Motor in PWM-Ansteuerung

[Johannes Bauer]

Hallo Gruppe,

ich möchte einige Motoren per PWM ansteuern. Allerdings habe ich ein
Problem: der Motor ist für 4V (400mA) spezifiziert, ich würde ihn gern
an einem 12V Akku betreiben.

Folgendes hab ich mir gedacht: da die umgesetzte Leistung direkt
proportional zum Quadrat der Spannungsquotienten ist, würde ich meinen
PWM nur mit maximal (U_soll/U_ist)^2 Dutycycle (also mit 1/9, ~11,1%)
fahren. Geht das?

Welche Schaltfrequenz ist empfehlenswert? Ich hätte jetzt aus dem Bauch
raus mal 1kHz geraten. Wie hoch kann ich gehen ohne dass das negative
Auswirkungen auf den Motor hat?

Vielen Dank schonmal,
Gruß,
Johannes

 

[Dirk Ruth]

Johannes Bauerschrieb:
"

Hallo Gruppe,

ich möchte einige Motoren per PWM ansteuern. Allerdings habe ich ein
Problem: der Motor ist für 4V (400mA) spezifiziert, ich würde ihn gern
an einem 12V Akku betreiben.

Folgendes hab ich mir gedacht: da die umgesetzte Leistung direkt
proportional zum Quadrat der Spannungsquotienten ist, würde ich meinen
PWM nur mit maximal (U_soll/U_ist)^2 Dutycycle (also mit 1/9, ~11,1%)
fahren. Geht das?

Also meine Rechnung sagt 1/3 Pulsbreite ist ok. Der begrenzende Faktor
bei Gleichstrom ist ja die Wärmeentwicklung (die dem System Grenzen
setzt)und die ist linear (Drahtwiderstand) und nicht quadratisch.

Welche Schaltfrequenz ist empfehlenswert? Ich hätte jetzt aus dem Bauch
raus mal 1kHz geraten. Wie hoch kann ich gehen ohne dass das negative
Auswirkungen auf den Motor hat?

Kommt auf die Anwendung an. Manchmal nimmt man gern tiefere
Frequenzen, um einen besseren Anlauf zu haben, oder weil der Motor zum
Soundgenerator wird. Mechanisch wurde er dafür ja nicht gebaut.
Bei höheren Frequenzen macht sich dann auch der Blindwiderstand immer
mehr bemerkbar, so dass mann die Impulse wieder breiter machen muss,
um überhaupt etwas Strom fließen zu lassen. Deshalb gewinnt bei
höheren Frequnzen auch die Stromsteuerung immer mehr an Bedeutung.
Man müßte aber etwas mehr über den Motor wissen, wie Induktivität
usw., dann könnte man vielleicht mehr sagen.

Dirk

 

[MaWin]

"Dirk Ruth" <d.ruth@itecnet.de> schrieb im Newsbeitrag
news:6v7fh15t2aotkdfm88nfqt7tludl3jon7b@4ax.com...

Dutycycle (also mit 1/9, ~11,1%) fahren. Geht das?

Also meine Rechnung sagt 1/3 Pulsbreite ist ok.

Johannes hat aber rechter.

1kHz

Geht. Je hoeher die Frequenz, je hoeher die Schaltverluste.
Bei 1 Khz und nicht gerade einem 2N3055 ist 1kHz aber sicher kein
Problem, und in den Sendefrequenzbereich kommst du nicht.
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

 

[Philip Herzog]

Johannes Bauer wrote:

PWM nur mit maximal (U_soll/U_ist)^2 Dutycycle (also mit 1/9, ~11,1%)
fahren. Geht das?

Klingt gut, für Dauerbetrieb. Im Kurzbetrieb (z.B. 3s Betrieb, 30s
Pause) kann man Motoren üblicherweise auch durchaus mit 200% Leistung
betreiben.)

Welche Schaltfrequenz ist empfehlenswert?

Üblich sind Frequenzen >20kHz, damit man's nicht hört. Hier dann besser
nochmal mit einem True-RMS
(http://wwwex.physik.uni-ulm.de/Lehre/waswenn/default.htm) Multimeter
oder mit Oszilloskop und Shunt nachmessen, was tatsächlich an Strom
durch den Motor fließt (Stichwort Induktivität)

Wenn das akkustische Problem keines ist halte ich alles ab 10Hz für
unkritisch.

- Philip
--
Der Pfuscher schafft, der Hebel wächst, es steigt die
Kraft, die Schraube ächzt - zu spät merkt seine
Grosshirnrinde: die Schraube trug ein Linksgewinde.
(Helmut Wicht)

 

[Johannes Bauer]

MaWin wrote:

Geht. Je hoeher die Frequenz, je hoeher die Schaltverluste.
Bei 1 Khz und nicht gerade einem 2N3055 ist 1kHz aber sicher kein
Problem, und in den Sendefrequenzbereich kommst du nicht.

Ich dachte an jeweils ein Paar BUZ11/IRF9540 pro Motorkontakt (also
insgesamt 4 FETs), damit ich ihn auch rückwärts fahren lassen kann.

Wenn ich mit der Frequenz doch höher gehe und nicht die PTB imitieren
will, muss ich dann den Motor so "snubbern", wie man's bei einer
Triac-Ansteuerung machen würde?

Viele Grüße,
Johannes

 

[Johannes Bauer]

Philip Herzog wrote:

Johannes Bauer wrote:

PWM nur mit maximal (U_soll/U_ist)^2 Dutycycle (also mit 1/9, ~11,1%)
fahren. Geht das?

Klingt gut, für Dauerbetrieb. Im Kurzbetrieb (z.B. 3s Betrieb, 30s
Pause) kann man Motoren üblicherweise auch durchaus mit 200% Leistung
betreiben.)

Danke, wird bestimmt nützlich werden, das kann ich gebrauchen - will
aber den Motor trotzdem nicht ruinieren.

Welche Schaltfrequenz ist empfehlenswert?

Üblich sind Frequenzen >20kHz, damit man's nicht hört. Hier dann besser
nochmal mit einem True-RMS
(http://wwwex.physik.uni-ulm.de/Lehre/waswenn/default.htm) Multimeter
oder mit Oszilloskop und Shunt nachmessen, was tatsächlich an Strom
durch den Motor fließt (Stichwort Induktivität)

Wenn ich das nachmesse, ist dann P = U * (\int I dt)? Wobei I dann
eigentlich U_Shunt wäre.

Wenn das akkustische Problem keines ist halte ich alles ab 10Hz für
unkritisch.

Cool, danke

Viele Grüße,
Johannes

 

[Philip Herzog]

Johannes Bauer wrote:

aber den Motor trotzdem nicht ruinieren.

Hier überstehen Schrittmotoren die kurzfristigen 200% im
500h-Klimakammertest bei 60°C. Auch langfristig bei Kunden gibt's keine
nennenswerten Ausfälle.

Wenn ich das nachmesse, ist dann P = U * (\int I dt)? Wobei I dann
eigentlich U_Shunt wäre.

Je nach Motor, Stromstärke und Randparametern kannst Du U auch nicht als
konstant annehmen - R_DS(on) des FETs, evtl. Shunts zur
Strommessung/-regelung, Übergangs- und Leitungswiderstände können da
durchaus signifikante Größen annehmen. Besser U_Motor auch messen.

- Philip
--
Der Pfuscher schafft, der Hebel wächst, es steigt die
Kraft, die Schraube ächzt - zu spät merkt seine
Grosshirnrinde: die Schraube trug ein Linksgewinde.
(Helmut Wicht)

 

[Thorsten Ostermann]

Hallo Philip!

Hier überstehen Schrittmotoren die kurzfristigen 200% im
500h-Klimakammertest bei 60°C. Auch langfristig bei Kunden gibt's keine
nennenswerten Ausfälle.

Wo ist hier, und was heißt bei dir kurzfristig? Ich muß da demnächst
auch eine Anwendung mit kurzfristig hohen Momenten bedienen. Da freue
ich mich natürlich über jedes Prozent, das ich einen kleineren und
billigeren Motor überlasten kann...

Gruß
Thorsten - neugierig.

 

[Philip Herzog]

Thorsten Ostermann wrote:

Wo ist hier

F&E einer internationalen Meßtechnikfirma.

und was heißt bei dir kurzfristig?

s.o., ca. 3s

Nochmal die Einschränkung, das bezieht sich auf Schrittmotoren. Da's
hier aber um ein thermisches Problem geht denke ich nicht daß
Gleichstrom-Motoren sich da anders verhalten.

- Philip
--
Der Pfuscher schafft, der Hebel wächst, es steigt die
Kraft, die Schraube ächzt - zu spät merkt seine
Grosshirnrinde: die Schraube trug ein Linksgewinde.
(Helmut Wicht)

 

[Thorsten Ostermann]

Hallo Philip!

und was heißt bei dir kurzfristig?

s.o., ca. 3s

Nochmal die Einschränkung, das bezieht sich auf Schrittmotoren.

Das ist schon klar...
http://www-users.rwth-aachen.de/thorsten.ostermann/i_schritt.htm

Gruß
Thorsten

 

[MaWin]

"Johannes Bauer" <dfnsonfsduifb@gmx.de> schrieb im Newsbeitrag
news:34llu2xv78.ln2@joehost.joedomain...

Ich dachte an jeweils ein Paar BUZ11/IRF9540 pro Motorkontakt (also
insgesamt 4 FETs), damit ich ihn auch rückwärts fahren lassen kann.

Warum P-Kanal ? Bei den Frequenzen baruchst du eh MOSFET Treiber,

damit du die Gates mit mehr als 1A umladen kannst.
Und 2 IR2011 (keine Ahnung wie der Chip heisst der davon 2 drin hat)
steuern dann 4 NMOSFETs an.

Wenn ich mit der Frequenz doch höher gehe und nicht die PTB imitieren
will, muss ich dann den Motor so "snubbern", wie man's bei einer
Triac-Ansteuerung machen würde?

Auf jeden Fall schnelle Dioden parallel zu den Transis,
deren Body-Dioden sind dann nicht schnell genug.
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

 

[Johannes Bauer]

MaWin wrote:

"Johannes Bauer" <dfnsonfsduifb@gmx.de> schrieb im Newsbeitrag
news:34llu2xv78.ln2@joehost.joedomain...

Ich dachte an jeweils ein Paar BUZ11/IRF9540 pro Motorkontakt (also
insgesamt 4 FETs), damit ich ihn auch rückwärts fahren lassen kann.

Warum P-Kanal ? Bei den Frequenzen baruchst du eh MOSFET Treiber,
damit du die Gates mit mehr als 1A umladen kannst.
Und 2 IR2011 (keine Ahnung wie der Chip heisst der davon 2 drin hat)
steuern dann 4 NMOSFETs an.

Naja, ich hab mir das so gedacht (bitte nicht steinigen wenn's
kompletter Mist ist):

+12V
|
|
| ---+ D BUZ11
G|
+- R_Gate ----| <--+ S
| |
uC1 | +----- Motor1
----+ |
| | ---+ D IRF9540
| G|
+- R_Gate ----| >--+ S
|
|
GND

Die Schaltung zweimal, eines geht an die eine Motorwicklung, die andere
an die andere.

Dann kann ich damit folgende Zustände erzeugen:

uC1 uC2 Motor1 Motor2
0 0 GND GND
0 1 GND +12V
1 0 +12V GND
1 1 +12V +12V

Indem ich dann einen von beiden Steuereingängen pulsbreitenmoduliere
kann ich die Geschwindigkeit regeln. Und der Motor kann sich vorwärts
und rückwärts drehen.

Ist die Überlegung falsch?

Ich verstehe leider nicht, was die MOSFET-Treiber machen. Hab mir das
Datenblatt des IR2011 durchgelesen: der nimmt als Input zwei
CMOS-kompatible Steuersignale, HIN und LIN (High in und Low in) und
schaltet dann zwei Signale raus: [V_B oder V_S] und [Vcc oder COM].

Könntest du vielleicht nocheinmal skizzieren, wie du die Schaltung mit 4
N-Kanal FETs aufbauen würdest? Ich versteh's im Moment nicht so recht.

Wenn ich mit der Frequenz doch höher gehe und nicht die PTB imitieren
will, muss ich dann den Motor so "snubbern", wie man's bei einer
Triac-Ansteuerung machen würde?

Auf jeden Fall schnelle Dioden parallel zu den Transis,
deren Body-Dioden sind dann nicht schnell genug.

Ist die 1N914 (4pF bei 1MHz) geeignet?

Vielen Dank schonmal,
Gruß,
Johannes

 

[MaWin]

"Johannes Bauer" <dfnsonfsduifb@gmx.de> schrieb im Newsbeitrag
news:r0fmu2xglp.ln2@joehost.joedomain...

Naja, ich hab mir das so gedacht (bitte nicht steinigen wenn's
kompletter Mist ist):

VERGISS es. Nicht mal mit 50Hz, selbst wenn der uC-Ausgang 20mA
liefert (was viele nicht schaffen).
Abgesehen von vertauschten N-Kanal und P-Kanal
reichen dem unteren MOSFET keine 5V zum Durchschalten
und der obere sieht 7V und 12V (nagative) Gatespannung,
ist also immer an.

Ist die Überlegung falsch?

Nein, die Bruecke funktioniert schon mit 4 Zustaenden
(vorwaerts, Bremsen, Rueckwaerts, Freilauf).

CMOS-kompatible Steuersignale, HIN und LIN (High in und Low in)

Ja, muss so sein, denn ENABLE und HI/LO-Select erlaubt nicht alle
Zustaende.

Könntest du vielleicht nocheinmal skizzieren,

Uff. Nur vereinfacht.

___ ___ | +12V |
|--| |-----NMOSFET NMOSFET---+
|--|___|--+ +--Motor--+ |
uC | ___ +--NMOSFET NMOSFET-+ |
|--| |--------(---------(---+ |
___|--|___|--------(---------(-----+
IR2011 | Masse |

Ist die 1N914 (4pF bei 1MHz) geeignet?

Dein Motor wird mehr als 100mA brauchen oder ? Selbst dann

sind golddotierte Dioden nicht so zuverlaessig. 1N4001 geht
aber auch nicht, ist eine 50Hz-Diode, zu langsam. Entweder
Schottky (SB130 o.ae.) oder Fast Recovery (MUR105 o.ae.).
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

 

[Johannes Bauer]

MaWin wrote:

VERGISS es. Nicht mal mit 50Hz, selbst wenn der uC-Ausgang 20mA
liefert (was viele nicht schaffen).
Abgesehen von vertauschten N-Kanal und P-Kanal
reichen dem unteren MOSFET keine 5V zum Durchschalten
und der obere sieht 7V und 12V (nagative) Gatespannung,
ist also immer an.

Okay, das mit dem N/P-Vertauschen war peinlich... im Schaltplan war's
schon richtig. Das mit den 7V stimmt natürlich, ich hab total
"verkehrtherum" gedacht! Das wär echt voll in die Hose gegangen.

Die Idee mit nur N-Fets ist natürlich besser, ich dachte wirklich, es
geht nicht anders.

Das ganze wirft aber auch einige Fragen auf - ich hab jetzt eine Menge
gelesen und ich hoff sie nerven dich nicht allzusehr.

Und zwar frage ich mir zuallererst, wieso der BUZ11 bei 5V nicht "an"
gehen würde. Hier im Datenblatt steht, dass er eine maximale "Gate
Threshold Voltage" von 4V hat - ich interpretiere das so, dass er ab 4V
"an" schaltet. Und im Datenblatt ist eine Kurvenschar: Scharvariable ist
V_GS, geplotet wird I_D (X-Achse) gegen R_DSon. Eine Kurve zeigt den
BUZ11 bei V_GS=5V, da müsste er bis ca. 5A Drain Current noch einen
R_DSon von 0.05 Ohm haben. Was übersehe ich da?

Zusätzilch habe ich noch eine Frage zu den benötigten Strom: du
schreibst den kann der uC nicht liefern, weil er >=20mA wäre. Aber warum
fließt auf der Leitung ans Gate überhaupt Strom? Sollte da nicht nur
eine Steuer_spannung_ anliegen und der Strom vernachlässigbar sein? Ich
rate mal, die "Gate to Source Leakage Current" (BUZ11: max. 100nA) gilt
nur für einen statischen Zustand. Braucht ein FET im Umschaltmoment wohl
deutlich mehr?

Das ist mir eben auch aufgefallen, als ich mir die Datenblätter zu
diversen "Gate Drivers" angesehen habe: das Anwendungsbeispiel vom
IR2011 fand ich ziemlich verwirrend, da hab ich ein bischen gesucht. Die
Skizze im FAN7380 fand ich viel übersichtlicher - die Funktion des IC
scheint absolut identisch zu sein (sogar das Pinout stimmt, wenn ich
mich nicht verschaut habe). Der FAN7380 liefert laut Datenblatt 90/180mA
Quell/Senkstrom. Ein Haufen (wenn alles ins Gate fließt) finde ich.

Beide Datenblätter haben eine sogenannten "Bootstrap" Schaltung mit
drinnen. Den Begriff kannte ich vorher nur von Audio-OpAmps. Ich hab's
aber ehrlichgesagt noch nie wirklich begriffen. Deshalb habe ich mir von
IRF die Designtips "Using monolithic high voltage gate drivers"
ausgedruckt und durchgelesen. Jetzt verstehe ich so halbwegs (!), wie
ich den Bootstrapkondensator CBS und den Bootstrapwiderstand RBS
dimensionieren muss. Aber was die Schaltung eigentlich _macht_, entzieht
sich völlig meiner Kenntnis.

Uff. Nur vereinfacht.

___ ___ | +12V |
|--| |-----NMOSFET NMOSFET---+
|--|___|--+ +--Motor--+ |
uC | ___ +--NMOSFET NMOSFET-+ |
|--| |--------(---------(---+ |
___|--|___|--------(---------(-----+
IR2011 | Masse |

Okay, ich hab's mal versucht:

http://xs44.xs.to/pics/05356/gatedriver2.png

Was mir dabei noch aufgefallen ist: wieso muss man eigentlich
Gatevorwiderstände verwenden? Das Gate hat doch schon einen enorm hohen
Eigenwiderstand. Ist der auch nur für's Umschaltmoment?

Ist die 1N914 (4pF bei 1MHz) geeignet?

Dein Motor wird mehr als 100mA brauchen oder ? Selbst dann
sind golddotierte Dioden nicht so zuverlaessig. 1N4001 geht
aber auch nicht, ist eine 50Hz-Diode, zu langsam. Entweder
Schottky (SB130 o.ae.) oder Fast Recovery (MUR105 o.ae.).

Okay vielen Dank für die Tipps, ich hab sie in o.g. Schaltung auch
gleich verbaut.

Mannomann, dass da so viel mit dahinter steckt, hätte ich echt nicht
gedacht. MOSFETs sind wirklich viel komplizierter als
Bipolartransistoren. Ich hatte echt vorher noch nie von so Gate Driver
ICs gehört - und beim "Lernen" die letzten Paar Stunden u.a.
festgestellt, dass ich einen in der Bastelkiste hab: Datenblatt
heruntergeladen, aber nicht verstanden, wofür er gut ist. Schrott
Sammeln lohnt sich also doch ;-)

Viele Grüße,
Johannes

 

[Johannes Bauer]

Johannes Bauer wrote:

Okay, ich hab's mal versucht:

http://xs44.xs.to/pics/05356/gatedriver2.png

Mist, hab aus Schusseligkeit eine Verbindung vergessen. Hier ist's korrekt:

http://xs44.xs.to/pics/05356/gatedriver3.png

Gruß,
Johannes

 

[Dieter Wiedmann]

Johannes Bauer schrieb:

Und zwar frage ich mir zuallererst, wieso der BUZ11 bei 5V nicht "an"
gehen würde. Hier im Datenblatt steht, dass er eine maximale "Gate
Threshold Voltage" von 4V hat - ich interpretiere das so, dass er ab 4V
"an" schaltet.

Richtig lesen, Vgs(th) ist die Spannung, bei der 1mA Drainstrom fließen
kann.

Und im Datenblatt ist eine Kurvenschar: Scharvariable ist
V_GS, geplotet wird I_D (X-Achse) gegen R_DSon. Eine Kurve zeigt den
BUZ11 bei V_GS=5V, da müsste er bis ca. 5A Drain Current noch einen
R_DSon von 0.05 Ohm haben. Was übersehe ich da?

Naja, 50mR sind das sicher nicht, aber viel wichtiger ist die Tatsache,
dass du mit nur 5V das Gate einfach zu langsam lädst, dadurch entstehen
unnötig hohe Verluste.

Zusätzilch habe ich noch eine Frage zu den benötigten Strom: du
schreibst den kann der uC nicht liefern, weil er >=20mA wäre. Aber warum
fließt auf der Leitung ans Gate überhaupt Strom? Sollte da nicht nur
eine Steuer_spannung_ anliegen und der Strom vernachlässigbar sein? Ich
rate mal, die "Gate to Source Leakage Current" (BUZ11: max. 100nA) gilt
nur für einen statischen Zustand. Braucht ein FET im Umschaltmoment wohl
deutlich mehr?

Man Ciss, die Gate-Source-Strecke ist ein Kondensator.

Das ist mir eben auch aufgefallen, als ich mir die Datenblätter zu
diversen "Gate Drivers" angesehen habe: das Anwendungsbeispiel vom
IR2011 fand ich ziemlich verwirrend, da hab ich ein bischen gesucht. Die
Skizze im FAN7380 fand ich viel übersichtlicher - die Funktion des IC
scheint absolut identisch zu sein (sogar das Pinout stimmt, wenn ich
mich nicht verschaut habe). Der FAN7380 liefert laut Datenblatt 90/180mA
Quell/Senkstrom. Ein Haufen (wenn alles ins Gate fließt) finde ich.

Fließt aber nur für *sehr* kurze Zeit.

Schrott Sammeln lohnt sich also doch ;-)

So wie die BUZ11? Es gibt längst bessere und preiswertere MOSFETs als
diesen Vertreter der ersten Generation.


Gruß Dieter

 

[Johannes Bauer]

Dieter Wiedmann wrote:

Johannes Bauer schrieb:

Und zwar frage ich mir zuallererst, wieso der BUZ11 bei 5V nicht "an"
gehen würde. Hier im Datenblatt steht, dass er eine maximale "Gate
Threshold Voltage" von 4V hat - ich interpretiere das so, dass er ab 4V
"an" schaltet.

Richtig lesen, Vgs(th) ist die Spannung, bei der 1mA Drainstrom fließen
kann.

Ja, du hast natürlich Recht. Mensch, das hatte ich völlig übersehen.

Ich habe noch ein bischen weiter gelesen ("MOSFET Switched Mode
Amplifiers", http://www.nrao.edu/~pharden/hobby/_ClassDEF2.pdf) und mich
über die Kapazitäten in einem MOSFET und über U_GSsat schlau gemacht.

Und ich hab auch ein bischen mit den Formeln gespielt. Der BUZ11
beispielsweise hat eine typische Rise Time von 70ns und eine
Gatekapazität von maximal 2nF. Wenn ich davon ausgehe, dass das Gate
nach 5 tau aufgeladen ist:

5 tau = 70ns => tau = 14ns = RC
R = tau/C = 14ns/2nF = 7 Ohm

Stimmt das so, muss ich so meinen Gatevorwiderstand dimensioneren, damit
ich möglichst schnell die "Ladephase" des Gatekondensators zuende bringe?

Weiter gerechnet habe ich, weil ich überall (von MaWin, dir und noch von
dem PDF im Internet) gelesen habe, dass eben diese Umladungsphasen den
Wirkungsgrad sehr negativ beeinflussen:

Energie im Kondensator (Wenn man den Gatekondensator auf beispielsweise
5V auflädt):

W = 1/2*C*U^2 = 0.5 * 2nF * 5V * 5V = 25 nJ
Bei f=10kHz wären das also P = W*f = 25 nJ * 10kHz = 0.25mW
f=1MHz: P = W*f = 25nJ * 1 MHz = 25 mW

Das ist ja aber wohl offensichtlich falsch, weil erstens die
Verlustleistung im Quadrat mit der Spannung zunehmen würde (sie nimmt ja
_ab_, wenn die Spannung am Gate zunimmt!) und andererseits, weil die
Dimensionen viel zu klein (vernachlässigbar) sind. Wo ist der Fehler?
Was verursacht den schlechten Wirkungsgrad in der Ladephase? Auch in dem
Internet-PDF heißt es

---Schnipp---
The above equation indicates that the higher the gate current, provided
by the driver stage, the faster Ciss will charge, and the higher the
efficiency of the PA. For class D/E/F, the point of the square wave
drive is to get through the linear region as soon as possible. This
means Ciss should be charged as quickly as possible.
---Schnapp---

Also genau das, was ihr schon gesagt habt: aber wieso entsteht eine so
hohe Verlustleistung?

Schrott Sammeln lohnt sich also doch ;-)

So wie die BUZ11?

Hehe, provokant ;-)

Es gibt längst bessere und preiswertere MOSFETs als
diesen Vertreter der ersten Generation.

Kannst du mir vielleicht einen Tipp geben, welchen?

Viele Grüße,
Johannes (der jetzt gleich ganz sicher von MOSFETs träumen wird)

 

[Michael Schöberl]

Weiter gerechnet habe ich, weil ich überall (von MaWin, dir und noch von
dem PDF im Internet) gelesen habe, dass eben diese Umladungsphasen den
Wirkungsgrad sehr negativ beeinflussen:

richtig ...

Energie im Kondensator (Wenn man den Gatekondensator auf beispielsweise
5V auflädt):

W = 1/2*C*U^2 = 0.5 * 2nF * 5V * 5V = 25 nJ
Bei f=10kHz wären das also P = W*f = 25 nJ * 10kHz = 0.25mW
f=1MHz: P = W*f = 25nJ * 1 MHz = 25 mW

Das ist ja aber wohl offensichtlich falsch [...]

keineswegs! das ist richtig (aber nicht das Problem)

während du nun in 70ns die Gatekapazität auflädst ändert sich dein Rds
von viel Ohm bis zu deinen 50 mOhm ... dazwischen wird die
Verlustleistung jeodch viel größer d.h. dein Mosfet wird sich x ns in
der Leistungsanpassung befinden und heizen (keine Ahnung wie lang)
diese Energie pro Umschaltvorgang ist relevant


Ziel ist es daher, die Übergangsphase ('linear region') zu verkürzen -
das geht durch einen hohen Strom ins Gate



bye,
Michael

 

[Johannes Bauer]

Michael Schöberl wrote:

während du nun in 70ns die Gatekapazität auflädst ändert sich dein Rds
von viel Ohm bis zu deinen 50 mOhm ... dazwischen wird die
Verlustleistung jeodch viel größer d.h. dein Mosfet wird sich x ns in
der Leistungsanpassung befinden und heizen (keine Ahnung wie lang)
diese Energie pro Umschaltvorgang ist relevant

Ah, jetzt verstehe ich das. Vielen Dank für die Erklärung!

Gruß,
Johannes

 

[MaWin]

"Johannes Bauer" <dfnsonfsduifb@gmx.de> schrieb im Newsbeitrag
news:me1nu2x2da.ln2@joehost.joedomain...

Eine Kurve zeigt den
BUZ11 bei V_GS=5V, da müsste er bis ca. 5A Drain Current noch einen
R_DSon von 0.05 Ohm haben. Was übersehe ich da?

Typische Werte vs. garantierte Werte bei jeder Temperatur.

Aber warum fließt auf der Leitung ans Gate überhaupt Strom?

Kondensatorumlagung der Gatekapazitaet.

Der FAN7380 liefert laut Datenblatt 90/180mA Quell/Senkstrom.

Ist also im Vergleich zu den 30A des IXDD430 von Ixys eher schwachbruestig.

Aber was die Schaltung eigentlich _macht_, entzieht sich völlig meiner
Kenntnis.

Wie die Villard-Schaltung beim Trafo (Wechselstrom)
erzuegt sie eine noch hoehere Spannung als du schon hat,
eine Spannung die ~10V ueber +Ub liegt, damit dein oberer NMOSFET
durchgesteuert werden kann, und das alles 'von selbst'
durch Ausnutzung der 'Wechselspannung' des Ansteuersignals des MOSFETs.
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.