Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : PWM Problem, MOSFET wird heiß
Hallo Community,
ich habe versucht einen kleinen Step-Down Wandler selber zu bauen. Dabei Regel ich die Spannung von 3,7 auf 2 Volt über ein PWM Signal runter. Hinter dem MOSFET wird das ausgehende Signal mit einen Elko geglättet. Der max. Ausgangsstrom beträgt 5 Ampere. Nun habe ich einen großen MOSFET genommen (IRL 2203 N (http://www.reichelt.de/IRL-IRFZ-Transistoren/IRL-2203NS/index.html?;ACTION=3;LA=444;GROUP=A167;GROUPID=289 6;ARTICLE=41754;START=0;SORT=artnr;OFFSET=16;SID=1 2TjlDXH8AAAIAAFHmcEk6d18d88a6bf2477a0f1234ef26a470 40)um genau zu sein). Allerdings wird dieser wirklich sehr heiß. Zuerst hatte ich an Oberwellen gedacht, doch diese können jetzt dank eines Transistors nicht mehr auftreten.Ich habe auch schon einige Frequenzen durchprobiert (fast 10 MHZ, 1,3 MHZ, 500 KHZ, 3,9 KHZ usw...) aber auch das schien keine Verbesserung zu bringen. Könntet ihr mir weiterhelfen?
Gruß Hunni
(http://www.reichelt.de/IRL-IRFZ-Transistoren/IRL-2203NS/index.html?;ACTION=3;LA=444;GROUP=A167;GROUPID=289 6;ARTICLE=41754;START=0;SORT=artnr;OFFSET=16;SID=1 2TjlDXH8AAAIAAFHmcEk6d18d88a6bf2477a0f1234ef26a470 40)
Hallo!
Könntet ihr mir weiterhelfen?
Ohne Schaltplan/Skizze deiner Schaltung sicher nicht. :(
Bist du sicher das der FET richtig durchschaltet? Ich hatte ein ähnliches Phänomen. Wenn die Spannung und der Strom am Gate zu niedrig sind schafft es der FET während einer High-Phase nicht richtig durchzuschalten. Dies hat zur Folge das der FET zwar leitet aber ein Ohm´schen Widerstand darstellt (ein voll durchgeschalteter tut das auch aber bei einem halb durchgeschalteten ist der Widerstandswert höher als wenn er komplett umgeladen hat). Weil ich sehe das dein FET eine VGS von +-16V hat. Kannst du diese auch liefern?
Der MOSFET hat eine durchbruchspannung von 1 Volt, geschaltet wird mit drei Volt.
Die Spannung zwischen Source und Drain beträgt max. 4,2 Volt (1 Lipo Zelle)
Im Anhang liegt der Schaltplan. Liege ich vielleicht einfach noch viel zu hoch mit den Taktfrequenzen? Vielleicht sollte ich auf wenige 100 Herz runter gehen.
Der MOSFET hat eine durchbruchspannung von 1 Volt, geschaltet wird mit drei Volt.
Die Spannung zwischen Source und Drain beträgt max. 4,2 Volt (1 Lipo Zelle)
Im Anhang liegt der Schaltplan. Liege ich vielleicht einfach noch viel zu hoch mit den Taktfrequenzen? Vielleicht sollte ich auf wenige 100 Herz runter gehen.
Huch sorry hab mich verguckt. Die 16V waren die Maximum Ratings. Sorry!
Weißt du den ob der FET komplett durchsteuert? Weil es kann vielleicht sein das der Tiny-Portpin nicht genug Strom liefert um das Gate in so einer kurzen zeit umzuladen.
das hatte ich auch schon gedacht und den Pulldown ausgebaut. Aber keine nennenswerte veränderung.... Ich habe jetzt wegen der oberschwingungen anstelle des Pulldowm am Gate ein Kondensator eingelötet. Vielleicht sollte ich den erstmal wieder entfernen ;)?
Besserwessi
03.08.2011, 20:24
Die gezeigte Schaltung ist kein richtiger Step Down Regler. Da fehlen als wesentliche Teile eine Induktivität und Diode. Wenn man den großen Elko weg lässt, wäre es wenigstens eine PWM Steuerung für die Last. Für so etwas wie eine Glühkerze wäre das schon OK. Eine Freilaufdiode wäre ggf. Trotzdem angebracht.
Direkt am µC sollte man nur eher kleine MOSFETs schalten. Der genannte Typ ist relativ groß und wird entsprechend langsam ein und aus geschaltet. Dadurch gibt es relativ große Umschaltverluste. Bei einer niedrigen Frequenz wie 4 kHz wäre das eventuell noch zu verkraften. Besser wäre aber ein kleinerer MOSFET mit vielleicht 1/3 der Größe (d.h. 30 mOhm statt 10 mOhm).
ja du hast recht, es ist keine echte step down wandler schaltung.....wusste nur nicht wie ich sie sonst nennen sollte, bitte vergebt mir diesen Formfehler ;) Ich habe diese Schaltung (http://webx.dk/rc/glow/glow.htm) als Vorbild genommen. Vorher hatte ich einen kleinen MOSFET dort angeschlossen, aber auch dieser wurde sehr heiß ( IRLR 024N (http://www.reichelt.de/IRL-IRFZ-Transistoren/IRLR-024N/index.html?;ACTION=3;LA=444;GROUP=A167;GROUPID=289 6;ARTICLE=41769;START=0;SORT=artnr;OFFSET=16;SID=1 2TjlDXH8AAAIAAFHmcEk6d18d88a6bf2477a0f1234ef26a470 40))
Gruß Hunni
wäre es eine lösung, einfach einen 2n7002 Mosfet davorzuschalten? Das würde das Stromproblem beheben.
Wäre auf alles Fälle einen Versuch wert den Gatestrom zu erhöhen. Wenn Du da einen Kondensator anbaust erhöhst Du ja noch die Gatekapazität und der MosFet steuert noch langsamer auf. Nicht umsonst haben PWM-Treiber ICs einen relativ hohen möglichen Treiberstrom zum Ansteuern des Gates. Ev. mal mit dem Oszi schauen wie es aussieht.
MfG
Manu
Besserwessi
03.08.2011, 21:49
Das Hauptproblem ist der 1000 µF Elko. Dadurch fließt ein hoher Pulsstrom, der den FET und auch den ELKO erwärmen wird. Ohne der Elko könnte es dann mit den IRLR024 (der ist eher auf der kleinen Seite) schon gehen, oder auch mit dem großen MOSFET bei niedriger Frequenz, ggf. auch unter 1 kHz. Je nach Last braucht man dann noch eine ggf. schnelle Freilaufdiode.
Also ich habe mitleerweile den 1000 µF Elko rausgenommen und die Frequenz runtergesetzt. Leider wird der MOSFET auch nach wie vor warm (nicht mehr ganz so schlimm wie vorher, aber immer noch unakzeptabel).
Ich habe nun folgendes vor:
-Betriebsspannung des µC von 3 auf 5 Volt hochsetzen.
-MOSFET über einen Optokoppler schalten.
Ich würde gerne diesesn MOSFET weiterverwenden, oder einen vergleichbaren, da ich mit dieser Schaltung auch gerne mehrere Glühkerzen anglühen möchte.
Gruß Hunni
Wieso willst du den FET über einen Opto schalten? Ein normaler Transistor als Treiber reicht auch aus.
Jakob L.
04.08.2011, 15:23
Eigentlich sollte es bei auch direkt mit dem Mosfet am µC funktionieren. Der IRL2202 hat eine Gate Charge von ca. 20 nC von weitgehend sperrend bis weitgehend leitend. Bei einem Gate-Strom von 10 mA sind das 2 µs. Das ist zwar relativ lang aber bei kleinen PWM-Frequenzen (bis ca. 1 kHz) noch kein wirkliches Problem.
Ich glaube eher, dass es daran liegt, dass die Schaltung nur von einer LiPo-Zelle versorgt wurde. Der Spannungsregler hat einen Spannungsabfall von ca. 400 mV (bei 100 mA und 25 Grad). Dazu kommt, dass die Spannung des Akkus möglicherweise bei Belastung deulich unter die Nennspannung abfällt. Insgesamt bleiben da nicht viel mehr als 3V für den Mikrocontroller. Da der Mosfet mindestens ca. 3V am Gate braucht, um einigermassen gut zu leiten, wird es schon verdammt knapp. Die Erhöhung der Betriebsspannung des Controllers auf 5V ist daher auf jeden Fall eine gute Idee. Damit sollte der Mofset voll durchschalten und nicht mehr nennenswert warm werden.
Ich habe zum probieren einfach die 5 Volt vom ISP Programmiergerät genommen und siehe da, der MOSFET bleibt kühl. Allderdings ist die Ausgangspannung sehr instabil, da ich den 1000 µF Kondensator rausgenommen hab. Ich habe mich nach einer Alternative zu dem großen MOSFET umgesehen: Ich habe hier zuhause immer noch den IRF 640 (http://www.reichelt.de/IRC-IRF-Transistoren/IRF-640/index.html?;ACTION=3;LA=444;GROUP=A162;GROUPID=289 1;ARTICLE=8797;START=0;SORT=artnr;OFFSET=16;SID=10 TjqJwX8AAAIAAEt4pCY763b74164cfc229a59bd090814f6d18 d) rumfliegen. Der hat allerdings nur 17 Ampere, scheint allerdings sehr schnell zu sein, was die Schaltzeiten angeht. Kann ich diesen auch mit 125 KHZ oder sogar 1 MHZ takten?
Habt ihr vielleich noch einen Tipp, welchen MOSFET man gut für solche Aufgaben nehmen könnte?
Gruß Hunni
Dann lag die Erwärmung des FETs daran das er nicht richtig durchschalten konnte. Da er bei 3V voll durchschaltet und du die Schaltung gerade mal mit 3V betrieben hast war das ein bischen knapp. Durch erhöhen der Betriebsspannung hast du ein kleines Polster dazu gemacht. Die Frage ist.....brauchst du die 17A? Und ich würde den FET eher mit 125kHz takten da 1MHz schon echt krass sein kann von der Ladung. Du musst bedenken je schneller du den FET umlädst desto größer ist der Strom den der µC-Pin bereit stellen muss. Und da du den FET direkt an den Pin angeschlossen hast würde ich eher auf 125kHz zurück greifen.
Wäre es dann nicht auch sinnvoller einen " richtigen" Stepdown mit Induktivität und Freilaufdiode zu verwenden/aufzubauen , wenn die Qualität der Ausgangsspannung so nicht reicht?
MfG
Manu
Ja das ist ehrlich gesagt eine gute Frage.... ich wollte die Glühung universall einsetzbar machen, also auch für Sternmotoren bis 9 Zylinder.... also 45 Ampere auf der Ausgangseite. Nun wollte ich die Schaltung doch erstmal kleiner bauen. Wenn ich den MOSFET nun tatsächlich über einen Optokoppler schalte, wie muss ich den dann beschalten, dass wenn der µC Pin auf High liegt, dass dann das Gate des MOSET auch auf High steht? Ich tu mich da jedes mal schwer mit.....
:D @ManuelB das habe ich auch schon gedacht, ist warscheinlich besser, dann kann ich auch mit der Taktrate runter ;)
das habe ich auch schon gedacht, ist warscheinlich besser, dann kann ich auch mit der Taktrate runter ;)
Der Controller wird es dir danken :D
Und wenn du willst das der FET schaltet wenn der µC schaltet obwohl nen Opto dazwischen ist machst du es so:
http://img703.imageshack.us/img703/4898/fotoahn.jpg (http://imageshack.us/photo/my-images/703/fotoahn.jpg/)
Den 10k - 100k Widerstand kannst du dann auch als Pull-down nehmen falls der Opto sperrt.
Uups Bild ist gedreht -.- sorry
Uups Bild ist gedreht -.- sorry och das macht nix^^ vielen dank ;) dann werd ich mich mal ran setzen und die schaltung nochmal überarbeiten. Wenn ich jetzt 5 Ampere Ausgangseitig habe, reicht dann der vorgeschlagende MOSFET von 17 Ampere? Ich möchte unter keinen umständen, das der warm wird.
Gruß Hunni
Sollte ausreichen. Du hast dann ja noch 12A Luft :)
Und warm werden kann er ja....er darf nur nicht heiß werden :) gegen ein bischen aufwärmen hilft ein Kühlblech.
Jakob L.
06.08.2011, 00:09
Die Schaltng mit dem 10k-100k Widerstand ist definitiv nicht geeignet, da sich dann beim Ausschalten die gesamte Gate-Ladung über den Widerstand entladen muss. Bei einem so großen Widerstand kann das sehr lange dauern kann und während dieser Umschaltzeit entstehen wieder hohe Schaltverluste. Besser ist eine kleine Gegentakt-Endstufe aus einem NPN und einem PNP-Transistor zum Ansteuern des Gates.
Für die Anwendung (Glühkerze) gibt es eigentlich keinen sinnvollen Grund, warum man die Schaltfrequenz größer als 1 kHz wählen sollte. Dann liegt an der Glühkerze eine gepulste Spannung an und die Leistung wird durch das PWM-Signal ständig ein- und ausgeschaltet. Das wird aber durch die Wärmekapazität geglättet und ist somit kein Problem.
Wenn du viele Glühkerzen gleichzeitig ansteuern willst, dann wäre es sinnvoll, dazu mehrere zeitlich versetzte PWM-Signale zu generieren, so dass der Akku bzw. der Eingangskondensator der Schaltung sich nicht unnötig durch den hohen Impulsstrom erwärmt. Mit Software-PWM lassen sich die Signale leicht etwas versetzt generieren.
ich denke ich werde das erstmal mit einer glühkerze probieren und dann weitersehen. Das ganze sollte natürlich auch nicht zu groß werden, da ich das alles noch auf einer 30X30 Platine unterbringe..... Könnte ich nicht einfach einen 2n7002 Mosfet nehmen und dann einen kleinen widerstand so 1 K ohm?
Jakob L.
06.08.2011, 10:05
ich denke ich werde das erstmal mit einer glühkerze probieren und dann weitersehen. Das ganze sollte natürlich auch nicht zu groß werden, da ich das alles noch auf einer 30X30 Platine unterbringe..... Könnte ich nicht einfach einen 2n7002 Mosfet nehmen und dann einen kleinen widerstand so 1 K ohm?
Verzichte lieber auf den Optokoppler. Wenn der µC aus dem gleichen Akku versorgt wird und die Schaltung auf einer Platine ist, dann gibt es wirklich keinen Grund, warum man da noch einen Optokoppler dazwischen schalten sollte.
Der 2n7002 ist für die Anwendung viel zu klein (Dauerstrom 115 mA, RDS_ON liegt im wrost case bei 7,5 Ohm kalt bzw. 13,5 Ohm bei 100 Grad).
ja nee ich wollte den 2n7002 zum schalten des großen MOSFET's nehmen....hab mich etwas unverständlich ausgedrückt...
Besserwessi
06.08.2011, 12:58
Das erste wird sein, das man eine etwas höhere Spannung für das Gate braucht. Unter 5 V ist es schlecht, besser wären etwa 7 V. Man wird also erstmal ein Schaltung zur Erhöhung Spannung (auf z.B. 5-8 V) brauchen. Da braucht man nicht viel Leistung, denn da hängt nur das Gate und ggf. der µC mit dran. Wenn man nur eine niedrige PWM Frequenz nimmt und keinen Monster FET, kann man das Gate gut auch direkt vom µC schalten, wenn der µV mit 5 V versorgt wird. Einfach ein 2N7002 und ein Widerstand als Treiber reicht da noch nicht - da ist der Ausgang des µC (AVR) noch besser.
Für mehrere Glühkerzen sollte man sehen die Kerzen separat anzusteuern , schon wegen des Pulsstromes den der Akku sonst sieht.
Also es auf mehrere Phasen aufzuteilen und Phasenverschoben anzusteuern ist wirklich ein guter Weg. Wird ja bei Synchronwandlern und PFC-Stufen auch schon viel gemacht.
MfG
Manu
Ich habe mir gerade nochmal die Brushlessregler angesehen. Die verwenden mehrere kleine MOSFET's (IRF7341 (http://www.reichelt.de/index.html?;ACTION=7;LA=3;OPEN=0;INDEX=0;FILENAME= A100%252FIRF7341.pdf;SID=10TjqJwX8AAAIAAEt4pCY763b 74164cfc229a59bd090814f6d18d)). Ich glaube, da die auch noch sehr klein sind, ist das warscheinlich für mein vorhaben optimal. Die C-Rate ist niedrig, genauso wie die Timing. Die beiden parallel geschaltet, ergibt einen Strom von fast 10 Ampere. Und da gleich zwei in einem Gehäuse untergebracht sind....
Gruß Hunni
Besserwessi
06.08.2011, 13:42
Der IRF7341 ist zu klein, und eine unnötig hohe Spannung. Für einen niedrigen On Widerstand muss man bei den Typen mit niedriger Spannung (20 oder 30 V) suchen.
Wenn bei 2V, 5 A benötigt werden, sind das bei 4 V eines vollen Li Akkus schon 10 A. Dafür sollte der Widerstand nicht wesentlich über 10-20 mOhm liegen das gibt auch schon 100-200 mV als Spannungsabfall, oder 1-2 W an Verlusten. Als FET also eher so etwas wie IRLU3714 oder IRLU8721. Wenn die Frequenz nicht zu hoch ist, kann man die auch noch direkt vom µC (mit 5 V) schalten.
Dann werde ich den MOSFET verwenden ;) Danke für den Tipp
Wenn bei 2V, 5 A benötigt werden, sind das bei 4 V eines vollen Li Akkus schon 10 A. Sind dass dann nicht bei 4 Volt eher 2,5 Ampere? Ich meine das wird ja runtergeregelt.....
Hallo!
Natürlich, da die Eingangsleistung muss gleich Ausgangsleistung + Verluste sein. ;)
Hi Hunni,
eigentlich ist hier fast alles schon gesagt worden;
1.) ich habe zwar keine techn. Daten vom dem MosFet aber der ist definitiv viel zu groß, also unsinnig hoch dimensioniert.
2.) die Ansteuerung muss niederohmiger sein, vom CPU Pin ein kleinen BC Transistor nehmen, dann über einen ca. 100 R Widerstand direkt zum Gate.
3.) ich kann noch nicht glauben, dass dieser Mosfet wirklich mit einer so geringen Gatespannung auskommt, möchte es aber nicht abstreiten.
Sage mal; wärest du bereit, den Code mal zu posten, evlt. auc an PM?
Danke.
Besserwessi
06.08.2011, 17:28
Die Glühkerze wird in guter Näherung ein ohmscher Widerstand ( ca. 2 V/4 A = 0,5 Ohm) sein. Der Strom steigt also mit der Spannung an. Bei 4 V hat man damit den doppelten Strom und darf ihn nur für etwa 1/4 der Zeit einschalten.
Der anfangs Genannte MOSFET (IRL2203) sollte auch nicht so schlecht sein - nur wird man da auch mehr als 3 V als Gatespannung brauchen, um man sollte die PWM Frequenz niedrig wählen. Mit nur 3 V fließt zwar schon genug Strom, aber man hat nicht die theoretischen 7 mOhm als Widerstand, sondern vielleicht 20 mOhm, die man auch mit einem kleineren MOSFET haben könnte. An einer höheren Spannung führt fast kein Weg vorbei.
Die Glühkerze wird in guter Näherung ein ohmscher Widerstand ( ca. 2 V/4 A = 0,5 Ohm) sein. Der Strom steigt also mit der Spannung an. Bei 4 V hat man damit den doppelten Strom und darf ihn nur für etwa 1/4 der Zeit einschalten.
^^Ach ok habe ich falsch verstanden ;), ja das regelt ja der µC Automatisch, sodass es immer 2 Volt sind.
Ich habe jetzt gedacht, einfach einen kleinen MOSFET und dann mit Indukativität und Freilaufdiode, also einen richtigen Step-Down Wandler zu bauen.
Der IRF7341 ist zu klein, und eine unnötig hohe Spannung. Für einen niedrigen On Widerstand muss man bei den Typen mit niedriger Spannung (20 oder 30 V) suchen.
Wenn bei 2V, 5 A benötigt werden, sind das bei 4 V eines vollen Li Akkus schon 10 A. Dafür sollte der Widerstand nicht wesentlich über 10-20 mOhm liegen das gibt auch schon 100-200 mV als Spannungsabfall, oder 1-2 W an Verlusten. Als FET also eher so etwas wie IRLU3714 oder IRLU8721. Wenn die Frequenz nicht zu hoch ist, kann man die auch noch direkt vom µC (mit 5 V) schalten
Der IRF7431 (http://www.reichelt.de/index.html?;ACTION=7;LA=3;OPEN=0;INDEX=0;FILENAME= A100%2FIRF7341.pdf;SID=10TjqJwX8AAAIAAEt4pCY763b74 164cfc229a59bd090814f6d18d) hat eine Gatespannung von einem Volt, gut der Widerstand liegt bei 50 mOhm, die eine Spannung von 50 Volt. Ich finde die Baugröße genial....... Meint ihr nicht, dass das vielleicht doch geht.
--> Nochmal zur aktualisierung der Daten. Ich werde die Schaltung jetzt mit 7,2 Volt befeuern und für den µC auf 5 Volt runterregeln. Ich möchte eine Indukativität und eine Freilaufdiode nutzen. Es muss nach wie vor möglichst klein und vorallem aber darf es sich nicht erhitzen.
Gruß Hunni
Besserwessi
06.08.2011, 23:08
Wenn man einen richtigen Step-down Wandler baut, wird der Strom durch den MOSFET ggf. etwas kleiner. Dann könnte der IRF7431 tatsächlich ganz knapp noch gehen. Allerdings hat man dann zusätzliche Verluste an der Induktivität und vor allem der Freilaufdiode. Etwa die halbe Zeit (bei 7,2 V als Spannung noch mehr) würde der Strom durch die Freilaufdiode fließen und dort etwa 5 A * 400 mA = 2 W an Wärme freisetzen. Die große Wärmequelle wäre vermutlich die Diode. Am FET würde aber auch noch etwa 50 mOhm * 5 = 250 mV abfallen. Bei 5 A für etwa 40% der Zeit wären das auch noch 0,5 W im Mittel. Dazu kämen noch die Umschaltverluste- wegen der für einen Schaltregler höhern Frequenz von vielleicht 50-100 kHz ist das auch nicht wenig, eher nochmal etwa 0,5 W oder mehr.
Die 50 mOhm beim IRF7431 gelten auch nur bei mehr als 5 V Gate Spannung. Das 1 V ist die Spannung wo der Strom anfängt zu fließen, den minimalen Widerstand hat man erst ab etwa 6-10 V.
Ein kleine Lösung wäre eher mit 3-4 V zu arbeiten und dann einen kleinen Stepup-Wandler auf 5 V für den µC zu nehmen. Damit könnte man dann bei niedriger Frequenz eine großen MOSFET wie den IRL2203 oder IRLU3717 ansteuern. So viel größer als der IRF7431 ist der mechanisch auch nicht. Dafür hat man da nur etwa 10 A * 5 mOhm = 50 mV Verlust, also 0,5 W und das für etwa die Hälfte (oder auch weniger) der Zeit, also etwa 0,25 W im Mittel.
Für den Step-up Wandler für den µC gibt es passende ICs - wenn es sein muss auch so klein das man es kaum noch löten mag. z.B. MAX1724 im SOT23-5 und dazu 2 Kondensatoren und die Induktivität etwa in Bauform 0805.
Wenn es denn unbedingt die 7,2 V sein sollten, dann müsste man schon ein extra Schaltregler IC wie MAX8576 und 2 passende, etwas größere MOSFETs nehmen. Wenn man da 90% Wirkungsgrad erreicht, hat man einen Verlust von 10%*10 W = 1 W insgesamt. Da gibt es ggf. auch fertige Lösungen für, die aber relativ kompliziert aufzubauen sind und spezielle Teile (Spule, Kondensatoren, passende MOSFETs) brauchen.
Ist dann halt eine Frage, was man erreichen möchte. Für das reine glühen lassen einer Glühkerze könnte man sicherlich auch mit einem sehr hohen Ripple der Ausgangsspannung leben also das reine PWM Signal aufgeben, ohne Verwendung einer Induktivität. Wie schon erwähnt wird die Trägheit (Wärmekapazität) der Glühwendel bei entsprechender Frequenz sicherlich ausreichen um ein durchgängigs Glühen zu erreichen (funktionier ja mit der Glühlampe und 50Hz Sinus auch ganz gut ;) ) Wenn man jedoch eine "bessere" Ausgangsspannung haben möchte mit geringerem Ripple kommt man um die Induktivität wohl schwer herrum.
MfG
Manu
Besserwessi
07.08.2011, 10:55
Wieso muss die Schaltung eigentlich so klein und Verlustarm sein. Die Glühkerzen braucht man doch eigentlich nur für einen Kaltstart und nicht zum weiteren Betrieb. Da kommt es auf etwas mehr Gewicht nicht an, und man kann auch gut gleich einen 2 V Blei Akku nehmen, ganz ohne Regelung.
Hallo!
Genau Besserwessi ! :D
Ich bin früher erfolgreich jahrelang mit ein paar Diesel-Autos ohne "step-down" Regler und PWM gefahren. Wahrscheinlich, wie oft, hatte ich nur Glück gehabt. ;)
Kommt auf den Anwendungsfall an. Bei Modellmotoren wird auch oft im Leerlauf geglüht, da sie dann besser laufen und der Leerlauf stabiler wird. Wenn es dann also in einem Modellflugzeug sitzt kann ich schon verstehen, das es kompakt und leicht werden soll.
MfG
Manu
Wie bereits erwähnt, soll die Schaltung universell einsetzbar sein. In meinen Fall für Flugmotoren, deswegen ist ein Blei akku nicht gerade geeignet. Auch gehts bei dem Projekt ehrlich gesagt nicht um sinnvoll, sondern ums eigentlich an sich ;) Ich habe halt um die Ripple auszugleichen den low ESR Kondensator benutzt. Damit funktioniert das Einwandfrei. Dafür brauch man dann auch keine Freilaufdiode, da ja keine Induktion aufgebaut wird, die in die andere Richtung wirkt. Es ging mir halt darum, einen geeigneten MOSFET zu finden. Ich werde es mit dem IRLU3714 versuchen.
Besserwessi
07.08.2011, 22:32
Wenn man die Rippel ausgleichen will, dann geht es nur vernünftig mit einer extra Induktivtät und Freilaufdiode (ersatzweise ein 2. MOSFET). Einfach nur der ELKO wie im 1. Plan ist Murks: Beim Einschalten fließt ein sehr großer Strom zu laden des Elkos - das sorgt dafür das der MOSFET heiß wird. Da mehr an Spannung wird einfach in Verluste im MOSFET, den Akkus und dem ELKO umgesetzt. Da könnte man auch fast einen Linearregler nehmen - da schont man wenigstens noch den Akku.
Wenn man den Rippelstrom an den Glühkerzen nicht haben will, bleibt ein fertiges Schaltregler IC mit hohem Wirkungsgrad. Wenn man auch noch wenig Rippel auf der Akkuseite haben will, dann sogar eine Version mit 2 Phasen und dann 4 MOSFETs.
p.s. etwa so etwas sollte gehen, ggf. auch als Evaluation Kit:
http://www.linear.com/product/LTC3856
ok dann denke ich baue ich jetzt einen Step Down Wandler, allerdings habe ich dann noch eine frage: Kann ich einfach zwei Freilaufdioden parallel schalten, da ich nur SMD Dioden mit max. 3 Amp finde...
Wenn du die Dioden selektierst, dann könnte das klappen! Meist wird eine Diode mehr belastet, da die Dotierung nicht 100% mit der anderen Diode übereinstimmt und dann brennt die Diode durch.
Ich nutze gerne diese Ansteuerung:
+Ub o-----+---------+----------.
| | |
.-. | .-.
| | | | |
| | | | |
'-' | '-'
| | |
| |\| |
PWM o-----)-------|-\ |-+
in | | >------>|
'--+----|+/ |-+
| |/| |
V | |
- | |
| | |
GND o--------+------+----------'
Du musst ja nicht nur schnell laden, sondern auch schnell entladen! Da bietet sich das an, da source/sink sich schnell realisieren lässt.
Ähm.....könntest du deine Schaltung bitte mal erklären ;) Ich bin mit Operationsverstärkern nicht so bewandert. Kann ich anstatt der Diode eigentlich einfach einen zweiten MOSFET nehmen und dort einfach das Invertierte PWM-Signal drauf geben?
°°°°°°°
----------+------______----------+------
| |
| |
+ |
PWM inv | ---
--------| ---
+ |
| |
| |
-----+---+-------+ +--------+------
| -------
--- |
| PWM
Der OP ist hier eigendlich nur als Stromlieferant zum schnellen schalten des Mosfets. Allerdings sieht es so aus, als wenn die gezeigte Schaltung invertiert. Typischerweise ist der Ausgang des OP immer positiv wenn an + das höhere Potential anliegt und negativ (oder Null bei Single supply) wenn an - das größere Potential ist. + ist hier über die Dioden mit ca. 0,7V vorgespannt. Ist der - Eingang des OP größer der Diodenspannung ist der Ausgang des OPs=0, ist er kleiner dann +Ub.
Kann man aber auch diskret lösen über Push-Pull (Spannunsgfolger) mit NPN und PNP und einer Potentialanpassung über Transistor und Widerstand vor der Push-Pull.
Man kann anstatt der Freilaufdiode auch einen zweiten Mosfet nehmen (Synchron- Wandler). Allerdings ist bei dir der Mosfet an der falschen Stelle. Wenn der PWM Mosfet sperrt kann kein Strom mehr fließen, da der Synchronfet dahinter sitzt. Ev. muss man eine kleine Totzeit einplanen, damit der Synchronfet nicht die Betriebsspannung kurzschließt.
MfG
Manu
Allerdings ist bei dir der Mosfet an der falschen Stelle. Wenn der PWM Mosfet sperrt kann kein Strom mehr fließen, da der Synchronfet dahinter sitzt.
Ohh stimmt.... mein Fehler..... :D Ich bin mir jetzt nur nicht sicher, kann ich für beide einen N-Channel nehmen?
Ja, wenn man den Synchronfet über eine Bootstrap Schaltung versorgt. Der Synchronfet ist in diesem Fall eine Highside-Anwendung
Allerdings kann man dann auch die "normale" Variante des Stepdown bauen mit Fet im +Zweig. und dann den Pwm-Fet via Bootstrap ansteuern (oder ein Habbrückentreiber-IC). Dann verliert man sein festes GND nicht. Oder eben einen P-Kanal verwenden.
MfG
Manu
ähm....hä? kann ich nun den Synchronfet als N-Channel nehmen oder nicht. Also genau so wie ich das "gemalt" hab:
°°°°°°°
----------+------______----------+------
| |
| |
+ |
PWM inv | ---
--------| ---
+ |
| |
| |
-+ +---+----------------------+------
----- |
| ---
|
PWM
Besserwessi
09.08.2011, 20:56
Bei der kleinen Spannung von nur 2 V ist ein Syncrongleichrichter mit einem 2. FET schon eine gute Idee. Allerdings ist die Ansteuerung da nicht so einfach und man sollte dazu besser auf ein Spezielles Regler IC zurückgreifen. Damit spart man sich auf die Frage wie man die FETs ansteuert und die Induktivität auslegt. So gut wie die Regler ICs wird man im Eigenbau kaum werden - die Anforderungen sind nicht so viel anders als vor ein paar Jahren für die CPU bei bei den PCs. Da gibt es entsprechend genug Auswahl.
Der Synchron FET kann ein N Kanal sein, wenn Bootstraping genutzt wird. Was passt, hängt von Regler IC ab - es gibt da beide Typen von Reglern und man ist in der Regel dadurch festgelegt.
das problem ist, das ich min. 5 Amp brauche und ich das so klein und günstig wie möglich machen möchte/muss..... die spannung muss ja nicht mal umbedingt genau sein.
Also könnte ich jetzt nicht so einfach den N Channel MOSFET, den ich zum schalten benutze nehmen? (also da wo normal PWM anliegt)....
Nur noch mal kurz zur Erklärung. Bootstraping ist eine potentialverschiebung der Gateansteuerung, da der in deinem Plan eingezeichnete Synchronfet keinen Massebezug hat wenn der PWM-Fet sperrt. Die Gateansteuerung muss dann mit dem Source Potential "mitgehen" um eine entsprechend hohe Gatespannung zu erreichen.
MfG
Manu
Edit:
Also der Fet wo PWM dran steht kann ein N-Kanal sein ohne Bootstraping verwenden zu müssen, da er mit Source direkt an Masse hängt.
ahhha.........ähm...... hast du zufällig gerade ein beispiel zur hand?
aber wenn ich einen P-Channel MOSFET nehme, kann ich das genauso beschalten? dann brauch ich ja noch nicht mal einen Inverter davorsetzen, sondern kann das PWM Signal direkt darauf geben.
Z.B. als einfaches Beispiel:
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Gatetreiber_diskret_highside .PNG&filetimestamp=20100528172706
Die Bootstrapschaltung besteht im wesentlichen aus der Diode und dem Kondensator (D1, C1) am oberen Fet und der Ansteuerung über T1.
Ansonsten P-Kanal sollte so gehen, wobei zu bedenken ist, dass P-Kanal von den Werten (Rdson usw.) schlechter ist als N-Kanal.
Wie gesagt sollte man gegebenenfalls noch eine Totzeit beachten zwischen dem Umschalten der Fets, damit man keinen Kurzschluss im Umschaltzeitpunkt macht. Die Fets schalten ja nicht unendlich schnell um.
Wegen fertiger ICs für Synchronwandler ev. mal bei Texas oder National schauen. Im unteren Spannungsbereich gibt es da sehr strompotente Lösungen.
MfG
Manu
Der OP ist hier eigendlich nur als Stromlieferant zum schnellen schalten des Mosfets. Allerdings sieht es so aus, als wenn die gezeigte Schaltung invertiert.
Hast natürlich recht! Ich habe das kurz so hingeklatscht, wie ich das im Gedächtnis hatte. Ich nutze diese OP-Schaltung high-side und nicht wie gezeigt. Also müsste es non-Inv. aufgebaut werden. Die Schaltung funktioniert recht gut und zuverlässig. Der Schaltungsaufwand ist deutlich geringer, als wenn ich das diskret aufbaue. Zudem, ist je nach Amp., der Treiber auch kurzschlussfest. Ich habe zwischen Amp. und FET noch einen 1 Ohm-R um HF zu vermeiden. Getaktet wird mit 2.5kHz
Ich nutze diese Schaltung, um mit einem IRF4905, zwei H7/55W Leuchtmittel zu "dimmen". (TFL mit CH/LH, Softstart)
Weder Treiber noch der ungekühlte FET werden merklich warm.
MfG
ich denke, ich werde es jetzt erstmal mit einer Diode probieren, wie gesagt, das muss mit den µC's usw. auch noch auf eine 30x30 Platine passen ;) ansonsten sag ich schon mal vielen dank, ihr habt mir wirklich sehr weitergeholfen. Auf der Basis wollte ich auch ein Power-Panel bauen, das wirklich was taugt, die anderen die man im Modellbau findet, sind alle wirklich sch..... ;)
Werd mich dann noch mal merlden, wenn die Teile da sind und ich die Platine neu gelayoutet habe.
Gruß Hunni
Besserwessi
10.08.2011, 18:23
Zum lernen ist die Schaltung mit der Diode OK, aber die Diode hat unweigerlich einen merklichen Verlust von rund 0,3-0,7 V. Wenn es klein und effektiv sein soll, bleibt die Steuerung per PWM (ohne den ELKO und die Spule), oder eine Schaltregler IC mit Synchrongleichrichtung (2 MOSFETs) - beim Step-down sind das in der Regel wohl 2 N Kanal Typen. Die Sychrongleichrichtung selber aufzubauen ist zu kompliziert und wird wohl auch größer weil man extra Gate Treiber und die Bootstrap Schaltung bräuchte.
Gerade bei der niedrigen Spannung gibt es doch recht viele ICs aus dem Sektor der Rechnertechnik und Controllerversorgung die mit den entsprechenden Mosfets (teilweise auch intern) hohe Ströme liefern können. Des Weiteren arbeiten sie mit relativ hohen Schaltfrequenzen, so dass die Induktivität klein ausfallen kann.
MfG
Manu
Gerade bei der niedrigen Spannung gibt es doch recht viele ICs aus dem Sektor der Rechnertechnik und Controllerversorgung die mit den entsprechenden Mosfets (teilweise auch intern) hohe Ströme liefern können.
Fällt dir gerade zufällig eines ein? Möglichst bei Reichelt ;) Ich hab da schon mal geguckt, die Step Down Wandler die ich gefunden hab, sind viel zu teuer und zu groß´...sollte schon SMD sein..
Gruß Hunni
Besserwessi
10.08.2011, 23:06
Reichelt hat da nicht viel Auswahl. Eher zufällig haben die den LTC 3727. Ist trotz SMD nicht so kleine, aber sonst fast genau passend.
Es hilft auch nicht, wenn der Regler klein ist, man dann aber riesige Elkos oder Induktivitäten / Dioden braucht.
puhh........sorry wenn ich das mal so sage....aber das ist doch etwas am ziel vorbei.....klar bekomme ich da eine mega saubere spannung und so raus, aber irgendwie muss das ganze doch etwas im rahmen bleiben. Ich muss mir das nochmal alles durch den kopf gehen lassen. Aber vielen dank für eure Mühen und euer Engagement. Ich habe viel über Step-Down Wandler in dieser Diskussion gelernt. Aber ich muss auch feststellen, dass es fast ein wenig zu kompliziert ist, da ich ja eigentlich nur ne glühkerze mit 2 Volt glühen lassen möchte.
Ich werde es nochmal mit einer PWM-Taktfrequenz von 100 Herz probieren und dann mal gucken ob es was wird.
Gruß Hunni
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