Spannungsausfall mit FET simulieren

[dirkdiggler]

Hallo,

ich will einen kurzen Spannungsausfall (variabel von 1us bis 40us) der Versorgungsspannung (variabel von +5V bis +35V) simulieren.

Da ein Relais zu langsam ist dachte ich an eine MOSFET, da dieser genug Strom und Spannung aushalten sollte.

Damit der FET dauerhaft durchsteuert brauche ich eine Gate-Source Spannung von ca. 3V, ich habe dies über einen Spannungsteiler eingestellt.
Das Problem ist damit die parsitären Kapaziäten schnell abgebaut werden und mein Signal schnell, rechteckförmig schaltet brauche ich relativ hohe Ströme.

Gibt es eine Möglichkeit schnell ab und an zu schalten, wenn möglich nahezu leistungslos?, eben wie beim Relais aber im MHz-Bereich.

Danke,
Newbie

[Ratber]

Du hast ja selber schon die Gatekapazität als Problem erkannt also ist logischerweise ein "Nahezu Leistungsloses" Schalten unmöglich da du ja eben diese Gatekapazität bedienen mußt.

Wenn du im Mhz Bereich schalten willst dann kannst du dir ja schnell ausrechnen wie schnell du die Kapazität "füllen" mußt und welche Ströme dafür nötig sind.

Also mal eben einfach wird das mit deinen Vorgaben nicht.


Das erste wird sein einen FET zu finden der eine möglichst gerige Kapazität bei annehmbaren anderen Eigenschaften hat.
Danach hast du die Aufgabe den Treiber zu dimensionieren und evtl. deine Anforderungen vieleicht etwas herunter zu schrauben denn je schneller er durchschalten soll desto größer wird der Aufwand und damit die Kosten werden.

[dirkdiggler]

@ratber jetzt mal blöde Frage, wie kann ich die Ströme berechnen die ich brauche?

1F = 1 As/V => I = (C * U) / t // so etwa?

[steg14]

Damit der FET dauerhaft durchsteuert brauche ich eine Gate-Source Spannung von ca. 3V, ich habe dies über einen Spannungsteiler eingestellt.


die meisten FETS sind bei 3V noch nicht voll durchgeschaltet



Das Problem ist damit die parsitären Kapaziäten schnell abgebaut werden und mein Signal schnell, rechteckförmig schaltet brauche ich relativ hohe Ströme.


ca. i=Total Gate Charge / t-schalt

”The advantage of using gate charge is that the designer can easily calculate the amount of current required from the drive circuit to switch the device on in a desired length of time because Q = CV and I = C dv/dt, the Q = Time x current. For example, a device with a gate charge of 20nC can be turned on in 20msec if 1ma is supplied to the gate or it can turn on in 20nsec if the gate current is increased to 1A. These simple calculations would not have been possible with input capacitance values.”
aus (http://www.irf.com/technical-info/appnotes/mosfet.pdf)

du wirst aber minimal die im Datenblatt angegebene Fall-Time erreichen können

Beschäftige dich mit den Grundlagen oder gib hier ein paar Daten wie Strom u.s.w. an damit dir jemand was konkretes empfehlen kann

[dirkdiggler]

Daten:

Lowzeit: 1us bis 40us

Versorgungsspannung: 5V bis 35V

Strom: 2A

[steg14]

z.B:
irlr110 (http://www.ortodoxism.ro/datasheets/irf/irlr110.pdf) 36Cent bei Reichelt
Gatewiderstand 12 Ohm
Dazu ein Mosfettreiber z.B. ICL7667 (http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/ICL7667.pdf) 1€

vorsicht falls in deiner Schaltung induktivitäten sind

[BASTIUniversal]

@steg14: Was genau ist denn ein Gatewiderstand? Der Drain-Source Widerstand beim IRLR110 beträgt bei 5V (Vgs) etwa 0,54 Ohm. Das hat eine Verlustleistung von etwa 2,16W zur Folge. Das kann der FET nicht ungekühlt aushalten.
Nimm hier lieber einen IRF 1010, der kostet bei Reichelt 0,87€ und hat nen Rdson von 0,0075 Ohm (und damit nur 30mW Verlustleistung).

MfG
Basti

[steg14]

@steg14: Was genau ist denn ein Gatewiderstand? Der Drain-Source Widerstand beim IRLR110 beträgt bei 5V (Vgs) etwa 0,54 Ohm. Das hat eine Verlustleistung von etwa 2,16W zur Folge. Das kann der FET nicht ungekühlt aushalten.
Nimm hier lieber einen IRF 1010, der kostet bei Reichelt 0,87€ und hat nen Rdson von 0,0075 Ohm (und damit nur 30mW Verlustleistung).

MfG
Basti

Gatewiderstand die sprachgebräuchliche Abkürzung von Gatevorwiderstand, also für schreibfaule ;-)

So wie ich das verstanden habe soll es eine Testschaltung werden um kurzfristige Ausfälle der Versorgungsspannung zu simulieren. Ich denke da kommt es nicht auf einen kleinen Kühlkörper an. Wichtig war dem OP das sehr schnelle Abschalten. IRLR110 = 17ns IRF1010 = 53ns

[BASTIUniversal]

OK...muss ich mir merken das mit dem Gatewiderstand ^^

Ich glaube zwar nicht das die paar ns ins Gewicht fallen, aber das muss jeder selber entscheiden. Mir persönlich ist immer eine geringe Verlustleistung wichtig.

MfG
Basti

[Ratber]

@Basti


Der RDSon ist ziemlich witzlos wenn du den Fet bei Periodischem Schaltbetrieb nicht schnell genug in die Sättigung bekommst,er deswegen
dauernd irgendwo bei mehreren hunter Milliohm bis einigen Ohm bleibt und somit leistung verbrät wie omas Kohleofen.

[shaun]

Nicht von Anfang an mitgelesen? Es ging hauptsächlich um besonders schnelles Schalten, aber 2W statische Verluste sind wirklich nicht so toll. Dein 53ns-MOSFET tut dem Vorhaben aber auch keinen Abbruch, wenn die minimale Schaltzeit sowieso beim Zwanzigfachen liegt.

[Ratber]

@Shaun

Wenn meinste ?

[Yossarian]

Hallo
es ist doch kein Problem einen vernünftigen FET mit ein paar hundert Kilohertz zu schalten.Auch den Strom dafür bereitzustellen bereitet keine Kopfschmerzen.
Wo man sich ein paar Gedanken machen sollte:das Layout,die Umgebung.

Außerdem will der Dirk nur einen einzelnen (aus)Impuls mit einer definierten Länge starten, also kommt es (für die Verlustleistung) nur auf den RDson an.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[steg14]

Außerdem will der Dirk nur einen einzelnen (aus)Impuls mit einer definierten Länge starten, also kommt es (für die Verlustleistung) nur auf den RDson an.


Jein! richtig Schaltverluste spielen keine Rolle.
Die Durchlassverluste aber ebenfalls nicht.
Wichtig war nur schnelles Schalten um kurze Ausfälle zu simulieren.

[Henrik hessert]

hi,

wenn ich die grundfragestellung richtig interpretiere, sehe ich es genau wie schon yossarian vor mir. um für eine zeit bis maximal 40µs vcc nach gnd zu ziehen, würde ich mir relativ wenig gedanken um die kühlung des fets machen. die verlustleistung die im inneren des fets entsteht muss nämlich zunächst einmal die thermische kapazität von junction zu case überwinden.

falls der fet nicht im taktenden betrieb verwendet werden soll, davon gehe ich bei der simulation eines kurzzeitigen ausfalls der versorgungsspannung aus, dauert es also eine gewisse zeit bis die im innernen entstandene wärme nach aussen dringt.

hält man nun eine gewisse schonzeit des fets ein, kann man auf zusätzliche kühlkomponenten verzichten.

zur ansteuerung: spannungsteiler halte ich für eher ungeeignet, da man durch den vorwiderstand die ladezeit der gatekapazität verlängert.
ich würde eine entsprechend dimensionierte push-pull-stufe zur ansteuerung des fets einsetzen. jedoch sollte stets ein geeigneter pull-down-widerstand vor das gate des fet geschaltet werden.
mit integrierten mosfettreibern habe ich selbst noch keine erfahrung gemacht und kann somit leider nichts zu diesem lösungsansatz berichten.

gruß
henrik