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Freitag, 22. September 2006, 17:49

Logik-kompatible MosFets - Auslegungsfrage

Hallo Elektronik-Experten,

ich bin derzeit dabei, mir einen einfachen Fahrtregler zusammenzustricken, der möglichst schon ab 4 bis 5 Zellen funktionieren soll. ==[]

Weil ja in diesem Fall nicht die erforderlichen 10V für die MosFet-Gates zur Verfügung stehen, habe ich mir für die H-Brücke TTL-kompatible MosFets (IRL3803) beschafft.

Ich glaube schon, dass ich die Sache mit diesem Typ grundsätzlich hinbekommen kann, erste Versuche auf dem Steckbrett waren jedenfalls sehr vielversprechend.
Selbst mit nur 3,3V am Gate schaltete ein einzelner Fet 12V/4A fast ohne Verluste durch und wurde dabei nicht einmal handwarm.

Die Versuche habe ich mit einem 10k-Vorwiderstand am Gate gemacht. Einmal als simpler Vorwiderstand, einmal als Pulldown, wie im Planauschnitt ersichtlich. Beides funktionierte, aber ich bin mir nicht sicher, welche Anordnung und welcher Wert wirklich sinnvoll ist.

Wie bestimmt man den Wert für den Widerstand, oder braucht man möglicherweise überhaupt keinen bei TTL-kompatiblen Fets?

Ich würde mich über ein paar einfach verständliche Grundsatzerklärungen wirklich sehr freuen - ich bin nämlich kein Elektronikus... :dumm:

Besten Dank für eure Antworten, und viele Grüße

Torsten
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2

Freitag, 22. September 2006, 21:07

Hallo Torsten,

Danke für das Posting, das Thema interessiert mich auch sehr. Hoffentlich gibts hier ein paar Experten, die hier was beitragen können.

Bis dahin kann ich die Diskussion vielleicht mal mit der Bekanntgabe meiner persönlichen Meinung anschieben:

Ich denke, das ist ein grundsätzliches Problem und nicht auf LL Typen beschränkt. Die MOSFETs werden ja für Drehzahlstellerzwecke mit einem PWM Signal gefüttert, um die Verluste gering zu halten, muss man dafür sorgen, dass der Übergang von vollständig durchgeschaltet nach vollständig sperrend möglichst schnell passiert, denn nur während dieser Übergangsphase entsteht nennenswerte Verlustleistung.

Das würde bedeuten, möglichst kleine Widerstände zu verwenden, die das Gate mit seiner beachtlichen Kapazität möglichst schnell laden und entladen können, am besten bis zum maximalen Strom des TTL-Treibers (der ja im ersten Moment bei einer angeschlossenen Kapazität tatsächlich fließt). Je nach Endstufe des TTL-Bausteins (open collector, bipolar) muss die Widerstandsschaltung am Gate des MOSFET sowohl für schnelle Lade- als auch für schnelle Entladevorgänge ausgelegt sein.

Wenn man die Verlustleistung auf diese Weise minimiert, handelt man sich allerdings wieder andere Probleme ein, auf die Monsieur Fourier schon seinerzeit hingewiesen hat: je steiler die Schaltflanken, um so höher ist der hochfrequente Anteil, der sich gerade im Modelllbau durch Störungen oder verringerte Reichweite bemerkbar machen kann. Moderne TTL-Bausteine sind so schnell, dass man die Gatewiderstände nicht nur nach minimaler Verlustleistung, sondern auch nach minimalen Störanteilen auslegen muss, das ist ein Spagat und man muss in jedem Fall irgendwo einen Kompromiss finden.

Soweit die Theorie, für die Praxis kann das einfach darauf hinauslaufen, für eine bipolare TTL-Endstufe einen 100 Ohm Gatevorwiderstand zu nehmen und gut is'.

Grüße
Claus

3

Freitag, 22. September 2006, 22:54

Zitat

Original von weserskipper
...
Die MOSFETs werden ja für Drehzahlstellerzwecke mit einem PWM Signal gefüttert, um die Verluste gering zu halten, muss man dafür sorgen, dass der Übergang von vollständig durchgeschaltet nach vollständig sperrend möglichst schnell passiert, denn nur während dieser Übergangsphase entsteht nennenswerte Verlustleistung.

Das würde bedeuten, möglichst kleine Widerstände zu verwenden, die das Gate mit seiner beachtlichen Kapazität möglichst schnell laden und entladen können, am besten bis zum maximalen Strom des TTL-Treibers
...


Hallo Claus,

ganz genau, so etwa in diese Richtung gingen auch meine Überlegungen.
Das Entladen des Gates dürfte demnach am schnellsten über den Pulldown erfolgen, weil der dann parallelgeschaltet zum Entlade-Widerstand des TTL-Pins gegen GND wirkt.

Ein anderer Vorteil wäre noch, dass das Gate in jeder Situation ein festes Bezugspotential hat - auch, wenn mal ein Chip wegraucht, hängt das Gate nicht "in der Luft" und kann somit auch keine Fehlschaltungen verursachen.

Beim Laden des Gates allerdings ist diese Schaltung etwas nachteiliger, weil ein Teil der sich aufbauenden TTL-Spannung über den Pulldown verloren geht. Da wäre nun die Reihenschaltung wiederum besser.

Wirklich, das Thema möchte ich gern besser verstehen - wenn jemand sachdienliche Hinweise hat, würde ich mich freuen! :w

Viele Grüße

Torsten
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Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »Torsten_G« (22. September 2006, 22:56)


4

Freitag, 22. September 2006, 23:58

Torsten, warum keine Spannungsdoppler fuer die 10V?
Oder ist es dir eher wichtig das es auch mit z.B. nur einer Lipozelle geht?
Gruss
Thomas

🖖
So long, and thanks for all the fish.


5

Samstag, 23. September 2006, 11:35

Hallo Thomas,

nein, eine LiPo ist nicht das Ziel.
Ich wollte mir das Leben halt einfach machen. Warum mit Ladungspumpen und Gate-Treibern rumkämpfen, wenn der TTL-Pegel direkt nutzbar ist?
Und Du siehst ja auch grade, wie hervorragend ich mich auf dem Gebiet der MosFet-Technologie auskenne... :nuts:

Außerdem erhoffe ich mir auf diese Art und Weise einen Regler, der toleranter auf eine nachlassende Spannungsversorgung (leerer Akku) reagiert.

Viele Grüße

Torsten
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6

Samstag, 23. September 2006, 13:08

Hallo Thorsten,
Gate Widerstand 100 (Klaus!) bis 220 Ohm (470 Ohm für die Brens-FETs) ist gängige Praxis bei meisten heutigen Regler. Erste Selbstbau-Regler hatten noch 1k Gate-Widerstand (wegen Empf. Störungen) - das war in letzten Jahrhundert, so um Anfang 90. Jahre!
Bei kleine Leistungen (bis 10A) wird direkt von Prozessor (5V) angesteuert.
Sonst wird mit ein Pull-up Widerstand (an Gate Widerdstsnd) die Eingangsspannung "mitgenommen"!

Grüße
Milan

7

Samstag, 23. September 2006, 13:51

Hallo Milan,

vielen Dank, das hilft mir weiter! :ok:

Zitat


...Sonst wird mit ein Pull-up Widerstand (an Gate Widerdstsnd) die Eingangsspannung "mitgenommen"!
...


Könntest Du mir das noch ein wenig näher erklären? Bedeutet das, ich schalte einen Pullup vom Gate gegen die positive Versorgungsspannung an Drain, wenn ich höhere Leistungen benötige?

Der müsste aber dann ziiemlich hochohmig sein, sonst macht der MosFet ja nicht mehr zu, oder?

Viele Grüße

Torsten
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8

Samstag, 23. September 2006, 23:51

Hallo Thorsten,
Du hast Mail!

Grrrüße
Milan

9

Sonntag, 24. September 2006, 00:50

moin,

nimmst du die treiberschaltung die hier verbaut ist:

http://www.people.freenet.de/thhe01/mode…16schaltung.jpg

aber mit 100 ohm gatewiderstand.
grüße
Klang ?

Car Hifi ?

Sound pur im Auto ?

besser gehts immer !

hier bist du richtig :D


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10

Montag, 25. September 2006, 12:31

Hallo miteinander,

zunächst mal vielen Dank für eure tolle Hilfe! :ok:

Die Ansätze sind ja vielfältiger als man glauben mag - vom TTL-Pegel direkt über den einfachen Vorwiderstand bis hin zur Transistor-Vorstufe scheint grumndsätzlich alles möglich zu sein.

Ich werde mich bei Gelegenheit auf jeden Fall noch mit der Treiber-Schaltung aus MeisterEIT´s Schaltplan näher beschäftigen, muss mir aber erst die passenden Transistoren besorgen.

Viele Grüße

Torsten
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11

Montag, 25. September 2006, 18:38

hi,
die schaltung ist nicht von mir ;)

aber diese variante ist seht gut für den häuslichen gebrauch.
kosten höchstens 50 cent.
an und abfallzeiten von rund 0,5 bis 1µs.
das ist allemal ausreichend für nen fahrtenregler.

grüße
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hier bist du richtig :D


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12

Montag, 25. September 2006, 20:26

Hallo,

Ein weiteres Beispiel für eine Ansteuerschaltung ist im Bild. Das Datenblatt für den Treiber IC im Link.

http://www.ortodoxism.ro/datasheets/microchip/21423d.pdf

Gruss Bruno
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13

Montag, 25. September 2006, 21:03

Mit dem TC4427 allerdings erst ab 4,5V.
Evtl. wuerde es da der TLC3704 tun. Geht ab 3V. Ist nur etwas schwer zu kriegen.
Gruss
Thomas

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14

Montag, 25. September 2006, 21:25

Hallo Thomas

Ja, Du hast Recht, das habe ich übersehen.

Gruss Bruno

15

Montag, 25. September 2006, 21:36

BTW: Warum eigentlich ueberhaupt mit Treibern? Wenn es tatsaechlich nur um FETs fuer geringe Stroeme geht, sollte es auch ohne klappen. Denke da gerade an den SBL Nano von Jo Aichinger.
Gruss
Thomas

🖖
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16

Montag, 25. September 2006, 21:40

Hallo Thomas,

Zitat

Warum eigentlich ueberhaupt mit Treibern? Wenn es tatsaechlich nur um FETs fuer geringe Stroeme geht, sollte es auch ohne klappen.


Klar, sehe ich auch so. Der Fragesteller wollte es halt so. Ich habe auch schon oft die CMOS Ausgänge der Logik IC's über 47 bis 100 Ohm direkt ans Gate des FET Geschaltet wenn ich mal schnell nur etwas gebastelt habe. Das hat auch funktioniert, ist halt nicht ganz EMV konform.

Gruss Bruno

17

Montag, 25. September 2006, 22:03

Zitat

Original von B. Eberle
...
Der Fragesteller wollte es halt so.
...


Wollte er nicht, Bruno... :w

Mir ging´s darum, die ganze Thematik mal etwas besser zu verstehen.

Ich suche in erster Linie eine einfache, funktionelle Lösung, wie auch immer die ausschaut.

Zitat

Original von B. Eberle
...
Ich habe auch schon oft die CMOS Ausgänge der Logik IC's über 47 bis 100 Ohm direkt ans Gate des FET Geschaltet wenn ich mal schnell nur etwas gebastelt habe.
...


Der Ansatz, den TTL-Pegel direkt ins Gate zu schicken liegt ja nahe - bei TTL-kompatiblen MosFets. Und genau das werde ich auch erstmal so probieren.

Trotzdem möchte ich auch die Treiberschaltungen mal antesten. Dank Lochraster-Platine ist das ja kein Thema.

Viele Grüße

Torsten
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18

Montag, 25. September 2006, 22:06

Torsten,
hast du Eagle?
Gruss
Thomas

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So long, and thanks for all the fish.


19

Montag, 25. September 2006, 22:36

Hallo!

Jetzt schreib' ich doch auch mal...

Ein LL-FET hat lediglich eine niedrigere Threashold-Spannung, also die Spannung zwischen Gate und Source, bei der der FET zu leiten beginnt. Bei 4-5V hat er dann schon vergleichsweise wenig ON-Widerstand.

Als Treiber für Lowside-Anwendungen eignen sich bei geringen Schaltgeschwindigkeiten alle Logik-Gatter, für höhere Schaltgeschwindigkeiten kann man die AHC-Reihe verwenden. Highside-Anwendungen erfordern nach wie vor einen Treiber.

Wie bei allen FETs kann man durch die Wahl des Vorwiderstandes den Schaltvorgang beeinflussen, wobei im wesentlichen aus Widerstand, Threasholdspannung und der Treiberspannung der Gateladestrom definiert wird, und damit beim Schaltvorgang (ein~) zunächst die Stromanstiegsgeschwindigkeit und anschließend die Spannungssteilheit bestimmt wird.
Beim Ausschalten ist es ähnlich / zeitlich umgedreht, wobei die Durchbruchspannung mitspielen kann.


servus,
Martin

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »MaGo« (25. September 2006, 23:21)


20

Montag, 25. September 2006, 23:56

Zitat

Original von Thomas_R.
...
Torsten,
hast du Eagle?
...


Hallo Thomas,

ja, hab ich.

@Martin:

Besten Dank.
Wenn ich das richtig deute (wie gesagt, bin kein Elektroniker...), dann liegt man mit den 100 Ohm-Gatewiderständen bei der relativ geringen PWM-Frequenz eines Drehzahlstellers zumindest nicht völlig daneben.

Der Regler muß auch nicht bärig Amperes pumpen können; für die vorliegende Anwendung reichen mir ca. 5A Dauer/10A Spitze locker aus.

Viele Grüße

Torsten
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