High Side N-Kanal Mosfet Schalter - bisschen Langsam beim ausschalten

[alexander_ro]

Danke für die ausführliche Erklärung.

Das mit dem N-Kanal war schon Absicht ich wollte mal so eine Schaltung bauen um zu sehen wie das funktioniert. Deshalb auch kein fertiger IC. Ich würde das an andere Stelle auch noch brauchen dann aber als Halbbrücke mit zwei N-Kanal Mosfet. Die Transistoren waren gerade die einzigen die ich da hatte ... ich dachte die hohe Stromverstärkung würde beim Schalten nicht schaden.

Das mit der Verlustleistung stimmt schon mir kommt es aber so vor das er wärmer wird als mit den 2,3 Watt zu erwarten wäre. Deshalb habe ich angenommen es würde an dem langsamen ausschalten liegen.

Die 24 Volt kommen von einem Schaltregler der die aus den 12 Volt macht die kann man einstellen. Ja das mit der Gate Spannung stimmt die ist zu hoch das ist mir auch schon aufgefallen. Ich habe da aber nur 11 Volt gemessen. Muss man da nicht die 8 Volt Spannungsabfall an der Last noch abziehen? Das dann noch 11 übrig bleiben liegt an der aktuellen Ansteuerung die Spannung an der Glühkerze ist im Moment nur 7 Volt. Ich habe da erst mal ein bisschen Abstand als Sicherheit gelassen und die glüht auch so gut.

[Siro]

Moin Alexander,

Muss man da nicht die 8 Volt Spannungsabfall an der Last noch abziehen?

Ja, da hast Du recht, weil die Last ja in deiner Schaltung im Sourcezweig liegt, mein Fehler...

Die hohe Stromverstärkung tut nicht weh, ich wunderte mich nur.

Pro Watt erwärmt sich der Transi (ohne Kühlung) um rund 60 Grad wenn ich das richtig gelesen habe.
Bei 2,5 Watt würde er ohne Kühlung das nicht lange überleben.
Ein Problem kommt noch dazu: je wärmer er wird desto schlechter leiter er und schiebt sich quasi selbst ins Nirwana.

Es ist also ratsam Mosfets mit sehr geringem RDSon zu verwenden, dann brauchst Du eventuell nichtmal einen Kühlkörper.

Warum das jetzt langsam schalten soll, kann ich mir momentan nicht erklären, der Mosfet könnte zumindest wesentlich schneller schalten.
Das passiert eigentlich nur wenn die Gatekapazität nicht schnell genug auf bzw. entladen wird.
Je niederohmiger die Mosfets werden, desto höher wird leider die Gatekapazität.
Dieser Kondensator (Gate) läd sich ja über die Vorwiderstände auf und während er irgendwann "langsam" leitend wird (der Kondi voll wird)
hat er noch einen sehr hohen Widerstand zwischen Drain und Source, der dann erst langsam immer niedriger wird.
Genau in dieser Phase fällt da natürlich wesentlich mehr Spannung zwischen Drain und Source ab, was ihn aufheizt,
Das gleiche passiert beim Ausschalten, je schneller er das Gate aufl/entaden kann desto besser.
Da benötigt man teilweise sogar richtige Gatetreiber damit die Umladung schnell genug erfolgen kann,
wobei jetzt 1 KHz nicht die Welt ist.

Siro

[White_Fox]

Für meinen Geschmack sind die Widerstände am Gate etwas zu dolle.

Aber warum er langsam schalten soll verstehe ich auch nicht, jedenfalls nicht anhand der Zeichnung. Bist du dir sicher, daß du das auch genaus so verdrahtet hast? Und woher weißt du, daß er langsam schaltet? Hast du das oszillographiert?

[alexander_ro]

Mit den Widerständen habe ich ein wenig Experimentiert das war bisher das beste Ergebnis. Was ich noch machen muss die 24V etwas niedriger weil wie oben Siro richtig bemerkt hat ist die Spannung am Gate noch ein bisschen hoch. Wobei wenn die Glühkerze eingeschaltet ist die Spannung 12V ein bisschen zusammenbricht. Dann ist die Spannung am Gate auch nicht mehr zu hoch. Die Basis Vorwiderstände sollten so ca. 5mA Strom fliesen lassen. Ich dachte das wäre nicht falsch weil die Transistoren ja nicht so arg viel Strom schalten müssen.

Ja gemessen. Ist ja nicht so schwierig. 200us pro Kästchen und die Ausschaltflanke am Mosfet braucht fast eins.

Ja das ist so verdrahtet habe ich schon mehrmals kontrolliert.

[Klebwax]

. Ich habe da aber nur 11 Volt gemessen. Muss man da nicht die 8 Volt Spannungsabfall an der Last noch abziehen?

Die Spannung, um die es geht heißt Ugs, lang gesprochen "Spannung zwischen Gate und Source". Damit ist klar, wo man messen muß, zwischen Gate und Source. Was kann da im Extremfall passieren? Der FET ist aus, an beiden Anschlüssen der Glühkerze liegen 0V, damit auch an der Source des FETS. Jetzt wird das Gate auf 24V angehoben, damit liegenn in diesem Moment 24V zwischen Gate und Source. Da reicht Worstcase weniger als eine µs um den FET zu killen.

Die zusätzliche Spannung zu Ansteuerung des N-FETs muß also an die Source des FETs und nicht an die positive Versorgung angekoppelt werden. Dann ist garanitiert, daß unabhängig vom Schaltzustand des FET bzw. dem Strom durch die Last der FET immer sauber angesteuert wird. Ein normaler Aufwärtswandler leistet das aber nicht, dessen Ausgang bezieht sich auf GND. Fertige FET-Treiber verwenden daher eine Bootstrapschaltung oder eine gegen GND schwebende Ladungspumpe.

Das mit dem N-Kanal war schon Absicht ich wollte mal so eine Schaltung bauen um zu sehen wie das funktioniert. Deshalb auch kein fertiger IC

Dieser Ansatz ist natürlich ehrenwert.

Ich nehmen für solche Anwendungen integrierte High-Side-Switches wie den IR3314 oder seine moderneren Brüder. Der nimmt einem nicht nur die nicht ganz triviale Ansteuerung ab, sondern schützt sich auch noch selbst gegen Übertemperatur und Überstrom.

MfG Klebwax

[Holomino]

TO: Wo hast Du eigentlich gemessen? Gate vom FET oder an der Glühkerze?

[Siro]

@Klebwax: jo, das habe ich auch noch garnicht bedacht.
Im Einschaltmoment liegen da wirklich 24 Volt zwischen Gate und Source.

zum IR3314:
Die Protected Fets sind natürlich super, ich habe auch schon ähnliche Typen eingesetzt.
Meine BSP75 waren wirklich so ziemlich unkaputtbar. Wobei das "Low Side" waren

Leider trat dann ein Problem in Erscheinung, dass sie für PWM Ansteuerung ungeeignet sind.
Durch die Schutzbeschaltung sind sie leider relativ langsam.

Mit 1KHz kannst man diese Teile nicht mehr betreiben.
Beim IR3314 wird 200 Hz angegeben
bei meinem BSP Typ waren es sogar nur 100 Hz

Wenn ich das richtig verstanden habe, möchte Alexander mit 1 KHz eine Regelung programmieren.
Da muss man dann genau schauen welcher Typ noch geeignet ist.

Siro

[alexander_ro]

Das Messgerät sagt was anderes es liegen nur die schon oben genannten 11 V maximal am Mosfet Gate an. Auch zu viel ist mir bekannt und muss ich noch ändern. Der Mosfet ist auch nicht der Meinung das er in us kaputt sein möchte. Soweit widerspricht die Realität der Theorie. Weder der PNP noch der Mosfet schalten in unendlich kurzer Zeit. Daher steigt mit dem steigen der Spannung am Gate die Spannung an der Glühkerze und somit erreicht man nie den Zustand das da wirklich 24 Volt anliegen würden.

Ich nehme keinen IC weil die High Side Treiber alle die gefunden habe keine 100% ein können. Ausserdem möchte ich mal wissen wie das geht.

[Klebwax]

@Klebwax: jo, das habe ich auch noch garnicht bedacht.
Im Einschaltmoment liegen da wirklich 24 Volt zwischen Gate und Source.

Und das wird noch übler, wenn man eine solche Ansteuerung mit einer höheren Spannung als 12V betreibt. Man braucht immer die typischen 10 bis 15V für eine harte, schnelle Ansteuerung relativ zur Source und das z.B. bei einer 3-Phasenbrücke auch noch 3 mal. Schalten auf der High-Side ist immer blöd, manchmal leider nicht zu vermeiden. Am Ende landet man dann bei den typischen Bootstrapschaltungen oder selbstgetakteten Ladungspumpen, wenn man 100% Einschaltzeiten erreichen will.

zum IR3314:
Die Protected Fets sind natürlich super, ich habe auch schon ähnliche Typen eingesetzt.
Meine BSP75 waren wirklich so ziemlich unkaputtbar. Wobei das "Low Side" waren

Leider trat dann ein Problem in Erscheinung, dass sie für PWM Ansteuerung ungeeignet sind.
Durch die Schutzbeschaltung sind sie leider relativ langsam.

Mit 1KHz kannst man diese Teile nicht mehr betreiben.
Beim IR3314 wird 200 Hz angegeben
bei meinem BSP Typ waren es sogar nur 100 Hz

Wenn ich das richtig verstanden habe, möchte Alexander mit 1 KHz eine Regelung programmieren

Für eine Glühkerze braucht man keine PWM mit 1 kHz, da reichen auch 10Hz. Aber bei Schaltzeiten im dreistelligen µs Bereich braucht man wegen der Schaltverluste über PWM Frequenzen im kHz Bereich gar nicht nachzudenken.

Wenns wirklich schneller sein muß, nehme ich BTS7960. Selbst wenn man nur in einem Quadranten steuern will, spart man sich bei induktiven Lasten gleich die Freilaufdiode.

MfG Klebwax

[alexander_ro]

Ich habe da aber nur 12V also eher nicht wichtig für mich. Im übrigen ist das hier wie oben beschrieben kein Problem weil ihr von einem Idealem Transistor und einem Realen Mosfet sprecht. Gibt nur keine Idealen Transistoren.

Ja wegen der Schaltzeiten hatte ich ja gefragt aber leider fällt keinem was Produktives dazu ein ...
Man merkt aber das du so was nie gemacht hast die 10 Hz sind totaler Blödsinn. Wo willst Du die Energie her nehmen. Die Einschaltzeiten verlängern ... ja nur Dumm das Du dann die 8V an der Glükerze überschreitest. 500 Hz geht so gerade noch aber die Glühkerze brauch da schon viel länger bis sie richtig glüht.

Danke für die vielen Vorschläge die nichts mit dem Thema zu tun haben. Ich wollte wissen wie man die gezeigte Schaltung verbessern kann. Oder ob man schnelleres ausschalten nur durch die Verwendung von Halbbrücken erreichen kann.