Hallo zusammen, ich habe eine Schaltung entworfen, womit ich einen Kurzschluss über einen Mosfet erzeugen kann. Damit werde ich einmal den HS Mosfet und einmal den LS Mosfet von einer Motorsteuerung (Halb H Brücke) während dem Betrieb Kurschließen. An der Halb H Brücke liegt 12 V Spannung an und im Kurzschlussfall können sehr sehr hohe Ströme fliesen (ca. 200A in diesem Fall). Im Dateianhang befindet sich ein Schaltplan den ich erstellt habe. Darin ist ein Taster der entprellt wird und in den Input von einem Schmitt Trigger geht. Den Output vom Schmitt Trigger verbinde ich mit einem Optokoppler der einen integrierten Mosfet Treiber hat. Somit sind die Potentiale vom Eingang und Kurzschluss getrennt. Der Mosfet Treiber steuert den Mosfet an und schließt den HS oder LS der Halb H Brücke Kurz. Für den Taster und Schmitt Trigger benutze ich ein Netzteil mit 5V Spannungsversorgung. Für den Optokoppler mit integriertem Mosfet Treiber benutze ich ein seperates Netzteil mit 15 V Spannungsversorgung. Könnt ihr bitte über die Schaltung schauen und ein Feedback bzw. Verbesserungsvorschläge geben? Es handelt sich dabei um eine Bachelorarbeit und der Kurzschluss wird injiziert, um eine Kurzschlusserkennung (ist an dieser Stelle uninteressant) zu testen. Ich freue mich auf euer Feedback!
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Das entprellte Signal würde ich über ein Monoflop erzeugen. Die Breite des Monoflopsignals würde ich noch einstellbar realiseren. Hintergrund ist hier, dass Du Dich über die Kurzschlußzeit hocharbeitest, wann die Schutzschaltung der Endstufe auslöst. Sollte diese Versagen, wäre so die Endstufe nicht immer hinüber. Das Gate des MOSFet muß noch vor Überspannungen geschützt werden. Es kann aber nicht notwendig sein, wenn der Ausgang des Optokopplers nicht einen hochohmigen Zustand haben sollte. Für die Messung mußt Du noch ein Signal für die Triggerung der Aufzeichnung (z.B. digi Oszi) herausführen, falls Du nicht daran schon gedacht hast.
Hallo, > Hallo schrieb: > ich habe eine Schaltung entworfen, womit ich einen Kurzschluss über > einen Mosfet erzeugen kann. > Damit werde ich einmal den HS Mosfet und einmal den LS Mosfet von einer > Motorsteuerung (Halb H Brücke) während dem Betrieb Kurschließen. An der > Halb H Brücke liegt 12 V Spannung an und im Kurzschlussfall können sehr > sehr hohe Ströme fliesen (ca. 200A in diesem Fall). Da gäbe es auch noch FET mit niedrigerem R_on (unter 1mOhm). https://www.infineon.com/cms/en/product/power/mosfet/20v-300v-n-channel-power-mosfet/ > Im Dateianhang befindet sich ein Schaltplan den ich erstellt habe. Darin > ist ein Taster der entprellt wird. Wenn du schon einen Wechslerkontakt hast, dann ist das Entprellen mit einem RS-FF die zuverlässigste Lösung. https://www.elektronik-kompendium.de/sites/dig/0210223.htm > Optokoppler der einen integrierten Mosfet Treiber hat. Muß den das im ns-Bereich schalten? Ich denke, solch ein Zeitverhalten brauchst du nicht, oder? Dagegen spricht ja schon der 2,5k Widerstand in der Zuleitung zum Gatetreiber. Der scheint mir deutlich zu groß gewählt, 100 Ohm wären wohl ok. Wenn es auch langsamer schalten darf, würde auch ein einfacher Optokoppler reichen, der das Gate gegen die galv. getrennte 15V-Spannung schaltet. > Für den Taster und Schmitt Trigger benutze ich ein Netzteil mit 5V > Spannungsversorgung. Für den Optokoppler mit integriertem Mosfet Treiber > benutze ich ein seperates Netzteil mit 15 V Spannungsversorgung. Ein kleiner DCDC-Wandler z.B. RO-0512 (oder komaptibel) würde es wohl auch tun. Außerdem beachte, dass unbenutze Eingänge von CMOS-IC unbedingt beschaltet werden sollten. Auch wären an der Stromversorgung noch ein paar uF ganz zweckmäßig. Gruß Öletronika
Wenn Du bei dem 74HC14 bleibst, darfst Du die nicht verwendeten Eingänge nicht unbeschaltet lassen. Die können wild anfangen zu schwingen, bis hin zur Überhitzung des Bausteins. Also einfach z.B. auf GND legen und gut ists.
Warum muß der Taster überhaupt galvanisch getrennt werden? Zwei Versorgungsspannungen, Logikgatter, Optokoppler, Treiber und das alles nur, um nen MOSFET per Hand ein- und auszuschalten?!?
Danke erst mal an an alle Rückmeldungen. Ich möchte noch dazu sagen, dass ich dafür ein Layout erstelle und mit SMD Bauteilen arbeiten werde. Dieter schrieb: > Das Gate des MOSFet muß noch vor Überspannungen geschützt werden. Es > kann aber nicht notwendig sein, wenn der Ausgang des Optokopplers nicht > einen hochohmigen Zustand haben sollte Wie kann ich das Gate vor Überspannungen schützen? ich bin mir auch nicht sicher ob ich überhaupt ein Widerstand an das Gate legen soll. Der Optokoppler mit Mosfet Treiber hat am Ausgang 2A. Wird der 10 Ohm SMD Widerstand am Gate nicht verdampfen? Ich möchte den Mosfet so schnell es geht ein- und ausschalten aufgrund vom hohen kurzzeitigem Kurzschlussstrom. Wie soll ich damit umgehen? U. M. schrieb: > Muß den das im ns-Bereich schalten? > Ich denke, solch ein Zeitverhalten brauchst du nicht, oder? > Dagegen spricht ja schon der 2,5k Widerstand in der Zuleitung zum > Gatetreiber. Der scheint mir deutlich zu groß gewählt, 100 Ohm wären > wohl ok. Hast du vollkommen recht. Ich hätte gerne schnelle Ein- und Ausschaltvorgänge. Wichtig ist noch, dass ich den Vorgang nur einmal durchführe. Also den Kurzschluss einmal schnell einschalten und schnell ausschalten. Es wäre wahrscheinlich besser wenn ich den Widerstand komplett weglasse oder? foobar schrieb: > Warum muß der Taster überhaupt galvanisch getrennt werden? Zwei > Versorgungsspannungen, Logikgatter, Optokoppler, Treiber und das alles > nur, um nen MOSFET per Hand ein- und auszuschalten?!? Ich habe gedacht, es würde nicht schaden die Potentiale vom Eingang und Kurzschluss zu trennen. Wenn ich den Kurzschluss später mit z.B einem µC ansteuern möchte, wäre das denke ich nicht verkehrt. Eine zusätzliche Frage noch: Wenn ich den HS Mosfet der Halb H Brücke Kurzschließe, reicht eine Gatespannung von 15V. Auf dem GND2 würde ja, dann 12V liegen oder? Habe ich da einen Denkfehler?
> Dieter schrieb: > Das Gate des MOSFet muß noch vor Überspannungen geschützt werden. ... > Optokoppler mit Mosfet Treiber hat am Ausgang In dem Falle uebernehmen das die Body/Freilaufdioden der internen MOSFets. Beim Anschliessen immer zuerst Source verbinden, wenn dies im Betrieb gemacht wird.
Hallo, > Hallo schrieb: > Hast du vollkommen recht. Ich hätte gerne schnelle Ein- und > Ausschaltvorgänge. Was ist bei dir schnell? Für den einen sind 100ns zu langsam. Für den anderen ist 1ms sehr schnell (dazwischen liegt trotzdem der Faktor 10000)!. > Wichtig ist noch, dass ich den Vorgang nur einmal > durchführe. Also den Kurzschluss einmal schnell einschalten und schnell > ausschalten. Und die Zeit dazwischen ist egal? > Es wäre wahrscheinlich besser wenn ich den Widerstand > komplett weglasse oder? Naja, ein passend dimensinierter RC-Tiefpass in der Zuleitung dient durchaus der Störsicherheit. > foobar schrieb: >> Warum muß der Taster überhaupt galvanisch getrennt werden? Zwei >> Versorgungsspannungen, Logikgatter, Optokoppler, Treiber und das alles >> nur, um nen MOSFET per Hand ein- und auszuschalten?!? > Ich habe gedacht, es würde nicht schaden die Potentiale vom Eingang und > Kurzschluss zu trennen. Wenn ich den Kurzschluss später mit z.B einem µC > ansteuern möchte, wäre das denke ich nicht verkehrt. Kann man so sehen, aber die gesamte Schaltung zur Ansteuerung des FET-Treibers könnte ja auch gleich auf das Bezugspotential "GND2" gelegt werden. Dann reicht auch eine 15V-Stromversorgung, aud der die paar mA für die 5V aus einem Längsregler erzeugt werden. > Eine zusätzliche Frage noch: > Wenn ich den HS Mosfet der Halb H Brücke Kurzschließe, reicht eine > Gatespannung von 15V. Auf dem GND2 würde ja, dann 12V liegen oder? Habe > ich da einen Denkfehler? Ja, das ist so richtig. Ist aber kein Problem, wenn die 15V-Stromversorgung sowieso galv. getrennt ist. Ich empfehle dafür nochmal einen DCDC-Wandler, der immer gewährleistet,das die Schaltung galv. getrennt bleibt. > Wird der 10 Ohm SMD Widerstand am Gate nicht verdampfen? Die 2A fließen nur als Umladestrom für die Gatekapazität. Nun prüfe mal, wie groß diese Kapzität ist und überlegen, welche Energie da bei einem Ein-/Auschalt-Impuls umgesetzt wird. Ein Problem mit Überspannung am Gate sehe ich eher nicht. Wenn die Versorgung des FET-Treibers nur 15V hat, kann die Gatespannung ja nicht darüber hinaus gehen, solange der Gatestreiber das Gatepotential bestimmt. Das Gate hält aber mind. +/-20V aus. Zusätzliche Schutzbeschaltung hat auch den Nachteil zusätzlicher Kapazität, die mit umgeladen werden muß. Gruß Öletronika
Komplementaertyp MOSFET. Fuer On Gate wird auf Masse geschaltet.
U. M. schrieb: > Ein Problem mit Überspannung am Gate sehe ich eher nicht. Wenn die > Versorgung des FET-Treibers nur 15V hat, kann die Gatespannung ja nicht > darüber hinaus gehen, solange der Gatestreiber das Gatepotential > bestimmt. > Das Gate hält aber mind. +/-20V aus. Zusätzliche Schutzbeschaltung hat > auch den Nachteil zusätzlicher Kapazität, die mit umgeladen werden muß. > Gruß Öletronika Du hast aber auch parasitäre Schaltungsinduktivitäten, die in Verbindung mit den (parasitären) Kapazitäten am Gate einen Schwingkreis bilden. Somit kann die Spannung durchaus über 20 V ansteigen. Den Nachteil von zusätzlichen Kapazitäten kannst Du mit einem Gate-Treiber ausgleichen, der einen entsprechend hohen Strom beim Ein- und Ausschalten liefert, so dass die Kapazitäten schnell geladen, bzw. entladen werden können. Bei Umschaltzeiten > 100 ns, die über den Längswiderstand am Gate eingestellt werden können, ist diese ganze Diskussion aber weitestgehend hinfällig.
Vielen dank für deine Ausführliche Antwort! U. M. schrieb: > Was ist bei dir schnell? Für den einen sind 100ns zu langsam. > Für den anderen ist 1ms sehr schnell (dazwischen liegt trotzdem der > Faktor 10000)!. Da hast du natürlich vollkommen recht. Sorry für meine unausführliche Angabe. Bei mir geht es um eine Ein und Ausschaltzeit von ca 150ns. Der Kurzschluss soll zwischen 50 bis 500µs anliegen. Wenn die Kurzschlusszeit keine präzise Angabe benötigt werde ich den Taster nutzen. Bei präziseren Kurzschlusszeiten werde ich einen funktion Generator vor dem Optokoppler zur Ansteuerung nutzen. U. M. schrieb: > Naja, ein passend dimensinierter RC-Tiefpass in der Zuleitung dient > durchaus der Störsicherheit. Kannst du mir bei der Dimensionierung helfen? Ich habe ja keine wirkliche Frequenz sondern nur eine Ein- und Ausschaltzeit. Die schnellste Periode wäre z.B 10µs soll ich dann einfach mit 100kHz rechne ? Das wäre ein Widerstand von ca 2 Ohm. Macht das Sinn? U. M. schrieb: > Die 2A fließen nur als Umladestrom für die Gatekapazität. > Nun prüfe mal, wie groß diese Kapzität ist und überlegen, welche Energie > da bei einem Ein-/Auschalt-Impuls umgesetzt wird. Der Total Gate Charge(Qc) vom Mosfet ist bei Ugs=15V ca.290nC. Für die Energie rechne ich E=Qc*Ugs = 4,35 µJ. Diese Energie wird beim Aufladen vom Mosfet umgesetzt. Wie gleiche ich das jetzt mit dem Mosfet treiber ab? Ich kann die tphl und tplh Zeiten betrachten wie lange der Treiber zum ein und ausschalten benötigt, aber genau wie das geht ist mir noch nicht klar. Wie viel Energie benötige ich zum Entladen der Gatekapazität wieder die 4,35µJ? Die fallen dann wahrscheinlich am Innenwiderstand vom Treiber und am Gatewiderstand ab. Wie bestimme ich die Gatekapazität? Indem ich Ciss-Crss rechne oder indem ich Q/U=C rechne?
Hallo schrieb: > Kannst du mir bei der Dimensionierung helfen? Ich habe ja keine > wirkliche Frequenz sondern nur eine Ein- und Ausschaltzeit. Die > schnellste Periode wäre z.B 10µs soll ich dann einfach mit 100kHz rechne > ? Das wäre ein Widerstand von ca 2 Ohm. Macht das Sinn? Da Du Deine parasitären Kapazitäten und die Miller-Kapazität nur sehr ungenau bestimmen kannst, messe die Zeit am besten mit einem Oszilloskop und verändere dann Deinen Widerstand (und ggf. einen kleinen Kondensator zwischen Source und Gate) so lange, bis die gewünschte Ein-/Ausschalt-Zeit eingestellt ist.
sam_der_gute schrieb: > Da Du Deine parasitären Kapazitäten und die Miller-Kapazität nur sehr > ungenau bestimmen kannst, messe die Zeit am besten mit einem Oszilloskop > und verändere dann Deinen Widerstand (und ggf. einen kleinen Kondensator > zwischen Source und Gate) so lange, bis die gewünschte > Ein-/Ausschalt-Zeit eingestellt ist Die gewünschte ein und Ausschaltzeit ist eigentlich so schnell wie möglich. Deswegen hatte ich auch oben mal gefragt, ob ich überhaupt einen Widerstand benötige. U. M. schrieb: >> Eine zusätzliche Frage noch: >> Wenn ich den HS Mosfet der Halb H Brücke Kurzschließe, reicht eine >> Gatespannung von 15V. Auf dem GND2 würde ja, dann 12V liegen oder? Habe >> ich da einen Denkfehler? Das habe ich immer noch nicht ganz verstanden. Damit mein Mosfet komplet durch schaltet benötige ich ungefähr eine Spannung von 2*Uth an Ugs. Der Mosfet den ich verwende hat eine Uth von max. 4V. Wenn ich den Kurzschluss am HS schalte liegt am Source ja 12V. Egal ob es galvanisch getrennt ist oder nicht liegen am Source doch 12 V. Das heißt doch das mein Ugs um die 3 V ist und mein Mosfet nicht komplett duchschaltet? Ich müsste doch an Gate ca.20V anliegen damit er im HS Kurzschluss Test komplett durchschaltet. Beim LS Test ist das natürlich kein Problem, da mein Source eh am GND liegt. Wo ist mein Denkfehler?
Hallo schrieb: > Die gewünschte ein und Ausschaltzeit ist eigentlich so schnell wie > möglich. Deswegen hatte ich auch oben mal gefragt, ob ich überhaupt > einen Widerstand benötige. Ohne Widerstand, was auch geht, wird der maximale Strom im wesentlichen vom Innenwiderstand Deines Treibers bestimmt. Da beim sehr schnellen Schalten des MOSFETs voraussichtlich Schwingungen auftreten werden, wirst Du vermutlich doch nicht die maximale Schaltgeschwindigkeit wollen. Schaue Dir das Ganze mit dem Oszilloskop an und entscheide dann.
Hallo schrieb: > Wenn ich den > Kurzschluss am HS schalte liegt am Source ja 12V. Die Spannung heist Ugs. Wo S gegenüber GND liegt ist doch dafür erst mal uninteressant.
Stephan schrieb: > Die Spannung heist Ugs. Wo S gegenüber GND liegt ist doch dafür erst mal > uninteressant. Eben, das meine ich doch. Wenn ich Gate gegen Source messen würde (Ugs) ich doch 3V messen und mein Mosfet wäre nicht komplet durchgeschaltet.
Hallo schrieb: > Der Total Gate Charge(Qc) vom Mosfet ist bei Ugs=15V ca.290nC. Für die > Energie rechne ich E=Qc*Ugs = 4,35 µJ. Diese Energie wird beim Aufladen > vom Mosfet umgesetzt. Wie gleiche ich das jetzt mit dem Mosfet treiber > ab? Ich kann die tphl und tplh Zeiten betrachten wie lange der Treiber > zum ein und ausschalten benötigt, aber genau wie das geht ist mir noch > nicht klar. Wie viel Energie benötige ich zum Entladen der Gatekapazität > wieder die 4,35µJ? Die fallen dann wahrscheinlich am Innenwiderstand vom > Treiber und am Gatewiderstand ab. > > Wie bestimme ich die Gatekapazität? Indem ich Ciss-Crss rechne oder > indem ich Q/U=C rechne? Also für mich ist jetzt soweit alles klar. Ich bräuchte nur noch Hilfe bei der Auslegung vom Treiber. Könnt ihr mir zeigen wie ich nachweisen kann, dass die Energie vom Treiber ausreichend ist?
Hallo > schrieb: > Also für mich ist jetzt soweit alles klar. Ich bräuchte nur noch Hilfe > bei der Auslegung vom Treiber. Könnt ihr mir zeigen wie ich nachweisen > kann, dass die Energie vom Treiber ausreichend ist? Der Treiber muß sich beim Aufladen der Gatekapzität (zuzüglich parasitäre Kapazitäten) aus dem Block-C (100nF=) in der Zuleitung des FET-Treibers bedienen. Damit die Spannung an diesen C nicht zusammenbricht, muß die Kapazität viel höher sein, als die unzuladende Gatekazität. Das ist mit 100nF schon mal gegeben, unter der Vorraussetzung, dass dieses C auch tatsächlich halbwegs die Nennkapazität hat und ein sehr niedriges ESR hat (-> MLCC verwenden). https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/5527 Ich würde da einen moderaten Widerstand in die Zuleitung setzen (z.B. 5...10 Ohm) und zu den 100 nF noch einen weiterec C mit z.B. 1u...4,7uF MLCC setzen. z.B. MLCC 1uF/50V X7R https://www.mouser.de/Passive-Components/Capacitors/Ceramic-Capacitors/MLCCs-Multilayer-Ceramic-Capacitors/Multilayer-Ceramic-Capacitors-MLCC-SMD-SMT/_/N-bkrdv?P=1yx4avvZ1yx4avuZ1yx4attZ1yx4atu&Rl=bkrdvZer3vZ1z0wrj5Z1z0wrjcSGT Auch ein Kombination von unterschiedlichen Werten (z.B. 10nF+100nF) kann unter Umständen sinnvoll sein, um evtl, Schwächen des einen C (Resonanzeffekte) durch die den anderen zu kompensieren. https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:MLCC-Imp-versus-Freqenz.svg So ein Tiefpass in der Stromversorgung des Treibers verhindert auch, daß längere Kabel, die als Zuleitung durch die sehr steilen Impulsflanken zu einer kräftigen Störquelle wird. Überhaupt, ist es auch sehr empfehlenswert, ein EMI-Ferrit mit in die 15V-Versorgung einzuschleifen. https://www.murata.com/products/emc/emifil/bl Gruß Öletronika
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