MOSFET als gesteuerte Stromquelle, Problem mit Gat e-Kapazität

Christian Treffler schrieb:

Du hast die Miller-Kapazität (zwischen D und G) entdeckt. :-)

Steuere das Gate einmal /erheblich/ niederohmiger an - mit einem Treiber, der sowohl Strom speisen als auch wegführen kann. Es gibt dafür spezielle Chips (z.B. ICL7667, TC426/427 etc.), Du kannst aber zum Test z.B. einen komplementären Emitterfolger zwischen Controller und Gate schalten.

Tilmann

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Tilmann Reh schrieb:

Da das Ding schon einen Namen hat, kann ich wohl davon ausgehen, für diese Entdeckung keinen Preis zu bekommen :-).

Hmmm, muss ich mir mal überlegen.

Womit wir eine Art IGBT hätten. Habe mir schon überlegt, das danmit zu versuchen.

Danke erst mal, Christian

Christian Treffler schrieb:

So sieht es aus. :-)

Nein, /das/ ist kein IGBT. Einfach nur ein Treiber für das Gate:

VCC | C .----B NPN | E Controller -----+ +--------- Gate | E .----B PNP C | GND

(Ein IGBT ist für diese Anwendung übrinx nicht wirklich geeignet, bleib besser bei dem FET.)

Tilmann

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Hallo Tilmann,

Speziell letzterer ist IMHO rein digital, da wird der OP nicht froh werden.

Es lebe der Nulldurchgang... Wie wäre es, einfach die Gate-Source-Kapazität richtig fett zu machen, damit der Miller-Kondensator quasi vernachlässigbar wird? Also an das Gate 100 µF und für das ganz kurzfristige auch noch ein paar 100 nF direkt an die Beinchen. Oder auch noch besser, anstelle des MOSFET ein bipolarer Transistor einsetzen, gerne in Darlington, die sind gleich viel weniger sensibel bei solchen Sachen. Ube ist auch viel stabiler, so dass die Stromgenauigkeit viel besser wird.

Marte

Marte Schwarz schrieb:

Hmmm, das löst das eine Problem, bringt mir aber 'ne Menge andere. Unter anderem Schaltzeiten, weil der steuernde Opamp den Strom zum schnellen Laden der fetten Kapazität nicht herbringt. Noch mehr Treiber-Elemente will ich mir eigentlich sparen.

Und damit zurück zur ersten Version, die auf NPN-Darlington basierte. Ich bin auf FET umgestiegen, weil ich was ausprobieren wollte (die zusätzlichen Funktionen gibt das gepostete Prinzip-Schaltbild nicht wieder). Das hat zwar nicht funktioniert, aber ich bin nicht auf die Idee gekommen, mein aktuelles Problem mal mit Bipolar-Transistor zu evaluieren.

Manchmal muss man eben Andere fragen, um auf die einfachste Lösung zu kommen.

Unbedingt in Darlington. Wer eine Stromquelle bis 10A mit Opamp steuern will, der will nicht unbedingt allzu hohe Steuerströme aufbringen.

CU, Christian

Hi Christian,

Wenn Du ein bischen genauer beschreibst, was Du eigentlich machen möchtest, dann kann man Dir auch konkreter helfen.

Marte

Marte Schwarz schrieb:

Beide sind digital - ich hatte das OP so verstanden, daß der Strom nur ein/aus geschaltet werden soll. So wie's sich inzwischen anhört, ist das aber nicht der Fall...

"Ich wußte, daß er das sagen würde."

Es ging mir um einen schnellen Test, mit dem der OP den störenden Effekt drastisch verringern kann.

Wenn, wie inzwischen bekannt (warum steht sowas einklich nie im OP?), ein Operationsverstärker das Gate treiben soll, könnte man dessen Feedback ja durchaus hinter dem Emitterfolger abgreifen.

Kleinere Miller-Kapazität eben. :-)

Wenn man die Stromquelle richtig aufbaut, greift man eh die Spannung für's Feedback unten am Shunt ab (erst recht, wenn man sowieso einen Operationsverstärker verwendet). Und dann ist es wiederum völlig egal, ob es sich um Ube oder Ugs handelt - und auch, wie groß diese ist und wovon sie abhängt. Man kann durchaus gute und funktionierende Stromquellen mit FETs aufbauen - die außerdem den Vorteil haben, am Shunt keinen Basisstrom mitzumessen (was gerade bei den inzwischen ebenfalls genannten höheren Strömen durchaus einen Unterschied machen kann).

Tilmann

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Hallo Tilmann,

Vielleicht denk ich zu analog, aber ich hatte das nie anderst verstanden. Wäre das Teil schon sauber digital aufgesteuert, dann würde Miller kaum einen signifikanten zusätzlichen Strom bewirken können.

Das wäre digital wieder OK, analog eher weniger.

So schnell wirst Du den Regelkreis gar nicht bedienen wollen, wie Kollege Miller da 'reinschlägt. Da wäre zumindest ein sehr schneller OP fällif, aber bitte mit +-15 V Spannung und auch eine Ausgangsstufe, die nicht nur -+5 V rausrückt... Und dann bitte nicht schnwingen ;-)

und weniger Einfluß, weil deutlich "niederohmigere" Basis

Oh nein, Wenn der Transistor schon weitgehend unbeeindruckt bleibt, dann wird der OP es viel leichter haben, das Teil stabil zu halten.

Na ja, wenn man eine Darlingtonstufe aufbaut kommt man schnell auf hfe > 100 und dann ist der "Fehler" über die Basis ohnehin im Rahmen der üblichen Messungenauigkeit.

Marte

Marte Schwarz schrieb:

Ich hatte mich durch "Contr" als Steuersignal wohl irreleiten lassen (genauere Angaben fehlten ja leider) und das wie "Controller" verstanden. Im weiteren Text gab's auch keinerlei Angaben dazu, ob da nicht einfach nur ein- und ausgeschaltet wird.

Dank des Gate-Widerstandes schon. /Der/ war nämlich eingezeichnet.

Oh doch, wir haben schon beide Sorten Stromquelle gebaut, sowohl mit FET als auch mit Darlington. Beides mit Standard-OPs problemlos, wenn man's richtig angeht.

OK, vermutlich wird's reichen. Aber was der Herr OP tatsächlich braucht, wissen wir ja immer noch nicht.

Tilmann

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Hallo Tilmann,

Nicht wirklich... Eine Stromregelung mit digitaler Anseuerung musst Du mir noch zeigen, zumindest ohne Spule sehe ich da schwarz.

Es kommt immer drauf an, was in welcher Zeit geregelt werden soll. Wenn der OP Highsidetransistoren testen will, dann reden wir schnell über einige hindert ns Schaltzeiten, die sind mit OPs nicht gerade schön zu regeln.

Vielleicht erfahren wir noch was...

Marte

Marte Schwarz schrieb:

Der OP schrub ja auch gar nichts von von Stromregelung, sondern nur von Strom*steuerung*. Also beispielsweise Ein- bzw. Ausschalten eines bestimmten, festen Stromes. Zumindest hab' ich das OP so verstanden.

Ich denke, darin sind wir uns einig: wir können noch beliebig lange und intensiv an der eigentlichen Aufgabe vorbei raten.

Tilmann

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Marte Schwarz schrieb:

Mir wurde schon sehr geholfen. Dein Hinweis auf Bipolar war alles, was ich brauchte. Und ich habe aus dem gesamten Thread noch ein bischen Fachwissen mitgenommen.

Was will man mehr? Ist ja schliesslich eine Diskussionsgruppe, und keine Support-Gruppe für Ingenieure wie mich, die den Wald vor lauter Bäumen nicht sehen.

CU, Christian

Marte Schwarz schrieb:

Weil ich nur eine klitzekleine Frage zum Thema MOSFET hatte. Und ich dachte tatsächlich, dass die analoge Natur dieser Prinzipschaltung auch aus dem Rest des Artikels hervorgeht. Sorry für die missverständliche Ausdrucksweise.

Genau deswegen ist der Shunt am Emitterfolger da.

Nein, das tut einfach nicht. So einen schnellen Opamp kann's IMHO nicht geben (auch aus anderen Gründen [1]). Ganz zu schweigen davon, dass ein schneller Opamp auch ein Problem mit sich bringt:

Ja genau. Wenn man den schnellen Opamp nicht ausbremst, dann schwingt das ganze ungeheuerlich.

Ja.

Stabilität ist nicht so das Problem, denn ich habe keine grossen Störeinflüsse. Wir reden hier von:

- Switch Ein und mit verschiedenen Lastströmen den Spannungsabfall messen.

- Dann bei definiertem Laststrom testen, ob der Switch das abschalten kann. [1] Soweit recht einfach, aber hier gibt's einen Fallstrick: Der ganze Regelkreis kann nur so lange funtionieren, solange der geregelte Strom auch fliessen kann. Schaltet man den zu testenden Switch aber auf Aus, dann rennt der Opamp an die positive Rail. Schaltet man jetzt wieder ein, muss der Opamp da erst mal runter.

Das lässt sich relativ leicht durch einen Betrieb mit 2 Modi lösen: Bei geschlossenem Switch per Regelkreis den Laststrom einstellen. Dann den den Opamp auf eine Art Sampkle&Hold-Betrieb umschalten und dadurch die Regelspannung am Transistor auf dem gegenwärtigen Wert festhalten.

- Switch Aus, um die Ausschalt-Fähigkeit zu testen.

- Switch Ein, um das Einschalten unter Last zu testen.

Bei letzterem kommt es allerdings zu diesem unschönen Spike, weswegen ich ursprünglich fragte. Mit NPN-Darlington ist dieser Spike viel kleiner, fast schon klein genug, dass ich damit leben kann.

Ab hier heist es weg von der Simulation und real testen. In der Simulation habe ich nämlich den Switch durch einen harten Schalter ersetzt. Die real zu testenden Bauteile haben relativ lange Anstiegs-/Abfall-Zeiten, das sollte man einfach mal ausprobieren.

So, jetzt habe ich doch einen kleinen Roman geschrieben. Dabei wollte ich doch nicht, dass Ihr meine Arbeit macht, sondern nur mal etwas Nachhilfe zum Thema MOSFET :-) .

CU, Christian

Marte Schwarz schrieb:

Weil ich nur eine klitzekleine Frage zum Thema MOSFET hatte. Und ich dachte tatsächlich, dass die analoge Natur dieser Prinzipschaltung auch aus dem Rest des Artikels hervorgeht. Sorry für die missverständliche Ausdrucksweise.

Genau deswegen ist der Shunt am Emitterfolger da.

Nein, das tut einfach nicht. So einen schnellen Opamp kann's IMHO nicht geben (auch aus anderen Gründen [1]). Ganz zu schweigen davon, dass ein schneller Opamp auch ein Problem mit sich bringt:

Ja genau. Wenn man den schnellen Opamp nicht ausbremst, dann schwingt das ganze ungeheuerlich.

Ja.

Stabilität ist nicht so das Problem, denn ich habe keine grossen Störeinflüsse. Wir reden hier von:

- Switch Ein und mit verschiedenen Lastströmen den Spannungsabfall messen.

- Dann bei definiertem Laststrom testen, ob der Switch das abschalten kann. [1] Soweit recht einfach, aber hier gibt's einen Fallstrick: Der ganze Regelkreis kann nur so lange funktionieren, solange der geregelte Strom auch fliessen kann. Schaltet man den zu testenden Switch aber auf Aus, dann rennt der Opamp an die positive Rail. Schaltet man jetzt wieder ein, muss der Opamp da erst mal runter.

Das lässt sich relativ leicht durch einen Betrieb mit 2 Modi lösen: Bei geschlossenem Switch per Regelkreis den Laststrom einstellen. Dann den den Opamp auf eine Art Sample&Hold-Betrieb umschalten und dadurch die Regelspannung am Transistor auf dem gegenwärtigen Wert festhalten.

- Switch Aus, um die Ausschalt-Fähigkeit zu testen.

- Switch Ein, um das Einschalten unter Last zu testen.

Bei letzterem kommt es allerdings zu diesem unschönen Spike, weswegen ich ursprünglich fragte. Mit NPN-Darlington ist dieser Spike viel kleiner, fast schon klein genug, dass ich damit leben kann.

Ab hier heist es weg von der Simulation und real testen. In der Simulation habe ich nämlich den Switch durch einen harten Schalter ersetzt. Die real zu testenden Bauteile haben relativ lange Anstiegs-/Abfall-Zeiten, das sollte man einfach mal ausprobieren.

So, jetzt habe ich doch einen kleinen Roman geschrieben. Dabei wollte ich doch nicht, dass Ihr meine Arbeit macht, sondern nur mal etwas Nachhilfe zum Thema MOSFET :-) .

CU, Christian

Hallo Christian,

...

Nein, das willst Du sicher nicht ;-) Wozu solltest Du eine (langsame) Regelschleife bauen wollen, wenn eine Steuerung bereits alles tut, was Du brauchst? Wenn der Spannungsabfall am Emitterwiderstand groß gegenüber der Unsicherheit an der Basis-Emitterstrecke ist, dann kannst Du schon sehr genau vorgeben, welcher Strom fließen wird. Den kannst Du bequem vor dem Lastaufwurf via Spannung an der Basis einstellen und dann Deine Tests durchziehen, ohne dass sich die Basisspannung ändern müsste. Die Stabilisierung des Stromes ergibt sich durch die Steilheit der Ube Kennlinie. Wenn Du die Arbeitspunkte kennst, ist die einzige Unsicherheit die Temperatur, die eben mit 2 mV/K mitspielt. Das lässt sich eben mit einem größeren Emitterwiderstand aber dann auch bald vergessen. Der muss eben wärme weg können. Ausserdem muss die Basis eben auch niederohmig genug getrieben werden. Hier tut es aber zur Not einfach genug Transistortreiberstufen, zumal es nur eine Stromrichtung gibt.

Das sind DIE Störgrößen für den Regelkreis.

warum kompliziert wenns einfach gehen könnte...

Du brauchst nicht unbedingt einen Darlington. der Kollektor des Basistreibers kann gut und gerne auf konstantem Potential bleiben, z.B. 15 V von der Versorgung der Regelschaltung, die muss nur genügend "Saft" mitbringen.

Du gönnst uns auch gar nix :-(

Marte

Marte Schwarz schrieb:

Leider brauche ich mehr Flexibilität. Hier wieder ein kleines Informations-Häppchen: Ich arbeite in der Qualitätsabteilung eines Halbleiter-Herstellers. Was ich teste, sind Bauteile, die vom Kunden als defekt reklamiert wurden. Bei ca. 50%t trifft das auch zu, und da muss ich mit allem rechnen, z.B. hoher Spannungsabfall am Switch. Dazu noch eine grosse Bandbreite an Produkten mit verschiedenen Specs und HS-Spannungen zwischen 5V und 40V. => Ich will den Emitterwiderstand möglichst klein halten, denn die Spannung, die an ihm abfällt, fehlt mir dann am anderen Ende.

OK, der Einfluss der Collector- bzw. Drain-Spannung ist wahrscheinlich sehr gering. Trotzdem ist der Arbeitspunkt insgesamt sehr variabel. Da regle ich doch lieber durch die Spannung am Emitterwiderstand.

Ich teste bei Raumtemperatur und ich habe vor, Tests bei hohen Strömen im Bereich von

Hallo Christian,

Versteh ich jetzt wieder mal nicht... Wenn Du doch weisst, wie groß die SPannung am Emitter sein wird (die gibts Du via Basisspannung ha schon ziemlich genau vor) dann spricht doch nichts dagegen, die Spannung einfach zur Betriebsspannung dazuzuzählen. Da Du ohnehin eine Stromsteuerung machst, Ist die HS-Spannung ohnehin egal, die ziehr erst, wenn der Regler ohnehin nicht regelt, weilo der HS-Switch aus ist.

Von was redest Du? Der wird doch entsprechend der entsprechenden Switch-Sättigungsspannung sein.

Ich meinte die Spannung an der Basis und den Arbeitspunkt auf der Ube-Kennlinie.

Marte Schwarz schrieb:

Dann müsste ich ja die Betriebsspannung steuern. Wenn ich z.B. eine Rampe fahren und den Spannungsabfall am Switch zwischen 1A und 10A Laststrom messen möchte, müsste ich bei einem Emitterwiderstand von

1 Ohm die Betriebsspannung kontinuierlich von UBat + 1V auf UBat + 10V hochregeln.

Und es geht hier nicht einfach um einen simplen Switch. Da gibt's SPI-gesteuert System-Base-Chips mit mehreren Spannungsversorgungen. Oder Dual-Die Produkte mit Microcontroller und Leistungsbaustein. Die kann ich nicht einfach mal von GND abkoppeln, kann aber auch nicht einfach mal die Versorgungsspannung 10V über Ubat legen.

Die HS-Test-Schaltung ist nur eine von mehreren Test-Resourcen auf dem System, die von einem Microcontroller gesteuert werden.

Von dem Einfluss von C-/D-Spannung auf den UBe-Arbeitspunkt.

Weisst Du, ausprobieren werde ich das mal. In absehbarer Zeit werde ich einen Prototypen fertig haben, um die Konzepte der verschiedenen Test-Resourcen zu testen und um mit der Programmierung des Systems anzufangen. Da werde ich mal die Regelung über die Basisspannung austesten. Vielleicht ist es ja einfacher, eine Lookup-Table im Microcontroller abzulegen, die den Zusammenhang zwischen Steuerspannung und Strom wiedergibt.

CU, Christian