Wie kann man einen Mosfet als Freilaufdiode benützen?

[alexander_ro]

Hi Mädels und Jungs,

die nicht ganz neue Idee einen Mosfet als Freilaufdiode zu benützen um die nicht ganz unerheblichen Verluste an einer Schottkeydiode zu vermeiden habe ich schon öfter gesehen. Nur leider wurde nirgends mit angegeben wie man diesen Mosfet ansteuern muß.

Kann mir da vielleicht jemand einen Tipp geben wie das geht?

Grüße
Alexander

[Besserwessi]

Um den MOSFET als Freilaufdiode zu nutzen hat man 3 Möglichkeiten:
1) Man nutzt nur die interne parasitäre Diode zwischen Drain und Source

2) Man schaltet den MOSFETs zusätzlich ein, wenn die Freilaufdiode leiten soll. Das Gate-Signal generiert man aus der Steuerung vom Rest der Schaltung.

3) Das einschalten des MOSFETs wird anhand der Spannung Dain-Source berechnet. Der MOSFET dient so als fast ideale Diode, unabhängig vom Restder Schaltung. Dabei ist aber eine schnelle Steuerung alles andere als einfach. Entsprechend ist das mehr etwas für die Gleichrichtung z.B. bei 50 Hz.

Die interne Diode hat man dabei immer noch als Backup, und man kann ggf schon etwas früher auschalten.

[alexander_ro]

Danke für die Info.


Man nutzt nur die interne parasitäre Diode zwischen Drain und Source
Dann hat man aber die gleichen Verluste wie mit einer normalen Diode. So sehe ich keinen echten Mehrwert. Ich dachte mehr daran den Mosfet als Schalter zu benutzen der ja im eingeschalteten Zustand deutlich verlustärmer als eine Diode ist (schnelles Schalten vorausgesetzt).


Man schaltet den MOSFETs zusätzlich ein, wenn die Freilaufdiode leiten soll. Das Gate-Signal generiert man aus der Steuerung vom Rest der Schaltung.
Klingt eher so wie ich mir das vorstelle. Nur die frage wie generiert man das Signal. Reicht es das Signal des Leistungsschalters zu invertieren oder muß das zeitlich abweichend sein.


Das einschalten des MOSFETs wird anhand der Spannung Dain-Source berechnet. Der MOSFET dient so als fast ideale Diode, unabhängig vom Restder Schaltung. Dabei ist aber eine schnelle Steuerung alles andere als einfach. Entsprechend ist das mehr etwas für die Gleichrichtung z.B. bei 50 Hz.
Warum nur für Gleichrichter? Schalter in Motorsteuerungen schalten vermutlich öfter und wegen der hohen ströme sind gerade hier die Verluste an der Freilaufdiode sehr hoch. Eigentlich gilt das doch für Schaltregler aller Art.

[Besserwessi]

Für einen Schaltregler oder eine Motorbrücke wird man den MOSFET nach dem Steuersignal am anderen MOSFET schalten. Die 3.te Lösung anhand der Spannung am MOSFET ist ziemlich zeitkritisch, geht aber bei einigen Regler ICs auch, wenigstens beim Einschalten des MOSFETs der die Diode ersetzen soll. Zum Teil geht das aber auch über die tatsächliche Gate Spannung des anderen FETs. Damit kann man die Verzögerung etwas besser erfassen.

Einfach nur invertieren des Gate Signals reicht nicht immer. Man sollte schon die Zeit ziemlich genau einstellen und muss ggf. Verzögerungsglieder einplanen. Lieber 1 µs beide MOSFETs aus, und dann den Strom in der Zeit über eine Shottkydiode schicken. Bei Motoren wird man auch keine so hohe Frequenz wie bei Schaltreglern nehmen und die Umschaltung ist nicht so kritisch.

[alexander_ro]

Aha jetzt ist der Groschen herunter gehüpft wie das gehen könnte. Muß jetzt mal überlegen wie ich das als Schaltung umsetze.

Danke fürs helfen und schönes rest Wochenende. :-)

[s.o.]

Du hast wie Besserwisser schong geschrieben hat 3 Möglichkeiten:
1. Du nimmst, eine H-Brücke (für bidirektionalen Motor) und betreibst den in einer möglichst schnellen Frequenz. On hat hier gute und günstige Mosfettreiber übrigens. So fallen de Dioden weg.
2. Du baust eine Halbbrücke auf (für unidirektionalen Motor) und betreibst diese ebenfalls wieder mit oben-unten-oben-unten-Durchschaltprinzip (Hoffe das war verständlich). Um es nochmal klarer zu machen: Ich schalte unten durch, schalte oben ab, und der Motorinduktivität wird geladen. Jetzt schalte ich oben druch, gleichzeitig unten ab, und die Motorinduktivität wird entladen.
3. Du bist ganz dreist und Läst die Freilaufdiode weg. Dann musst du auf die sog. Alvalanche-Energy aufpassen. Dann wirkt der Mosfet in etwa als Z-Diode. Da ich nicht annehme, dass es bei dir auf ein paar Cents ankommt, rate ich dir strikt von der letzten Lösung ab.

[alexander_ro]

Da ich nicht annehme, dass es bei dir auf ein paar Cents ankommt
Nimmst Du richtig an nicht die paar Cents stören mich sondern die paar Watt die die Diode so schön warm halten. Wenn das Wortspiel erlaubt ist.


On hat hier gute und günstige Mosfettreiber übrigens. So fallen de Dioden weg.
Um mal ein Gefühl dafür zu bekommen wo hier die Schwierigkeiten liegen möchte ich keine fertigen Treiber ICs benützen. Ohne jetzt das Datenblatt gelesen zu haben würde ich annehmen das die da auch nur Dioden verwenden. Kostenfrage wie immer ...

[s.o.]

Schau dir mal den NCP3420 an, das ist eine sog. Halbbrückentreiber. Ich sage ja nicht, dass du ihn verwenden sollst, sondern einfach mal schauen, wie genau das Prinzip mit der Halbbrücke (also Punkt 2) funktioniert.
Ohne fertige TreiberICs wird das ganze ein ziemliches Transistorengrab. Am besten wird das ganze wohl gehen, wenn du einen Inverter aufbauest, also P-FET oben und N-FET unten und dann mittels eines NPN-PNP-Treibers treibst. Vorher musst du noch Pegelwandeln, auf das Level deiner Versorgungsspannung. Fazit: Mit 2 MOS und 3 Bipolartransistoren kann man so eine Halbbrücke aufbauen.
Wenn es um die Sache und nicht den Lerneffekt geht, würde ich mich mal nach besseren Dioden umschauen. Es gibt ein paar Dioden, die haben nur 0.3 Volt Vorwärtsspannung und vertragen schon einiges... Denn bedenke, dass aktive Gleichrichten verbaucht auch Leistung...
http://de.mouser.com/ProductDetail/STMicroelectronics/STPS1L30U/?qs=sGAEpiMZZMuIUjt4yeP9c66H6%252b0vAjHQWGdohVjhzk A%3d
nur um mal ein Beispiel zu nennen.
Wenn es was dickeres sein soll: http://de.mouser.com/ProductDetail/STMicroelectronics/STPS30L30CT/?qs=sGAEpiMZZMuIUjt4yeP9c4vDnG6dExKEDoPojNojSes%3d

[alexander_ro]

Vorher musst du noch Pegelwandeln, auf das Level deiner Versorgungsspannung.
Wie jetzt, Pegelwandeln? Das machen doch die Treibertransistoren.

[s.o.]

In etwa so: https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=32750
Wobei ich Auf RGate verzichten würde. Und Da wo jetzt der N-FET ist, bauste einen P-FET dazu. Dann hast du einen High-Power-Mos-Inverter. Der sollte deine Freilaufdiode ersetzten. Ich würde schauen, dass ich den 700 Ohm widerstand noch höher wähle, und möglichst hohe-Gain-Transistoren verbaue. BC337-40 zum Beispiel...

[sigo]

Hier ist ein Treiber-Chip für eine ideale Diode: http://www.linear.com/pc/productDetail.jsp?navId=H0,C1,C1003,C1142,C1079,P3 8529

Er ist allerdings eher für redundante Parallelschaltung von Spannungsquellen, als für schnelle Applikationen gedacht. Ich habe mir die Details nicht angesehen, vielleicht ist er ja doch schnell genug.


Als Freilaufdiode für Solarpanels etc. gibt es sogar Fertiglösungen als Chip: Suche mal nach SPV1001 von ST.

Gruß Sigo

[alexander_ro]

Danke für die Hinweise zu den interessanten Bauteilen. Aber im Moment bin ich noch auf der suche nach einer selbstbau Lösung. Ich glaube das ich da die für meine Zwecke bessere Lösung bekomme.