Buck Synchron..

Jul 30, 2013 151 Replies

Wir haben hier gerade einen 500W-Buck-Wandler mit über 96% Wirkungsgrad aufgebaut. Beim Einschalten des Highside-FETs gabs ne kurze Überspannung von 10V aufgrund Reverse-Recovery der Body-Diode des Low-Side-FETs. Gate-Widerstand von 10 auf 22Ohm erhöht -> Überspannung weg, FET kühler, Wirkungsgrad noch besser. Schaltzeit liegt bei ca. 20ns.

Es gibt viele Gründe und Fälle, bei denen ein Gatewiderstand Vorteile bringt, insbesondere bei HV-FETs. Die modernen Typen sind da sonst so übel schnell (>100V pro ns), dass man sonst die Spec der Bootstrap-Treiber verletzt und sich viele andere Dreckeffekte einhandelt.

Weiterhin sind Gate-Vorwiderstände bei Hochtemperatur-Designs häufig eine der wenigen Möglichkeiten, Verlustleistung aus den Treibern rauszuverlagern. Bei dicken FETs muss man teilweise Treiberleistungen im Wattbereich abführen. Das kann bei 100°C kaum ein integrierter Treiber.

Weiterer Grund: Reproduzierbarkeit. Der Treiberinnenwiderstand geht über Chargenstreuung und Temperatur gerne mal Faktor 3-4. Ich möchte aber, dass alle produzierten Geräte bei allen Temperaturen ein vergleichbares Verhalten haben.

usw. usw.

Michael

20nsec geht so, obwohl ich bei der Leistungsklasse eher 10nsec anstrebe. Um das Problem mit der unteren Body-Diode zu umschiffen, lege ich meist eine Schottky parallel. Mit Dead-Time Control haette das aber auch ohne Schottky und ohne Gate-Widerstand kein Thema sein sollen.

Bei >100V ist mir ein Gate Uebertrager lieber, Bootstrap wird dann haarig.

Hmm, ok, so weit bin ich noch nicht raufgewesen im Leistungsbereich. Nur bis rund 3kW. Und einmal knappes Megawatt, aber das waren diskrete Treiber und die Schaltung stand schon mehr oder weniger.

Ok, wenn aber das Datenblatt "max 1.2 Ohm" garantiert, stimmt das normalwerweise. Wenn es dann zu 0.5 Ohm einen Unterschied gibt ist der Treiber zu schwach dimensioniert :-)

Gruesse, Joerg http://www.analogconsultants.com/

Die Body-Diode leitet immer ne Weile. Legst Du die Dead-Time zu knapp aus, hast Du bei bestimmten Temperaturen und Toleranzen ganz schnell nen Brückenschluss, was noch schlimmer ist. Man muss die Dead-Time so auslegen, dass es auch bei Worst-Case-Toleranzen keine Überlappung gibt. Gerade ohne Gate-Widerstand sind diese Toleranzen aber sehr groß.

Es spielt erstaunlicherweise übrigens kaum ne Rolle, wie lange und wie hoch die Body-Diode bestromt war.

Bei hohen Strömen bringt die Schottky nichts mehr, weil auch deren Flussspannung über 0,7V steigt und dadurch die Body-Diode leitend wird.

Bei hohen Spannungen geht Schottky schon gar nicht. Silizium-Karbid hat mehr Flussspannung als die Body-Diode. Außerdem baut man sich mit einer Schottky ordentlich Kapazität dazu, was, erhebliche Auswirkungen haben kann.

Teuer und vor allem groß. Je nach Topologie gehen keine hohen Tastverhältnisse oder man braucht doppelte Treiberleistung. Bootstrap geht locker bis mehrer 100V, wenn man es richtig macht. Man muss halt ein paar Sachen beachten.

Die 100V/ns machen auch ohne Bootstrap erhebliche Probleme. Das koppelt überall rein und ist so schnell, dass man da nur sehr schlecht filtern kann. Es koppelt z.B. kapazitiv durch einen Gate-Trafo durch und schon hat man die Scheiße auf der Masse.

Bei hohen Umgebungstemperatur sind oft schon 300mW Treiberleistung thermisch schwierig zu handhaben. Die hat man auch bei kleinen Wandlern ganz schnell. Ich entwickle oft KFZ-Elektronik mit Umgebungstemperatur von 105°C. Für den Treiber bedeutet das, dass er auf einer Leiterplatte sitzt, die vielleicht 125°C heiß ist. EMV-dichte, Blechgehäuse und viellagige Layouts möchte dort übrigens keiner bezahlen und man hat durchgängig niedrige EMV-Grenzwerte, weil auch heute noch Mittelwellenempfang im Auto möglich sein soll.

Michael

Hi Michael,

Scheint mir so. Als Miller-Effekt ist mir bekannt, dass bedingt durch das durchschalten eines Transistors in Emitterschaltung die Kollektorspannung üblicherweise schnell sinkt. Dadurch wird über die Kolektor-Gate-Kapazität Ladung abgezogen und zunächst ein weiteres Aufladen des Gates verhindert, obwohl weiter Strom ins Gate fließt. Im Verlauf der Gatespannung über die Zeit bildet sich dann das sog. Millerplatteau auf der Gate-Emitter-Schwellspannung aus. Ist die Kollektorspannung dann unten, ist auch das Millerplatteau zu Ende und die Gatespannung kann weiter steigen. Beim MOSFET ersetze Emitter durch Source und Kollektor durch Drain. Alle anderen von Dir beschriebenen Effekte sind selbstverständlich bekannt und sind auf den ganz normalen Einfluß parasitärer Kapazitäten zurückzuführen, haben aber IMHO mit dem Millereffekt gar nichts zu tun.

Das geht mir noch gar nicht in den Kopf, was Du mir damit sagen willst. Ob 0V oder -8 V ist ein IGBT aus, da tut sich noch nicht mal was im Leckstrom. Beim MOSFET ist das ein bisschen anders, da tut sich was beim Leckstrom.

Marte

Am 04.08.2013 09:40, schrieb Marte Schwarz:

Die Kollektor-Gate-Kapazität bezeichne ich auch als Miller-Kapazität. Als ein Definitionsproblem. Diese Kapazität ist auch da, wenn der FET/IGBT komplett aus ist.

^-Gate-Strom

Michael

Hallo Michael,

Ja, wenn Du das anders definierst als der Rest der Welt, schon. Definitionen sind aber eigentlich dazu da, dass man mit den gleichen Begriffen auch vom gleichen redet. Ich fände es da schon schön, wenn Du Deine Sprachweise an die allgemein übliche anpasst.

Es bestreitet ja niemand, dass es eine parasitäre Kapazität zwschen Kollektor/Drain und Basis/Gate gibt. Das ist aber nicht das Selbe wie die Millerkapazität! Die ist allenfalls ein Teil jener Kapazität, die eben parasitär zwischen Kollektor/Drain und Basis/Gate liegen.

Bitte lass mich nicht dumm sterben.

Marte

Am 04.08.2013 14:10, schrieb Marte Schwarz:

Ich benutze diese Sprachweise nun schon seit Jahren, niemandem ist daran was aufgefallen. Tatsächlich definiert Wikipedia den Begriff Miller-Kapazität aber anders als ich es bisher getan habe.

OK, wieder was gelernt. Ersetze also in allen meinen Posts "Miller-Kapazität" durch "Drain-Gate/Kollektor-Gate-Kapazität"

s.o.

Ich hatte den Satz oben korrigiert ->"Gate-Strom". Bei gleichem Gate-Widerstand lässt sich mit einer negativen Versorgung im Threshold-Bereich mehr Gate-Strom treiben.

Du hast mit "Strom" wohl "Kollektor-Strom" verstanden.

Michael

[...]

So ganz verstehe ich jetzt nicht, was Gate Widerstaende mit der Toleranz der trr der Body-Diode zu tun haben. Ich sehe entweder genug Dead-Time vor oder setze eine Schottky ausreichender Groesse parallel, sodass die Body-Diode nur ganz wenig kommt.

Es kommt am Ende auf die Verteilung an, der Loewenanteil geht durch die Schottky-Diode. Vorausgesetzt, man hat mit deren Groesse nicht geknausert. Da nimmt man ja nicht gerade eine BAT46 :-)

Klar, ab 100V wird es ungemuetlich. Aber da ist mir eine hart "digital" eingestellte Dead-Time lieber als die Flanken per Gate-Widerstaende abzuflachen. Man koennte auch den rr-Strom der Body-Diode ueber den Strom-Shunt erfassen und die Dead-Time "mitfahren", aber soweit bin ich noch nie gegangen. Das Problem ist ja, dass man auf die Angebote in den Regalen angewiesen ist was Schaltregler-IC angeht. Die haben sowas nicht. Gescheite programmierbare gibt es immer noch keine, bisher alles zu langsam und zu teuer.

Inzwischen geht es auch ohne SiC ueber 100V hinaus, PDS4150, MBRS420 und so.

Teuer? Frage mal hier an wenn Du sowas brauchst:

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Schirmfolie :-)

Die Masse sollte schon ueber alle Zweifel erhaben sein, bei mir grundsaetzlich volle Plane. Wenn noetig in 4oz Kupfer.

Ist bei mir aehnlich, Flugzeugelektronik ist am Ende kaum anders als KFZ (mache selbst aber nur welche fuer Nutzfahrzeuge). Ausser dass es dort (meist) keine Ignacio Lopez gibt und wir nicht mit Zweilagen rumknausern muessen. Es wird aber allgemein erwartet, dass der Kram 30 Jahre haelt, solange wie die Cert auf den Rahmen der Maschine. Ergo keine Elkos und dergleichen.

Das kommt drauf an, in welcher Qualitaetsklasse sich das abspielt. Gute KFZ-Elektronik sieht so aus und kostet auch nicht unbedingt mehr als "normale" Versionen im Ersatzteilbedarf:

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Gruesse, Joerg http://www.analogconsultants.com/

Es kommt drauf an, wie schnell man die "Miller-Kapazitaet" plus die normale Gate-Kapazitaet rumreisst. Dazu nehme ich auch schonmal negative Spannungen, damit es rabiater abschaltet. Denn man hat ja auch interne Bahnwiderstaende, die man nicht los wird.

Dennoch halte ich Gate-Widerstaende nicht fuer sinnvoll, die machen einem den Geschwindigkeitsvorteil wieder kaputt. Es sei denn man braucht sie aus EMV-Gruenden wie wohl manchmal bei Michael, weil der Kunde partout ein Plastikgehaeuse und Zweilagen-Platinen haben will oder so.

Gruesse, Joerg http://www.analogconsultants.com/

Am 04.08.2013 16:26, schrieb Joerg:

Also nicht wie bei meinem Liebherr Premium Kühli, der jetzt nach acht! Jahren das Gefrieren verlernt hat und durch einen Beko/XXX/YYY A+ ersetzt wird.

Butzo

IME macht die Anschaffung von Markenware heute nur noch wenig Sinn. Z.B. ging bei unserem Proudly-made-in-the-US Evap Cooler der Geblaesemotor funkenspruehend und rauchend ueber die Wupper. Nach nur drei Saisons. Kulanz? Keine. Durfte ich voll latzen und selbst einbauen.

Bei Kuehlschraenken sieht Kenmore recht gut aus, falls es die bei Euch gibt. Unserer haelt z.B. schon 16 Jahre und vor dem Einbau dieses Verdunstungskuehlers musste der jeden Sommer richtig kaempfen, der Kompressor lief manchmal fast durch.

Gruesse, Joerg http://www.analogconsultants.com/

Am 04.08.2013 18:39, schrieb Joerg:

Wohl wahr, aber woran liegt es?

Wenn es "nur" die Kaufleute sind verstehe ich es ja noch, aber manchmal habe ich den Eindruck, dass die Grundlagen mittlerweile fehlen um langlebige Produkte überhaupt noch bauen zu können :-(

Sagt mir leider nix, wird wohl was türkisches oder chinesisches...

Naja laut Propagandaministerium steigt der Konsumklimaindex in ungeahnte Höhen umd das Weihnachtsgeschäft wird das bombigste seit der Erfindung des Rades.

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Sobald Mr. Chinaman mal 20& weniger Audis, BMWs, Daimers, VWs kauft fällt das Kartenhaus, inclusive Immobilienboom, in sich zusammen.

Butzo

An Leuten, die verfahren wie Ignacio Lopez.

Das auch, die Qualitaet der Ingenieure zumindest im Bereich Elektronik hat nachgelassen. Liegt an den Kids selbst, aber auch an den Unis. Die absolute Kuppe letzte Woche war ein Ingenieur aus Indien: Er wollte (allen Ernstes!) wissen, wozu es Widerstaende in verschiedenen Leistungskategorien gibt. Er hat einen Ingenieurabschluss in Leistungselektronik und arbeitet u.a. in der Qualitaetssicherung. Seufz.

Also wie ueblich :-)

So isses.

Gruesse, Joerg http://www.analogconsultants.com/

Am 04.08.2013 18:58, schrieb Klaus Butzmann:

Darfst auch lachen:

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Gruß Dieter

Am 04.08.2013 19:42, schrieb Dieter Wiedmann:

Lächeln, die Miele Kühlgeräte sind abgeblich Bosch und Liebherr.

Butzo

Am 04.08.2013 20:14, schrieb Klaus Butzmann:

Meist Liebherr, aber das ist ja nichts neues.

Gruß Dieter

Bei solchen Geraeten gibt es am Ende nur wenige Bauserien, aber ganz viele Aussenflaechen und Markenaufkleber. Fuer mich ist das wichtigste, dass die Ersatzteile "generic" sind. Also gucke ich vor dem Kauf in den Ersatzteilmarkt, suche mir ein Verschleissteil raus. Wenn dessen Preis ok ist und dort steht "Passt in folgende Modelle", gefolgt von einer ganzen Latte an Typen, dann ist alles paletti.

Gruesse, Joerg http://www.analogconsultants.com/

Am 04.08.2013 21:32, schrieb Joerg:

Ich fürchte bei Liebherr gibts nur den exklusiven Werkskundendienst, Anleitungen, Schaltpläne etc. sind im Netz nirgends zu finden.

Kommt mir vor wie Ferrari, Maserati, Bentley, RR, da wird die Werkstatt um die Ecke auch keine Infos bekommen.

Sei's drum, dann kommen Liebherr und Miele hat mit auf meinen Index. Mein drei Käufe im Jahr interessieren sowieso niemanden.

Butzo

Dann kaemen die bei mir auf die Nichtkauf-Liste.

Hatte ich vor dem Kauf unserer Autos auch ueberprueft, z.B. ob man ueber den normalen Zubehoerhandel dafuer Ersatzteile kaufen kann. Die werden von einer markenunabhaengigen Werkstatt gewartet, wo man beinahe zu Fuss hinkommt.

Das nicht, aber es laeppert sich. Naechsten Monat erzaehlt einer abends in der Pinte dass gerade sein Kuehlschrank die Graetsche gemacht habe, Du hoerst das und ...

Derjenige kriegt mit wie zwei Monate spaeter der Kuehlschrank von Frau Suhrbier aus dem dritten Stock ... "Frau Suhrbier, mir hat vor zwei Monaten ein Kumpel dringend geraten ..."

Gruesse, Joerg http://www.analogconsultants.com/

Am 04.08.2013 21:54, schrieb Klaus Butzmann:

Von welchem Hersteller gibts denn das schon. Miele stellt da sogar eine Ausnahme dar: Schaltplan ist zumindest bei WaMa und WäTro in der Maschine deponiert.

Gruß Dieter

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