Freilaufdioden

[StEndres]

Hallo Leute. Eine kleine Frage: Wenn ich eine H-Brücke (z.B. die von RN-Wissen) mit MOSFETS aufbaue, dann kann ich auf die Freilaufdioden verzichten, weil die MOSFETS diese ja bereits integriert haben. Lieg ich da richtig?

Stefan

[BlackDevil]

Ich kenne keinen MOSFET der eine Freilaufdiode integriert hat?

Allerdings glaub ich auch nich das eine vorhanden ist weil Freilaufdioden meines wissens nach Antiparallel zur Induktivität laufen müssen, und der Motor ist ja nicht im MOSFET

[flo315]

Hello

Ich würde davon stark abraden. MOSFETS besitzten keine Freilaufdioden, und auch wenn es so wäre musst du trotzdem eine Diode einbauen.
Denn wenn das Relai schließt bzw. öffnet enstehen hoheStröme die für den MOSFET "tödlich" sein können. Also muss man immer eine Freilaufdiode verwenden.
Mfg Flo

[StEndres]

Der Autor von der H-Brücke im RN-Wissensbereich (siehe Bild) hatt aber auch keine Probleme auf diese zu Verzichten.

https://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Bild:Hbrueckemosfet.gif


...Prinzipiell sind Source- und Drainanschluss zunächst gleichwertig, meist ist der Aufbau aber nicht symmetrisch, um ein besseres Verhalten zu erzielen. Ausserdem wird bei den meisten Bauformen Bulk intern mit Source verbunden, da ein Potentialunterschied zwischen Source und Bulk die Eigenschaften des Transistors (vor allem die Schwellenspannung) negativ beeinflusst (body effect). Auf die grundlegende Funktion hat die Verbindung keinen Einfluss. Allerdings entsteht nun zusätzlich eine Diode zwischen Source- und Drainanschluss, die parallel zum eigentlichen Transistor liegt (Bulk mit dem p-dotierten Substrat und Drain mit dem n-Gebiet bilden den pn-Übergang). Diese Diode ist als Pfeil im Schaltsymbol des Mosfets dargestellt und zeigt beim n-Kanal Mosfet vom Bulkanschluss zum Kanal. In einer Schaltung muss diese Diode immer in Sperrrichtung gepolt sein, da anderenfalls Drain- und Sourceanschluss über die Diode dauerhaft leitend verbunden bleiben....

(Wikipedia)

Dass ein MOSFET eine Diode besitzt dürfte damit geklärt sein. Nur: hält diese den Belastungen stand. Mein Mosfet hält 30A stand und der Motor zieht max 1A (-> kleiner Motor). Da dürften etz net die mörderischen Ströme entstehen. Bis etz hat es jedenfalls noch keinen zerlegt. Ich frag mich hatl, ob des auf Dauer auch so ist, weil ich hab keine Lust die häufiger zu wechseln.
Wäre jedenfalls praktisch, wenn mich jemand bestätigen könnte. Hab nämlich so gar keinen Platz für Freilaufdioden. Bin schon froh, dass der Rest alles einigermaßen drauf geht.

@BlackDevil: Anitparallel zur Induktivität? Alle H-Brücken die ich kenne haben die Freilaufdioden immer Antiparallel zu den Transistoren. Seltsam. Vielleicht meinen wir ja dasselbe.

Hoffe auf weitere Antworten, Stefan

[BlackDevil]

http://mypage.bluewin.ch/chesi/grafik/lexikon/elektro/freilauf.gif

Löschdiode is hier die Freilaufdiode. Antiparallel zur Induktivität.

[kalledom]

@BlackDevil
Was bedeutet 'Antiparallel zur Induktivität' ? Oder meinst Du zwei Dioden antiparallel und dann wohin ?

Wenn die Dioden parallel zum Motor angeschlossen werden, wie kann dann der Motor noch umgepolt werden ? Besonders bei einer H-Brücke ?

@flo315
Es sind nicht hohe Ströme, sondern hohe Induktionsspannungen, die den Halbleiter zerstören.

Pro Motorwicklung werden zwei Dioden angeschlossen; eine kommt vom Plus, die zweite geht zum GND, damit Induktionsspannungen an den FET's vorbei abgeleitet werden.

[BlackDevil]

so wie im anhang mein ich das

zumindest hab ich das so gelernt

[dennisstrehl]

Die Möglichkeit links funktioniert, solange man nur eine Drehrichtung hat.
Dass die rechte Möglichkeit nicht funktionieren kann, sollte auf den ersten Blick klar sein. Je nachdem wie rum der Strom geflossen ist, sperrt eine der Dioden und es kann kein Strom fließen.

[flo315]

@ kalledom

das ist schon klar das hohe induktionsspannungen entstehen. Das Resultat darauß sind aber hohe Ströme. Bitte um Rückmeldung wenn ich mich irre aber das hab ich so in der Schule gelernt.

Mfg Flo

[BlackDevil]

Die Möglichkeit links funktioniert, solange man nur eine Drehrichtung hat.
Dass die rechte Möglichkeit nicht funktionieren kann, sollte auf den ersten Blick klar sein. Je nachdem wie rum der Strom geflossen ist, sperrt eine der Dioden und es kann kein Strom fließen.

Hast recht ^^ Aber wo hab ich das rechte Bild in dem zusammenhang gesehen?

[kalledom]

Hallo Flo,
ein Halbleiter wird bei induktiven Verbrauchern durch zu hohe (Induktions-) Spannung / Überspannung zerstört. Ähnlich wie bei einem Kondensator gibt es einen Durchschlag / Überschlag; dabei wird das Bauteil in vielen Fällen niederohmig.
Die Folge kann ein hoher Stromfluß sein, muß aber nicht.

Wenn an einen Transistor 100V am Collektor angelegt werden, obwohl er nur für max. 80V ausgelegt ist, dann wird der Transistor durch die zu hohe Spannung zerstört. Ob dabei eine niederohmige Halbleiterstrecke entsteht, ist nicht unbedingt gesagt. Wenn doch, gibt es zwei Möglichkeiten:
- es ist eine Induktivität angeschlossen, die dann dauerhaft Gleichspannung bekommt und dadurch ein sehr hoher Strom fließt. Was dann geschieht, ist nicht vorhersagbar.
- es ist ein Relais, Glühlampe, LED, etc. angeschlossen, welches dann dauerhaft eingeschaltet bleibt; ein zu hoher Strom ist dabei nicht zu erwarten.

Ein Transistor kann auch durch zu hohen Strom zerstört werden, wenn z.B. ein Transistor mit max. 1A einen Verbraucher mit 2A schalten soll. Dabei kann z.B. die Bondung 'verglühen'.

Die nächste Variante ist die Zerstörung durch Übertemperatur bei Überschreitung der max. Verlustleistung oder zu geringer Kühlung.

Bliebe noch die Variante der mechanischen Zerstörung oder Verformung, wenn ich mit einem schweren Hammer auf den Halbleiter draufhaue :-)
Zum Zerstören eines Halbleiters gibt es also viele Möglichkeiten.

PS: @BlackDevil
Das rechte Bild funktioniert, wenn es sich um Zener-Dioden handelt. Nennt sich aber AntiSeriell.

[BlackDevil]

danke kalle
das war falsch ^^ is schon spät und ich bin heut nichganz auf der höhe *g*

[flo315]

@kalledom

Thanx for the information. Hab ich mal wieder was dazugelernt.
mfg Flo

[StEndres]

http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irl530n.pdf

Das ist das Datenblatt von einem MOSFET, den ich verwende. Auf Seite 2 steht etwas von "source-drain-ratings". Damit ist doch die umgekehrte Verwendung gemeint, also für Ströme von Source nach Drain. Wenn des stimmt, dann wäre mein Problem gelöst. Die Diode würde dann 17A abkönnen und bei max. 1,3 V durchschalten. Dann könnte ich mir zusätliche Freilaufdioden spraren.

Danke für alle Antworten,
Stefan

[kalledom]

Hallo StEndres,
es sollte so sein, wie Du schreibst, denn im Datenblatt ist auch noch unter 'Fig 12a. Unclamped Inductive Test Circuit' eine Schaltung mit induktiver Last ohne zusätzliche Dioden zu sehen.

[shaun]

Und trotzdem sieht man häufig, dass auch bei MOSFET-Schaltungen Dioden vorhanden sind. Bei der oben gezeigten Relais-Schaltung aus 2 Gründen: 1. man ist es so gewohnt, 2. man will die aus der Induktionsspannung nicht in der Versorgung haben, darum macht die Diode sie gleich an der Spule platt.
Bei H-Brücken scheint es zunächst mal überflüssig zu sein, da der MOSFET durch die innere Verbindung zwischen Source und Substrat bereits eine Diode hat, und die ist häufig ja wie ihr schon schriebt auch im Datenblatt spezifiziert, kann also auch als Diode verwendet werden. Nur ist die häufig nicht schnell genug, und daher findet man idR auch zusätzliche Fast-Recovery-Dioden parallel zu den DS-Strecken. Nebeneffekt: man hält sich die Verlustleistung der leitenden Dioden aus dem MOSFET raus und kann ggf. mit weniger Kühlung auskommen.

[ogni42]

Es ist so, wie shaun sagt: Die Dioden in manchem MOSFETs können den Strom zwar aushalten, sind aber oftmals nicht schnell genug, um als Löschdioden zu dienen. Dadurch erhitzen sich die MOSFETs stark. Je nach entstehender Induktionsspannung können auch Spitzen auftreten, die die MOSFETs zerstören.

Also immer erst Datenblatt lesen und ausrechnen. Im Zweifelsfall lieber die paar cent für die schnellen Recovery-Dioden ausgeben und sich später nicht ärgern müssen.

[kalledom]

@shaun
Aus Erfahrung kann ich bestätigen, wenn Induktivitäten wie z.B. Relais, Magnetventile, etc. etwas weiter entfernt vom Halbleiter-Schalter sind, sollte unmittelbar an der Spule eine Freilaufdiode angebracht sein, um Induktionen an Ort und Stelle zu vernichten. Sonst können Induktions-Spitzen, die über das gesamte Kabel 'laufen', sogar das Steuergerät zum Absturz bringen.
Daß die bereits in einem Halbleiter integrierte (Freilauf-) Diode sich durch den Strom der Induktionsspannung und damit der gesamte Halbleiter zusätzlich erwärmt, wird schnell vergessen und / oder unterschätzt. '... weil man es so gewohnt ist' hat häufig eine sehr starke Da-Sein-Berechtigung (Erfahrung nennt man das schon mal), deren Hintergründe häufig nicht genau bekannt sind oder vergessen wurden. Und plötzlich funktioniert eine Schaltung, die man schon 1.000 mal so ähnlich gemacht hat, nicht mehr richtig.
Deshalb setze ich auch zukünfig externe Dioden ein, bzw. Dioden unmittelbar an den Spulen.

[StEndres]

Ok. Danke für die Antworten. Ich lass die Freilaufdioden bei meiner Schaltung jetzt beruhigt weg. Da der MOSFET gut überdimensioniert ist, denk ich mal, dass die Erwärmung kein Problem darstellt. Außerdem dafür einfach kein Platz mehr.
Nochmals vielen Dank

Stefan