Hi, beschäftige mich gerade mit der Ansteuerung von LeistungsMosfets... Hier ist mir untergekommen, dass die Ansteuerung immer über eine Gegentaktendstufe erfolgen soll. Kann mir jemand erklären, was das bedeuten soll, bzw was ich mir darunter für die Ansteuerung von Leistungsmosfets vorstellen kann? Was ist hier zu berücksichtigen und warum Gegentaktendstufe? Danke!
:
Verschoben durch Moderator
Florian L. schrieb: > Was ist hier zu berücksichtigen und warum Gegentaktendstufe? Zum schnellen Schalten willst du eine symmetrische Treiberleistung.
Wolfgang schrieb: > Zum schnellen Schalten willst du eine symmetrische Treiberleistung. Danke, aber ich bin jetzt gleich schlau wie vorher :) Kannst du mir das bitte etwas genauer erklären, was das bedeutet? Danke!
Angehängte Dateien:
-
20230110_180202.png
6,8 KB
Peter K. schrieb: > ...um die Gate-Kapazität schnell laden und entladen zu können. Hier mal ein Beispiel für so eine Push-Pull-Treiberstufe.
Florian L. schrieb: > Kann mir jemand erklären, was das > bedeuten soll, bzw was ich mir darunter für die Ansteuerung von > Leistungsmosfets vorstellen kann? https://www.mikrocontroller.net/articles/Ausgangsstufen_Logik-ICs Push-Pull ist die englische Bezeichnung für Gegentaktendstufe. > Was ist hier zu berücksichtigen Nimm einen fertigen MOSFET-Treiber, so wie der Rest der Welt. https://www.mikrocontroller.net/articles/MOSFET-%C3%9Cbersicht#MOSFET-Treiber > und > warum Gegentaktendstufe? Damit man schnell und mit viel Strom nach HIGH und auch LOW schalten kann.
Wow, danke, das macht natürlich Sinn. D.h. vor allem bei LeistungsMOSFETS hat man unter Umständen auch höhere Umschaltströme für die Gatekapazität, die mit so einer Gegentaktstufe getrieben werden können. Ist es eigentlich so, dass es dadurch nur schneller geht oder ist es überhaupt nur mit so einer Gegentaktendstufe möglich (sprich, wenn ich keine Gegentaktendstufe verwende, dauert dann die Umladung nur länger, weil ein kleinerer Strom in gleicher Zeit fließen kann, oder ist es ohne Gegentaktstufe gar nicht möglich, weil die hohen Umschaltströme einen alternativen Ausgang, der diese Ströme nicht kann, zerstören würde)? Danke!
Florian L. schrieb: > Wow, danke, das macht natürlich Sinn. MOSFET-Treiber scheinen für dich Neuland (tm) zu sein . . . > Ist es eigentlich so, dass es dadurch nur schneller geht oder ist es Was heißt nur? In den allermeisten Anwendungen will und MUSS man schell schalten, damit die Schaltverluste minimiert werden und der MOSFET nicht abraucht. > überhaupt nur mit so einer Gegentaktendstufe möglich (sprich, wenn ich > keine Gegentaktendstufe verwende, dauert dann die Umladung nur länger, > weil ein kleinerer Strom in gleicher Zeit fließen kann, Rein prinziell kann man MOSFETs auch schnarchlangsam schalten. Auch mit der vergurktesten Ansteuerung. Ist aber selten sinnvoll und praktikabel. > oder ist es ohne > Gegentaktstufe gar nicht möglich, weil die hohen Umschaltströme einen > alternativen Ausgang, der diese Ströme nicht kann, zerstören würde)? Nein, das ist nicht das Problem.
Florian L. schrieb: > Hier ist mir untergekommen, dass die Ansteuerung immer über eine > Gegentaktendstufe erfolgen soll. "Immer" würde ich nicht sagen. Schau dir meinen Aufsatz dazu an http://stefanfrings.de/transistoren/index.html#verluste_gate
Perfekt, danke. Ja, mosfet Treiber sind in der Tat Neuland für mich... Soweit alles nachvollziehbar, eine Frage ist noch offen: Warum ist es mit der Gegentaktendstufe schneller als z.B. mit einem normalen digitalen Ausgang? Wenn ich z.B. gegen Masse schalte, kann der Strom doch beim "normalen" digitalen Ausgang gleich schnell abließen, wie bei der Push Pull Stufe, wo über den Transistor auf Masse geschalten wird? Oder ist hier nur die Strombegrenzung der Grund? Sprich: über den Transistor der Push Pull Stufe kann ein höherer Strom fließen als über den normalen digitalen Ausgang. D.h. höherer Strom in kürzerer Zeit über den Transistor transportiert die gleiche Ladung wie kleinerer Strom über längere Zeit (Standard Ansteuerung) Ich nehme an dass der zweite Absatz in die richtige Richtung geht und der Grund ist, bitte aber um Bestätigung bzw Korrektur der Experten :) Vielen Dank!
Florian L. schrieb: > Warum ist es mit der Gegentaktendstufe schneller als > z.B. mit einem normalen digitalen Ausgang? Ist es nicht. Ein normaler digitaler Ausgang hat eine Gegentakt-Endstufe. Mit einer stärkeren Endstufe, die mehr Strom liefert bzw. abzieht, lassen die Gate-Kapazitäten schneller umladen.
Florian L. schrieb: > eine Frage ist noch offen: Warum ist es > mit der Gegentaktendstufe schneller als z.B. mit einem normalen > digitalen Ausgang? Zwei Dinge stehen dem entgegen: - zum Einen kann ein digitaler Ausgang z.B. an einem ATMEGA 328 maximal 40 mA schalten. Ein Gatetreiber kurzzzeitig aber Umladeströme von 1 Ampere handeln. Der Gatetreiber ist also wesentlich niederohmiger. - zweitens schaltet ein Digitalausgang mit 5V oder bei 3,3V Versorgung logischerweise eben auch nur mit 3,3V Pegel. Die "dicken Brummer" an Mosfets geben sich mit Logic Level Pegel aber nicht zufrieden, sondern wollen am Gate 12 oder 15V sehen, um nicht nur ein bisschen, sondern richtig aufzumachen.
Gerald B. schrieb: > - zum Einen kann ein digitaler Ausgang z.B. an einem ATMEGA 328 maximal > 40 mA schalten. Ein Gatetreiber kurzzzeitig aber Umladeströme von 1 > Ampere handeln. Der Gatetreiber ist also wesentlich niederohmiger. OK, und genau das ist verkünpft mit meiner Aussage oben: Florian L. schrieb: > D.h. höherer Strom in kürzerer Zeit über > den Transistor transportiert die gleiche Ladung wie kleinerer Strom über > längere Zeit (Standard Ansteuerung) D.h. mit einem Gate Treiber bzw einer PushPull Gegentaktendstufe kann ich in kürzerer Zeit meine Gatekapazität umladen, weil sie einen höheren Stromfluss ermöglicht und damit in kürzerer Zeit mehr Ladung transportiert wird, korrekt?
Falk B. schrieb: > Rein prinziell kann man MOSFETs auch schnarchlangsam schalten. Auch mit > der vergurktesten Ansteuerung. Ist aber selten sinnvoll und praktikabel. Ein Beispiel, wo absichtlich langsam geschaltet wird, um EMV-Störungen zu reduzieren, ist ein Phasenabschnittdimmer von ELV: https://web.archive.org/web/20050122181507/http://www.elv-downloads.de/service/manuals/DI300/37378-DI300.pdf
Florian L. schrieb: > D.h. mit einem Gate Treiber bzw einer PushPull Gegentaktendstufe kann > ich in kürzerer Zeit meine Gatekapazität umladen, weil sie einen höheren > Stromfluss ermöglicht und damit in kürzerer Zeit mehr Ladung > transportiert wird, korrekt? Genau. Und mit dem Gatetreiber eben noch schneller, als mit einem einfachen Digitalausgang
Florian L. schrieb: > Florian L. schrieb: >> D.h. höherer Strom in kürzerer Zeit über >> den Transistor transportiert die gleiche Ladung wie kleinerer Strom über >> längere Zeit (Standard Ansteuerung) > > D.h. mit einem Gate Treiber bzw einer PushPull Gegentaktendstufe kann > ich in kürzerer Zeit meine Gatekapazität umladen, weil sie einen höheren > Stromfluss ermöglicht und damit in kürzerer Zeit mehr Ladung > transportiert wird, korrekt? Korrekt ist „[…] und damit in kürzerer Zeit die gleiche Ladung bei höherer Stromstärke transportiert wird.“ Die Ladungsmenge Q bleibt die gleiche (gleiche Gatespannung vorausgesetzt).
Florian L. schrieb: > D.h. mit einem Gate Treiber bzw einer PushPull Gegentaktendstufe kann > ich in kürzerer Zeit meine Gatekapazität umladen, weil sie einen höheren > Stromfluss ermöglicht und damit in kürzerer Zeit mehr Ladung > transportiert wird, korrekt? Nicht "weil", sondern "wenn". Wie gesagt sind normale Ausgänge von CMOS Mikrochips bereits mit einer PushPull Gegentaktendstufe ausgestattet. Für deine Frage ist entscheidend, wie viel Strom sie liefert. Eine andere Gegentaktendstufe ist nur dann schneller/besser, wenn sie mehr Strom liefert. Bei einem genau dafür gemachten Treiber IC ist das natürlich der Fall, sonst könnte man ja gleich ein banales Logikgatter nehmen. Bedenke aber, dass die Stromversorgung das auch hergeben muss. Mit einer CR2032 kann man keine 1 Ampere erreichen.
Florian L. schrieb: > Warum ist es mit der Gegentaktendstufe schneller als z.B. mit einem normalen > digitalen Ausgang? Ein "normaler digitaler Ausgang" mit push-pull Anordnung IST eine Gegentaktendstufe, nur nicht für hohe Ströme, während eine spezielle Treiberstufe für einen größeren MOSFET auch gerne mal mehrere Ampere liefern kann.
Die Alternative zur Gegentaktendstufe heißt Open Drain/Kollektor mit Arbeitswiderstand, in Analogbereich auch als Klasse A Verstärker bekannt. Der hat aber massive Nachteile. * Bei LOW fliesst immer Strom * Die Schaltflanke von LOW nach HIGH ist relativ langsam, weil sie nur durch den meist recht grossen Pull-Up Widerstand gezogen wird (RC-Ladekurve) Ein schwacher MOSFET-Treiber hat vielleicht 10 Ohm Ausgangswiderstand. Das schafft man mit einem Open Drain praktisch nicht, denn dann würde bei LOW dauerhaft 1,2A bei 12V Versorgungsspannung fließen. Gegentaktendstufen brauchen im Ruhezustand sehr wenig Strom, meist unter 1mA. Nur beim Umschalten fließt viel Strom in/aus der Lastkapazität (MOSFET-Gate).
Perfekt, wieder einiges dazugelernt, und jetzt ist mir alles klar! Danke vielmals!
Du beschäftigst Dich offenbar mit der Ansteuerung dicker
Leistungs-Mosfets, ohne die Grundeigenschaften derer und
auch die Unterschiede zu Bipolartransistoren zu kennen.
Leistungsfähige Mosfet-TREIBER (um schnell/steilflankig
sowie dann auch mit annähernd selber Ein- wie Ausschalt-
Zeit zu schalten) kann man aus Bipolartransistoren (BJTs,
Bipolar Junction Transistors) in Gegentaktschaltung bauen.
Solch selbstgebaute Gegentaktendstufen aus BJTs betreibt
man i.A. mitsamt stromlimitierendem R_Gate(vor) zwischen
Gegentakt-Ausgang ("High/Low Switching Node") und Gate.
Die meisten Gate-Treiber (nicht alle), auch die meisten
µC-Ausgänge, haben als Endstufen CMOS, also P+N Mosfets.
Auch das sind Gegentakt Endstufen, allerdings haben die
Gate-Treiber zu 99% auch so nützliche Dinge wie Unter-
spannungserkennung der Treiber-Versorgung (und folgend
Deaktivierung des Treiber-Ausgangs, was den Mosfet vor
zu niedriger Ansteuerspannung/die Gesamtschaltung vor
Defekt des Mosfets und weiterer Anteile... schützt) wie
auch Schmitt-Trigger-Eingänge (Rechteckformung) schon
mit integriert - Falk ist da nicht grundlos "ein Fan".
µC-Ausgänge sind aber (im Gegensatz zu Gate-Treibern wo
erst der dazwischengeschaltete R_Gate(vor) dafür sorgt)
"selbst stark stromlimitierend", weil ziemlich hochohmig
- vor allem weil diese CMOS Endstufen winzigst sind.
(Was übrigens die mögl. max. Schaltgeschwindigkeit bzw.
Flankensteilheit, und damit auch Schaltfrequenz, recht
stark beschränkt - je mehr, je höher die Gatekapazität/
-ladung, also kurz: Je "dicker" der Mosfet.)
Gate-Treiber hingegen bestehen zwar wie gesagt meist aus
CMOS Technologie, auch die Endstufen. Hierbei allerdings
so niederohmig, daß ebenfalls ein R_Gate(vor) nötig, weil
sie selbst nicht ansatzweise ausreichend den Gate-Umlade-
Strompeak dämpfen (zum eigenen Schutz, und um den Mosfet
definiert, nicht schneller als nötig, zu schalten).
Zwar wäre eine Stromlimitierung mit integrierbar, aber
... es ist halt am einfachsten, den R_Gate(vor) auf den
jew. Mosfet und die jew. Anwendung anzupassen.
Dies erst mal nur ergänzend zu den schon von den anderen
Usern getätigten Aussagen - allerdings rate ich Dir, Dich
zuallererst mal in die Bauteilkunde zu stürzen, bevor Du
Schaltungstechnik (z.B. Treiber) anzugehen versuchst.
:
Bearbeitet durch User
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.