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Thema: Mosfet Halbbrücken Treiber (mit Bootstrap)

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Mosfet Halbbrücken Treiber (mit Bootstrap)

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    Hi,

    ich habe mir einen BLDC Regler gebaut, der auch hervorragend funktioniert. Dieser arbeitet mit 10-20V (begrenzt durch die derzeitigen Mosfet-Treiber IR2101S), was für mich ungünstig ist, da es mit Lipos laufen soll (3S-6S).
    Deshalb Suche ich jetzt Treiber-ICs für eine N-FET Halbbrücke (d.h. mit Bootstrap), die mit 8V bis 25V laufen.
    Falls jemand so einen kennt, immer her damit!
    Sollte ich aber nicht fündig werden, wird es wohl auf was diskretes hinauslaufen. Ein IC wäre mir aber wesentlich lieber, da diese viele Features eingebaut haben (Shootthrough Prevention, DeadTime, etc..).

    Vielen Dank & Gruß
    Chris

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Ich verstehe jetzt dein Problem nicht wirklich. Im Datenblatt des IR2101S finde ich

    The floating channel can be used to drive an N-channel power MOSFET or IGBT in the high side configuration which operates up to 600 volts.
    Und im Schaltplan

    Selection_002.png

    sehe ich sowohl die Bootstrap Diode als auch den Kondensator. Es sollte also auch mit mehr als 20V funktionieren, solange der High-Side Transistor nie 100% PWM bekommt. Na so wie bei jeder Bootstrap Ansteuerung eben.

    MfG Klebwax
    Strom fließt auch durch krumme Drähte !

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Hi,

    das Problem ist, dass ich nur zwei Spannungen habe: 3V3 (für µC + Logik) und VCC (8-25V). Für einen weiteren Spannungswandler ist kein Platz.
    Bei VCC<10V funktioniert der Treiber nicht mehr, siehe DB.

    Gruß
    Chris

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Zitat Zitat von Che Guevara Beitrag anzeigen
    das Problem ist, dass ich nur zwei Spannungen habe: 3V3 (für µC + Logik) und VCC (8-25V). Für einen weiteren Spannungswandler ist kein Platz.
    Bei VCC<10V funktioniert der Treiber nicht mehr, siehe DB.
    Das liegt weniger am Treiber, mehr an den FETs. Wenn man die richtig hart schalten will, braucht man die 10V oder mehr (auch bei Logic Level FETs). Anderenfalls baut man eine teure Akkubetriebene Heizung.

    Eine etwas knappe Lösung wäre, FETs mit 30V max Gatespannung zu nehmen und einen Treiber zu finden, der diese 30V abkann. Mir wäre das zu kritisch. FETs sterben typisch durch eine zu hohe Gatespannung. Da reicht schon ein kurzer Spike. Ich würde immer eine von der Motorversorgung entkoppelte Versorgung für die Ansteuerungen der FETs einsetzen.

    Eine andere Lösung wär, sich die 8V zu verkneifen, einen 10V Low Drop Regler zu spendieren (könnte im SOT223 Gehäuse sein) und 12V als minimale Spannung zu nehmen.

    MfG Klebwax
    Strom fließt auch durch krumme Drähte !

  5. #5
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    Hi,

    sorry für die späte Antwort!
    Also du hast mich überzeugt, eine Hilfsspannung haben zu wollen.
    Ist es möglich, mit dem XMega, der schon vorhanden ist, die Eingangsspannung mittels Buck-Boost-Converter auf stabile 12V zu bringen (bei 8V<Ue<30V) ? Einen weiteren IC kann ich mir fast nicht erlauben, aus Platzgründen.
    Der benötigte Strom ist hier wohl das ausschlaggebende Kriterium?! Alle Fets werden über 4.7Ohm geschaltet.

    Vielen Dank & Gruß
    Chris

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Zitat Zitat von Che Guevara Beitrag anzeigen
    Ist es möglich, mit dem XMega, der schon vorhanden ist, die Eingangsspannung mittels Buck-Boost-Converter auf stabile 12V zu bringen (bei 8V<Ue<30V) ? Einen weiteren IC kann ich mir fast nicht erlauben, aus Platzgründen.
    Verstehe ich das richtig, der Prozessor soll als Regler funktionieren? Könnte gehen, hab das bisher nie gemacht. Ich hab keine Vorstellung, wie lange die Entwicklung einer solchen Schaltung so dauern kann. Platz wird das kaum sparen, die restlichen Bauteile, die ein Schaltregler so braucht, sind sicher größer als ein moderner Schaltreglerchip. Umgekehrt sind die Anforderungen an den Regler nicht groß. Er sollte mindestens 12V aber nicht mehr als die maximale Gatespannung der FETs (meist 20V) liefern. Wirklich konstant muß das nicht sein.
    Der benötigte Strom ist hier wohl das ausschlaggebende Kriterium?! Alle Fets werden über 4.7Ohm geschaltet.
    Das Gate eines FETs ist ein Kondensator, da fließt kein Gleichstrom. Es geht also um das Umladen dieses Kondensators. Der Maximalstrom ist daher eher unerheblich, es geht nur um kurze Stromspitzen. Dazu braucht man Kondensatoren mit niedrigem ESR möglichst dicht an den jeweiligen FET-Treibern. Mit modernen MLCC Keramikkondensatoren kann man das gut machen.

    Mit deinen 8 bis 30V hast du zwei Probleme: viele FET-Treiber schalten aus Sicherheitsgründen bei zu kleiner Spannung ab. Das soll verhindern, daß FETs die nicht komplett durchgeschaltet sind, sich im Linearbetrieb aufrauchen. Die Unterspannungsabschaltung so um die 8-9V könnte man mit einem anderen FET-Treiber und Logiclevel-FETs um ein paar Volt nach unten drücken. Da ist man dann aber zurück bei der Bauteilauswahl, eigentlich ein Redesign. Die 30V dagegen sind zuviel für die meisten FETs, daher können die Treiber häufig auch nicht mehr. Das läst sich aber leicht mit einem kleinen Linearregler lösen.

    Aber mal gefragt, ist dir der Betrieb mit 8V wirklich so wichtig für den ganzen Aufwand? Wenn es um Leistung geht sollte die Spannung immer so hoch wie möglich sein um die unvermeidbaren ohmschen Verluste in deinem System klein zu halten. Und so ein gehäkelter Schaltregler wird die Leistungsbilanz noch mal verschlechtern.

    MfG Klebwax
    Strom fließt auch durch krumme Drähte !

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Hi,

    ja war so meine Idee, aber wenns was kleines (QFN-8 ) oder ähnlich gibt, nehme ich das natürlich lieber!
    Die Frage ist, wie sensibel so eine Schaltung auf EMV reagiert (BLDC Ströme um die max. 30A)...
    Das Problem mit den FETs und deren Spannung habe ich schon verstanden, der Punkt ist eben folgender:
    Die 8V brauche ich, weil wenn das Teil an 3S läuft (12.6V) und der Akku leer wird und irgendwann unter 10V fällt, schalten die Fet-Treiber aus und das Ding fällt vom Himmel... Deswegen die (gutgemeinten) 8V
    Die Grenze nach oben mit 30V ist eher nice-to-have, aber ich will eben keinen BLDC-Regler, der nur mit 4S arbeitet, das schränkt zu sehr ein.

    Vielen Dank & Gruß
    Chris

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