Bitte um abschließende Begutachtung der Schaltung

**Besserwessi** · 20.04.2013, 09:34

Die Diode zwischen Gate-Treiber und MOFET ist vermutlich überflüssig, und dann auch eher falsch herum gepolt. Die Idee bei der Diode ist meist ein schnelleres Abschalten als Einschalten in einer Brückenschaltung.

Die Freilaufdiode für die Last muss schneller und vermutlich auch größer sein. Die Diode sollte schon den Strom des Motors vertragen. Der Gewählte MOSFET ist auch keine gute Wahl: die Spannungsfestigkeit ist reichlich hoch, und damit der On_Widerstand und die Gate Kapazität relativ groß. Der Elko hinter dem Gleichrichter ist relativ klein - das passt irgendwie nicht zum MOSFET, ggf. wäre dann da eine extra Pufferung für den Gate Treiber zu empfehlen. Wieviel Strom soll die Schaltung überhaupt liefern können ?

**demmy** · 20.04.2013, 13:52

Es sollen aber kein Motor sonder niedervolt Halogenlampen betrieben werden. Also die Schaltung soll in etwa 6A - 8A maximal liefern können, für 4x20W Strahler. Welchen Mosfet würdest du denn empfehlen? bzw. wie würdest du die Schaltung aufbauen? Die Kondensatoren des Gattetreibers wurden inzwischen in der Zeichnung schon durch einen 100nF und 10µF ersetzt.

Die Freilaufdiode würde ich gegen eine 80SQ045TR ersetzen.

**Besserwessi** · 20.04.2013, 16:25

Bei Strahlern als Last wäre so etwas wie die UF4003 oder selbst die 1N4001 ausreichend, zumindest wenn keine extra Induktivität genutzt wird. Dann ist die Freilaufdiode nämlich nur für ggf. vorhandene parasitäre Induktivitäten da. Eine kleine zusätzliche Induktivität (z.B. 1-10 µH) und ein Kondensator am Ausgang wären ggf. ganz gut, um Funkstörungen an langen Leitungen zu den Lampen zu reduzieren. Die Freilaufdiode dürfte dann ruhig etwas größer werden, so etwa wie UF5403 oder auch die genannte Schottkydiode oder auch etwas kleiner wie eine SB540.

Ein passenderer MOSFET wäre da etwa ein IRFZ44 oder was ähnliches. Ggf. wäre auch 2 (ggf. etwas kleinere) MOSFETs eine Alternative weil damit die Verlustleistung besser abgeführt werden kann und man dann ohne Kühlkörper auskommt.

Aufpassen muss man noch etwas mit dem Elko hinter dem Gleichrichter: der sollte ein low ERS Typ sein, so wirklich groß muss der auch nicht mal werden. Die Spannung zur Versorgung des Gate Treibers muss dann aber noch mal extra per Diode und Elko entkoppelt werden, damit die nicht im Nulldurchgang der Spannung zu sehr einbricht. Der Gate-treiber darf ggf. auch einfacher werden, denn für Lampen muss die PWM Frequenz nicht so hoch sein, und es darf auch etwas langsamer geschaltet werden. Mit dem relativ langsamen Optokoppler sind allerdings einfach 2 Transistoren als Emitterfolger noch keine gute Wahl. ggf. wäre je nach MOSFET und Treiber auch noch eine Begrenzung der Spannung nötig, denn aus 12 V AC werden schnell mehr als 16 V und im Leerlauf auch schon mal im ungünstigen Fall mehr als 20 V. Als low Cost Variante wäre ggf. sogar ein NE555 als Gate Treiber möglich. Ein ICL7667 wäre auf alle Fälle ausreichen, wenn die Spannung begrenzt ist.

**demmy** · 20.04.2013, 18:18

Ja, es gibt sicher unzählige wege wie man so eine Schaltung aufbauen kann!

Ich würde die Schaltung aber gerne so einfach und simpel wie möglich halten.
Der IRFZ44 kann laut Datenblatt ca. 50A. Wird er da bei 8A überhaupt warm werden, zumdem wenn ich ihn mit einem Treiber ansteuere und eine langsame PWM frequenz nutze??
Was wäre denn ein guter Gate Vorwiderstand wenn ich die unsynchrone Ansteuerung ersetzen möchte?

**Besserwessi** · 20.04.2013, 22:57

Der IRFZ44 ist zwar für 50 A angegeben, aber das ist mehr eine vorsichtig zu sehende Werbeaussage: bei 50 A und ca. 30 mOhm gibt das schon 1,5 V Spannungsabfall oder 75 W an Wärme. Bei der Leistung steigt die Temperatur und damit auch noch der Widerstand, so dass man mit eher mehr als 100 W rechnen müsste und entsprechend sehr gut kühlen müsste. Die 50 A sind also mehr ein theoretischer Maximalwert, aber kaum praktisch nutzbar.
Auch bei 8 A gibt es an 30 mOhm schon 240 mV an Spannungsabfall und knapp 2 W an Abwärme. Das in dem Bereich wo man bereits einen kleinen Kühlkörper vorsehen sollte, wenn man nicht auf den letzten Cent schauen muss.

Bei einer eher langsamen PWM Frequenz ist die Schaltgeschwindigkeit und der Gate Widerstand nicht so kritisch. Bei 12 V liegt die Gate Ladung bei rund 25 nC, für ein Schalten in 1 µs reichen dafür bereits 25 mA aus. Entsprechend darf auch der Gate-Widerstand ruhig etwas größer sein, und es reich eine kleinerer Gatetreiber. Bei 1 kHz PWM Frequenz würde 1 µs Schaltzeit einen Verlust von rund 0,05-0,1% bedeuten also eher weniger als 0,1 W - das wäre also noch zu vertreten, selbst wenn der gepulste Strom ggf. noch etwas größer wird.
Auch asynchron sollte etwa 1 kHz PWM Frequenz ausreichen, und selbst bei 10 kHz wäre noch der On Widerstand der wesentlichere Teil für die Verluste. Da wäre es ggf. sogar noch sinnvoll 2 der MOSFETs parallel zu schalten, selbst wenn das bedeutet noch langsamer zu schalten. Langsamer Schalten würde auch die EMV Problematik entschärfen.

Ohne einen extra Puffer (Elko) für den Gatetreiber wird es aber schwer. Als Alternative bräuchte man einen großen Elko ( eher > 10000 µF) hinter dem Gleichrichter, so dass die Spannung nicht unter etwa 8 V einbricht. Der Elko müsste zusätzlich auch noch genügende Strombelastbarkeit haben. Das würde aber auch bedeuten, das der Strom vom Trafo nur pulsweise fließt so dass der Trafo eine Effektivwert von vielleicht 12-14A liefern müsste, damit hinten 8 A an den Lampen ankommen. Da wäre die Alternative mit kleinem oder fast keinem Elko für die Last schon einfacher: Der Laststrom hätte weiter die 100 Hz Welligkeit, aber das stört Lampen wenig. Als Nachteil hat man allerdings eine etwas geringere maximale Spannung, denn die Verluste am Gleichrichter können nicht durch die Überhöhung am Elko ausglichen werden. Es würden sich da ggf. Schottkydioden als Gleichrichter anbieten, um auch da die Verluste zu reduzieren.

Um die Begrenzung der Spannung kommt man halt auch nicht so leicht herum, denn bei 12 V AC ist die Maximale Spannung bei 16,8 V. Dazu kommt dann noch etwas Reserve für ungünstige Fälle, so dass es sehr knapp wird mit einem Treiber IC, dass nur für 16 V spezifiziert ist. Wenn es sein muss können ein paar Dioden für etwas Spannungsabfall schon reichen. Aber selbst ein 78L09 wäre eine Überlegung Wert.

**demmy** · 21.04.2013, 09:49

Also geplant ist ein PWM signal so um die 100Hz. Das sollte kein Problem sein denk ich, und wie du schon sagtest, ein bischen Restwelligkeit ist den Lampen ganz egal.

ich habe jetzt mal als Gate Widerstand 20 Ohm angenommen, und meintest du das so wie auf den Plan mit den Dioden zur Spannungsreduzierung am Treiber? 1N4004 müsste da ja ausreichend sein mit 1A wenn man nur 25mA benötigt um das Gate zu laden.