P-FET schaltet langsam

[feilibo]

Hallo,

ich habe eine Testschaltung in der ich einen P-FET (BSS192) mit 500kHz ansteuere.

Die Schaltung ist im Anhang angefügt. Im Prinzip die einfachste Schaltung mit einem P-FET und einem Widerstand in Serie.

Im Datenblatt steht, dass die Einschaltzeit ca. 5-10ns und die Ausschaltzeit ca. 10-20ns beträgt.

Mit einem 5k Ohm Widerstand in Serie gebe beträgt die Ausschaltzeit ca. 650ns. (Bild ist im Anhang angefügt)
Mit einem 50 Ohm Widerstand beträgt die Ausschaltzeit ca. 10ns.

Gemessen wird natürlich zwischen dem Transistor und dem Widerstand.

Die Einschaltzeit verändert sich nicht wirklich.

Kann mir jemand sagen woran das liegt? Und was kann man machen, damit der FET schneller schaltet?
Wenn man einen anderen FET nimmt, worauf muss man dabei achten, um diesen Effekt zu vermeiden?

LG,

P

[Peter(TOO)]

Hallo P

Die Schaltung ist im Anhang angefügt. Im Prinzip die einfachste Schaltung mit einem P-FET und einem Widerstand in Serie.

Im Datenblatt steht, dass die Einschaltzeit ca. 5-10ns und die Ausschaltzeit ca. 10-20ns beträgt.

Mit einem 5k Ohm Widerstand in Serie gebe beträgt die Ausschaltzeit ca. 650ns. (Bild ist im Anhang angefügt)
Mit einem 50 Ohm Widerstand beträgt die Ausschaltzeit ca. 10ns.

Zwischen D und S befindet sich eine Kapazität!
Bei Ausschalten hast du also ein RC-Glied welches geladen werden muss.

http://www.nxp.com/documents/data_sheet/BSS192.pdf
Fig 5. auf Seite 4

MfG Peter(TOO)

[PICture]

Hallo!


Kann mir jemand sagen woran das liegt?

Das liegt an paralellen zu R25 unsichtbaren Montagekapazitäten.



Und was kann man machen, damit der FET schneller schaltet?

Das was du schon ausprobiert hast: R25 verkleinern.



Wenn man einen anderen FET nimmt, worauf muss man dabei achten, um diesen Effekt zu vermeiden?

Eigentlich ist es unvermeindbar und könnte nur durch möglichst kurze Verbindungen minimiert werden. ;)

[ihle]

Hallo feilibo,

du kannst das Schaltverhalten verbessern indem du R25 am Drainanschluss anbringst und zusätzlich ist
im Datenblatt Fig.2 ein 50 Ohm Widerstand parallel zur Signalquelle geschaltet.
Es ist wie Peter(TOO) schreibt du lädst ein ein RC Glied.

mfg ihle

27273

[PICture]

Dämpfen der Signalquelle ist hier unnötig bzw. schädlich für den Gatetreiber (V3), siehe bitte die angehängte Oszillogramme. ;)

[feilibo]

Hallo,

Danke für eure Antworten. Mit einem kleineren Widerstand ist nicht wirklich optimal, da ich damit einen relativ hohen Strom bekomme und die Schaltzeit doch noch relativ lange dauert.

Im Prinzip gehts mir darum, dass ich einen DC/DC-Konverter- Controller mit einem P-FET Ausgang habe, der 40V und 5A schalten können soll.
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Die Angaben für den Converter sind: Eingangsspannung zwischen 12 und 40V, und am Ausgang eine LED (-> Current control) mit 5A (bei einer Flussspannung von ca. 9V). Zusätzlich soll man die LEDs parallel kurzschließen können um sie schnell abzuschalten (das ist die Vorgabe).
Dafür hab ich einen controller IC gefunden, der auch beim einschalten den Strom in den LEDs rasch wieder auf Nennstrom bringt (gutes Regelverhalten für meine Anwendung).
Der IC ist der LM3409 von TI. Es wäre natürlich auch möglich den IC zu wechseln, aber ich hab leider keinen IC mit einem guten Regelverhalten für die Anwendung mit einem N-FET gefunden.
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Nur habe ich bis jetzt einige P-FETs probiert - alle mit einem sehr schlechten Wirkungsgrad bzw. mit Verlustleistung von ca. 5-8W in der Simulation.
Also habe ich mir gedacht, ich ersetze den P-FET durch einen N-FET (entweder mit einem H-Brücken Treiber, oder in Serie gegen GND), weil die in der Regel weniger Verluste beim Schalten haben. Ich hab dabei an den IPD35N10S3L-26 gedacht - falls das interessiert.

Das Problem dabei ist, dass der IC einen P-FET Ausgang hat. Also habe ich mir gedacht, ich mach mir mit einem P-FET - NPN - P-FET, einen Pegelwandler und invertiere das Signal, so dass ich damit zum Eingang von einem H-Brückentreiber oder einem N-FET Treiber gehen kann.
Ich hab auch eine 11,3V Spannungsversorgung intern.
Wie ich eben feststellen musste, geht sich mit der P-FET - NPN - P-FET kombination bei einer Schaltfrequenz von 500kHz leider kein sauberes Signal mehr aus - auch bei 100kHz nicht.

Hat jemand eine Idee, wie ich aus dem P-FET Signal ein N-FET signal machen könnte?

Anbei habe ich die Bilder von meiner Simulation vom Pegelwandler alleine, und von meinem Konverter eingefügt.
Wie gesagt, ich hab mir überlegt die H-Brücke auch einfach durch einen N-FET in Serie gegen GND zu geben. Macht vll mehr Sinn...

LG,

Feilibo

[Peter(TOO)]

Hallo Feilibo,

Nur habe ich bis jetzt einige P-FETs probiert - alle mit einem sehr schlechten Wirkungsgrad bzw. mit Verlustleistung von ca. 5-8W in der Simulation.

Deine Simulation ist für die Katz!

Wie du gesehen hast, spielt die Last eine grosse Rolle auf das Schaltverhalten. Also musst du auch die tatsächliche Last am Ausgang in die Simulation einbeziehen!

Hinzu kommt noch, dass sich die reale Schaltung nochmals etwas anders verhält als deine Simulation.

Manchmal frage ich mich, wieso meine Generation Geräte ohne Simulation entwickeln konnte?
Auch wenn die Simulation gute Werte liefert, kann man alleine durch ein schlechtes Layout dann eine nicht funktionierende Schaltung haben.

MfG Peter(TOO)

[feilibo]

Hallo Peter(TOO)

danke für deine Antwort.

Als Last hab ich 7 Dioden mit einer Flussspannung von ca. 9V anstatt einer LED mit 9V. Die Dioden können deutlich mehr als 5A.
Der Widerstand R6 ist keine Last sondern bestimmt zusammen mit C4 die Schaltfrequenz.
Das sollte also kein Problem sein. Und es war auch kein Problem in der Simulation. Ich hatte 5A und 9V am Ausgang. Das Problem war die hohe Verlustleistung am P-FET, für die ich eine Lösung suche.
Hast du diesbezüglich einen Tipp?

LG,

Philipp

[Peter(TOO)]

Hallo Philipp,

Kannst du als erstes mal ein lesbares Schema einstellen?
Mit 800x443 Pixel ist da nicht wirklich lesbar.

MfG Peter(TOO)

[feilibo]

Hallo Peter,

Danke Sehr.

Anbei nochmal die Schaltung. Ich hoffe es ist jetzt besser lesbar. Ansonsten versuch ichs am Nachmittag nochmal mit einer besseren Auflösung.

LG,

Philipp

[Peter(TOO)]

Hallo Philipp,

Du musst die Datei als Angang hier reinhängen.
So können wir nur das Briefmarkenformat ansehen :-(

MfG Peter(TOO)

[feilibo]

Also, jetzt anbei die Schaltung in guter Auflösung.
Und danke für eure Antworten soweit.

LG,

Philipp

[PICture]

Hat jemand eine Idee, wie ich aus dem P-FET Signal ein N-FET signal machen könnte?

:confused: Ich weiß nur, dass in beiden Richtungen (VCC und GND) am schnellsten komplementare Ausgangsstufen (Hälften von H-Brücken) schalten können.

[Peter(TOO)]

Hallo Philipp,

Also, jetzt anbei die Schaltung in guter Auflösung.
Sehr schön ;)
Und welcher läuft nun im Winterbetrieb :confused:

MfG Peter(TOO)

[feilibo]

von der derzeitigen Schaltung weiß ich es nicht.

Vorher war statt dem oberen N-MOSFET (X1) ein P-MOSFET - der als Kaffee wärmer ideal war - und statt dem unteren eine Diode.

Den P-FET hab ich durch den N-MOS ersetzt und hoffe dass der bessere Eigenschaften hat.
Nur das Problem dabei ist jetzt, dass ich mit dem Signal für den P-FET keinen N-FET schalten kann. Also wollte ich das Signal invertieren und für einen 12V Pegel aufbereiten.
Wobei sich das Problem ergibt, dass ich mit den Transistoren kein sauberes 500kHz Signal hinbekomme.
Die Frage ist, wie ich ein sauberes Signal erzeugen kann... oder am P-FET weniger Verluste erzeugen kann - allerdings wüsste ich dabei nicht wirklich wie ich das ohn ZVS oder ZCS anstellen könnte..
Gibts dazu Ideen?

LG,
Philipp

[Peter(TOO)]

Hallo Philipp,

Naja, wie wär's mal mit der Originalschaltung?

Allerdings spielen bei FETs die Kapazitäten immer eine grosse Rolle, also ohne genaue Typenangaben, muss man sich mit deinem Problem gar nicht erst auseinandersetzen.

Ein Fall aus der Praxis:
Wir hatten ein Schaltnetzteil, Sperrwandler, hat auch gut funktioniert.
Dann hat der Hersteller die Herstellung des verwendeten FETs eingestellt. Auch mit dem, vom Hersteller , empfohlenen Ersatztyp hat es nicht mehr funktioniert. Praktisch musste das ganze Netzteil neu dimensioniert werden.

MfG Peter(TOO)

[feilibo]

Hallo,

anbei jetzt die originale Schaltung. Die ist doch ein wenig einfacher, nur hab ich beim P-FET (U7) eben leider eine Verlustleistung von bis zu 8W bei 5A und 40V Eingangsspannung.

Stimmt, die Kapazität des FETs sind eigentlich die Haupt-Ursache für die Verluste.
Beim Simulieren habe ich bemerkt, dass in erster Linie die Gateladung (Total Gate Charge - also die Kapazitäten) die Schaltzeiten und somit die Schaltverluste bestimmt.
Allerdings habe ich bis jetzt keinen besseren als den momentan verwendete P-MOSFET - FQP27P06 - gefunden, der für 60V und mehr als 5A ausgelegt ist. Der hat eine Total Gate Charge von 33 - 43nC und einen relativ niedrigen Rds On von ca. 70m Ohm.

Da ich mit P-FETs aber anscheinen nichts mehr rausholen kann, dachte ich mir, ich versuchs mal mit einem N-FET, weil die angeblich bessere Eigenschaften haben.
Nur muss ich dazu eben aus dem Signal für den P-FET ein Signal für einen N-FET machen. Wobei ich mit der vorher angefügten Schaltung eben Probleme hatte weil die Umwandlung das originale Signal sehr stark verzögert bzw. unschöne Flanken macht.

Für Anregungen oder mögliche Lösungen zu dem P-FET - Problem oder der Umwandlung von einem N-FET-Signal in ein P-FET-Signal bin ich sehr dankbar.

LG,

Philipp

[PICture]

Für Anregungen oder mögliche Lösungen zu dem P-FET - Problem ...

Ausreichende Kühlung eventuell mit Lüfter.

[feilibo]

Ausreichende Kühlung eventuell mit Lüfter.

Ist theoretisch möglich, aber nicht optimal. Es muss auch eine andere Lösung geben. Sonst gäbe es ja kaum DC/DC Wandler in der Leistungsklasse ohne riesen Kühler.
Außerdem ist der Wirkungsgrad dabei ziemlich mies. Allein am FET würden rund 20% der Leistung abfallen.

[PICture]

Auf die Schnele fällt mir nur noch niedrigere Schaltfrequenz und grössere Speicherspule ein. ;)