbauen und damit nur den BD912 ansteuern. Trick fürs schnelle Abschalten: Q1 bekommt keinen rein ohmschen Lastwiderstand sondern was ohmsch-induktives (Die kleinen 100uH Festinduktivitäten z.B.) sowie einen kleinen Re. Parallel zu Rb nen Speedup-Kondensator. Re und Rb so auslegen, dass der Transistor den erforderlichen Basisstrom bereitstellt, aber nicht sättigen kann. Ungefähr so: http://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?cct=$+1+2e-9+10.20027730826997+50+5+50%0AR+96+256+64+256+0+2+150000+5+0+0+0.5%0Aw+96+256+128+256+0%0Ar+128+256+176+256+0+5000%0At+176+256+208+256+0+1+-17.879568247710594+-5.879568247786291+100%0Ar+208+272+208+304+0+100%0Ag+208+304+208+336+0%0Aw+208+240+208+176+0%0Ar+208+128+208+96+0+470%0AR+208+64+208+32+0+0+40+12+0+0+0.5%0Aw+208+64+288+64+0%0Aw+288+64+368+64+0%0At+336+176+368+176+0+-1+12.824595814789165+-7.066347507134196e-11+100%0Aw+368+160+368+64+0%0Aw+336+176+288+176+0%0Aw+368+192+368+224+0%0Al+368+256+448+256+0+0.00047+2.1120124779969016%0Aw+368+224+368+256+0%0Ac+448+256+448+304+0+0.00021999999999999998+0.7006133701266807%0Ag+448+304+448+336+0%0Aw+448+256+544+256+0%0Ar+544+256+544+304+0+1%0Ag+544+304+544+336+0%0Aw+288+176+208+176+0%0Aw+208+176+176+176+0%0Aw+176+64+208+64+0%0Aw+208+96+208+64+0%0Aw+208+128+208+176+0%0Ad+368+304+368+256+1+0.805904783%0Ag+368+304+368+336+0%0Aw+128+256+128+224+0%0Aw+176+256+176+224+0%0Ac+128+224+176+224+0+4e-9+0.8795682477812568%0Ao+16+64+0+2083+80+3.2+0+-1+0%0A
Und warum so aufwändig, wenn es mit einem PMOS deutlich besser funktioniert? Allein die CE-Sättigungsspannung mit der daraus resultierenden Verlustleistung wäre für mich der show-stopper. Ist natürlich was anderes, wenn das Ganze mit Bauteilen aus der 30 Jahre alten Bastelkiste realisiert werden muß.
Die 1N4148 ist auch ein Tippfehler, drin ist eine 1N5819 mit max 25A Peak aber max. 1A Dauerlast, also auch zu klein. Aber das erklaert, warum sie noch lebt :) Hier noch mal ein aktualisierter Schaltplan. Den anderen Kommentar muss ich mir nochmal genauer durchlesen - die Konstruktion mit dem BS170 ist einfach eine simple Kopplung an dem Output-PIN des AVR, die ohne Widerstaende, etc. auskommt. Sieht jemand ein Problem in dem Schaltverhalten mit dem BS170 an dieser Stelle (klar, ein Widerstand/Kondensator zur Ansteuerung eines NPN wie in dem Beispiel waere billiger.
OK, das mit dem BS170 war eine bloede Frage - nochmal genau gelesen und Du sagst, dass die Kapazitaeten von Q1 evtl. ein Problem darstellen, macht Sinn. Der Grund fuer das etwas seltsame Design ist, dass ich bislang mit analogen Schaltreglern gearbeitet habe, mit einem TIP117 als Schalttransistor wenn mehr Strom gebraucht wurde. Hat immer ganz gut funktioniert, aber bei der Umsetzung auf einen MC brauchte ich erst mal eine Kopplungs-Stufe, die mit 5V einen TIP117 mit Emitter an 24V ansteuern kann. Als der Prototyp dann lief, habe ich nochmal nachgesehen und bemerkt, dass der TIP117 nicht genug Strom aushaelt, da habe ich einen "Darlington" aus der Bastelkiste gebaut. Der Ansatz mit NPN als Treiber und PNP als Schalter gefaellt mir, ist aber genauso ein Re-Design wie eine komplette MOSFET-Stufe, was bei dem hohen Strom wohl am Ende mehr Sinn machen wuerde.
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Christian M. schrieb: > Anbei noch der Schaltplan, > haette ich auch gleich anhaengen koennen, stimmt. Oh ähm das ist ja seltsam ... Der BS170 wäre bei mir ein NPN geworden und das Darlington-Pärchen ein P-MOSFET ... vor dem MOSFET noch ein schöner Push-Pull-Treiber mit BC807 und BC817 (oder die bedrahteten Äquivalente davon). *edit*: Und noch eine Art Begrenzung, damit Ugs max nicht überschritten wird (siehe Anhang). (Werte sind nur beispielhaft und müssen angepasst werden).
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Wie schon gesagt, der BS170 war einfach ein schneller Weg, den digitalen MC-Ausgang mit minimalem Aufwand zur Ansteuerung eines TIP117 mit Emitter an 24V zu verwenden. Als der TIP117 rausflog, haette ich das nochmal ueberdenken sollen, das ist mir inzwischen auch klar geworden :) Aber jetzt wird es interessant fuer mich: Einen MOSFET-Schalter fuer solche Stromstaerken wuerde man also mit Push-Pull ansteuern, anstatt einen Ableitwiderstand zu verwenden? Wie man schon sehen kann, habe ich nicht allzuviele Erfahrungen mit MOSFETs in Schaltreglern (obwohl sie da ja am meisten Sinn machen) und habe bislang lieber BJTs eingesetzt...
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Die von Mampf gezeigte push-pull-Ansteuerung sollte schnell genug sein. Ansonsten solltest Du vlt mal in LTSpice mal verschiedene Varianten simulieren, dabei kann man schon eine Menge lernen ohne überhaupt den Lötkolben an zu fassen.
Christian M. schrieb: > Push-Pull ansteuern, anstatt > einen Ableitwiderstand zu verwenden? Ja genau, sonst dauert das Abschalten relativ lange, wenn die Gate-Capazität hoch ist. Dadurch steigt auch die Verlustleistung im MOSFET und er wird warm/heiß. Die Schaltung, die ich gepostet hab, hab ich mir nicht selbst überlegt, die zirkuliert hier im Forum schon seit langer Zeit :) Das tolle an ihr ist die Stufe am Eingang ... Wenn der Transistor schaltet, wird das Gate nicht auf 0V gezogen. Das ist wichtig, weil die meisten MOSFETs nur eine Spannungsdifferenz von 20V bzgl Gate zu Source vertragen.
Prima, mal sehen, was ich am Ende machen werde. Die Push/Pull-Geschichte ist genial, aber vorher werde ich mal sehen, ob ich die bereits existierende Platine vielleicht noch retten kann - den BS170 rauswerfen und durch NPN-Treiber/PNP-Schalter ersetzen muesste eigentlich klappen. Vielen Dank an alle - ich habe in kuerzester Zeit viel gelernt und werde auf jeden Fall folgende Designs mit hohen Stromanforderungen mit so einer Push/Pull-Stufe und Schalt-MOSFET realisieren. Tolles Forum! Gruss, --Christian Edit: LTSpice ist bereits auf meine Liste von Dingen, die ich mir bald mal ansehen muss.
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Stichwort: "Ausräumdiode" EIne Diode in Sperrrichtung von der Basis zum Kollektor
STM32 schrieb im Beitrag #4872638: > Stichwort: "Ausräumdiode" > > EIne Diode in Sperrrichtung von der Basis zum Kollektor Baker-Clamp ist besser. voltwide schrieb: > Ist natürlich was anderes, wenn das Ganze mit Bauteilen aus der 30 Jahre > alten Bastelkiste realisiert werden muß. Das hab ich als Anforderung betrachtet, ja.
THOR schrieb: >> Stichwort: "Ausräumdiode" >> >> EIne Diode in Sperrrichtung von der Basis zum Kollektor > > Baker-Clamp ist besser. Das IST ein Baker-Clamp :-)
STM32 schrieb im Beitrag #4872664: > THOR schrieb: >>> Stichwort: "Ausräumdiode" >>> >>> EIne Diode in Sperrrichtung von der Basis zum Kollektor >> >> Baker-Clamp ist besser. > > Das IST ein Baker-Clamp :-) Dann hättest du das vielleicht sagen sollen, denn die Effektivität der Baker Clamp hängt davon ab, wie niedrig die Flusspannung der Schottky-Diode ist. Mit ner 1N5819 wirst du da kaum einen nennenwerten Unterschied feststellen können. Und Ausräumdiode ist was ganz anderes. Da überbrückt man den Rb um den Ausräumfaktor zu erhöhen. Siehe https://books.google.de/books?id=QdSsBgAAQBAJ&pg=PA556&lpg=PA556&dq=Ausr%C3%A4umdiode&source=bl&ots=SMxy-uQcHH&sig=tUOAH7tsuB5aYhmb13NsnrNTYI8&hl=de&sa=X&ved=0ahUKEwiZ4ZS7mdPRAhWI3CwKHT4KDH4Q6AEIKjAD#v=onepage&q=Ausr%C3%A4umdiode&f=false (Tietze Schenk S. 556 falls der Link nicht klappt)
Jetzt komme ich doch nochmal zu dem Thema zurueck... schon mal vielen Dank fuer den "Baker Clamp"-Hinweis, der hat wohl am Ende meine Platine gerettet :) Ich habe mir jetzt endlich LTSpice sowie eine mehr oder weniger umfassende Bauteil-Bibliothek installiert und sowohl die bestehende als auch die NPN/PNP-Variante durchgespielt (siehe Anhang - dcdc.asc/1.pdf = mit BS170, dcdc_2.asc/2.pdf = NPN/PNP) Die NPN/PNP-Variante scheitert am Ende an der Verlustleistung am 22Ohm Widerstand (R2) an ~22V, der notwendig ist, damit der NPN-Treiber bis zu 1A Basisstrom fuer den BD912 liefern kann (BD912: hf_min ~10 bei 10A Ausgangsstrom). Andereseits hat LTSpice den Effekt des gesaettigten BC640 sehr deutlich gemacht. Das erklaert auch, warum kleinere Ableitwiderstaende bei meinen Versuchen keinen Unterschied gemacht haben, die "Uebersaettigung" des BC640 hat sogar kurze PWM-Zyklen auf ein Mehrfaches ausgedehnt. Mit einer Schottky-Diode (Baker Clamp) am Treiber (BC640) sowie drastisch reduzierten Ableitwiderstaenden ist die Abschaltzeit am BD912 bei ~0.3us, also etwa ein Zehntel des vorherigen Wertes. Gruss, --Christian
Ja, LTSpice ist schon ein primal Tool um mal Schaltungen zu verstehen. Eine ganz wesentliche Sache fehlt aber: Der magische Rauch, der aus R2 in Sekundenbruchteilen austreten wird, wird leider nicht simuliert.
Warum man üblicherweise FETs für solche Aufgaben nimmt, sollte mittlerweile klar sein, nicht?
> Warum man üblicherweise FETs für solche Aufgaben nimmt, sollte > mittlerweile klar sein, nicht? Oh ja! Das naechste mal ;)
voltwide schrieb: > Der magische Rauch, der aus R2 > in Sekundenbruchteilen austreten wird, wird leider nicht simuliert. Die dafür nötige Ausgabeeinheit ist im Modelleisenbahnhandel erhältlich, für richtig dicke Bauelemente dann in der Veranstaltungstechnik. Treiber muss man leider selbst schreiben.
@Arno was für ein Programm hast du da benutzt? Ich kenne nur den "mini Ringkern Rechner" der Funkamateure..
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