MOSFET Gate schwingt beim Ausschalten

Hallo Gruppe,

ich habe hier einen kleinen Testaufbau, mit dem ich mit MOSFETs rumexperimenteire. Momentan habe ich einen IRF9540 P-FET in der Schaltung, Source an etwa +15V. Gate mit 1k Pullup an Source wird von einem BC547 auf GND gezogen, um ihn anzuschalten.

Am Drain hängt eine LC-Kombination (15mH, 470uF) um die Ausgangsspanung zu glätten.

Jetzt sehe ich folgendes Phänomen: Beim Ausschalten des FET sehe ich heftige Überschwinger. Siehe

formatting link

Ich habe schon probiert, den Gate/Source-Pullup zu verkleinern, um ihn schneller zum Ausschalten zu bringen, das hat aber nichts gebracht. Und ich hatte auch eine SB130 zwischen Gate und Source geklemmt, um die Spannungsspitzen kurzzuschließen, aber das hatte seltsamerweise auch so gut wie keinen Effekt (zu schnell für die Diode?). Einfügen eines Widerstands am Gate (Experiment 47, 470, 1k) änderte auch nichts. Auch ein Einfügen eines R zwischen Drain und meinem Sieb/Glättglied (1 Ohm,

10 Ohm) hat das nicht geändert.

Ich bin jetzt schon ziemlich verweifelt, und kann mir das nicht so recht klären. Ich nehme an ich hab mir irgendwo einen schönen Schwingkreis gebaut. Wie kann ich das verhindert? Was muss ich ändern?

Viele Grüße, Johannes

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Johannes Bauer
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"Johannes Bauer" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@mid.dfncis.de...

Dein "Ausschalten" erfolgt ganz weich über 1k. Klarer Fall von selber schuld, Was denkst du warum andere Leute MOSFET-Treiber mit wenigen Ohm und mehr Bauteilen aufbauen, z.B. so:

+---+-- +Ub R4 | +--|< NPN | |E | +-- Gate | |E +--|< PNP Pin --R1-+--|< | R2 |E | +---+---+- GND

Aus Spass? Aus Dummheit?

Sicher nicht. Eine steigende bzw. fallende Spannung am Drain führt natürlich zu Rückkopplungen auf das Gate, schon alleine weil Drain und Gate nah beieinander und demnach also auch kapazitiv gekoppelt sind und die Spannungen gegenläufig sind. Man versucht also den MOSFET durch Verringern von Ugs auszuschalten, dabei steigt Uds und es koppelt kapazitiv in Ugs rein. Ist Ugs dabei eher schalff angebunden, führt das zu einer Spannungserhöhung und dem Widereinschalten bzw. zumindest nicht so schnellen Ausschalten wie man es gerne haben will.

Allerdings sind deine 8V am Ausgang eher konstant.

Gerde eine geschaltete Spule, wenn diese auch noch ohne Freilaufdiode ist, führt aber zu massiven Spannungsänderungen "Prinzip Zündfunke" die zwar vielleicht die Ursache sind, aber in deinen Oszillogrammen nicht erkennbar sind. Deine SB130 sollte vielleicht eher zwischen Drain und GND. Schau dir mal die Schaltung eines StepDown an, wo da die Diode sitzt, die notwendig ist.

Man kann einen Strom durch eine Spule nicht schnell abschalten. Der Strom sucht sich seinen Weg. Warum auch immer in deinen Diagrammen davon nichts zu sehen ist.

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MaWin

anung

Also Step-Down-Wandler? Dann fehlt in Deiner Beschreibung auf jeden Fall noch die Diode zwischen Drain und GND. Ich habe mal versucht, einen Schaltplan zu machen, was ich verstanden habe.

+15V ---+---------. | | R | 1k R | R .----' | || +---| IRF9540 | || 15 mH | `----OOO---+--- Out / | ---| BC547 --- 470uF \ --- | | GND ----+---------------+---

ch

Du hast U_Out gegen Masse und U_G gegen Masse oszilloskopiert. Hast Du ma= l

+15V gegen Masse gemessen? Ich vermute stark, dass Deine 15V so schwingen (wo kommen die her? Labornetzteil?), und die diese Schwingung =C3=BCber d= en 1k-Widerstand auch am Gate beobachten kannst.

Hast Du Dir mal Gedanken gemacht, was mit dem Strom in der doch recht dic= ken Spule passiert, wenn Du ausschaltest? Eigentlich m=C3=BCsste die Spule kr= =C3=A4ftig Terror machen, wenn die Schaltung wie oben angedeutet ist, indem sie Drai= n auf eine stark negative Spannung zieht, bis der FET durchbricht.

Wenn die +15V wackeln, bringt es nichts, dahin die Impedanz zu verringern= .

ch so

Dito.

t

ngkreis

Wenn der Schaltplan wirklich wie oben gezeichnet ist, und die Spule es ni= cht schafft, mit ihrer Selbstinduktion den FET zu schie=C3=9Fen, besteht der Schwingkreis aus den 15mH der Spule, und der Kapazit=C3=A4t, die sich aus= der Reihenschaltung von 470=C2=B5F, der Ausgangskapazit=C3=A4t Deiner Spannun= gsquelle und der Source-Drain-Kapazit=C3=A4t des MOSFETs ergibt.

Gru=C3=9F, Michael Karcher

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Michael Karcher

Am 21.11.2010 12:50, schrieb Johannes Bauer:

Du meinst sich, dass Gate auf GND gezogen wird.

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Michael Rübig

Am 21.11.2010 12:50, schrieb Johannes Bauer:

^^^^^^ Du meinst Gate?

Eine Spule will ihren Strom nicht schnell ändern, zwingst Du sie dazu, entstehen riesige Spannungen. Wo fließt der Strom, wenn Dein MOSFET sperrt?

Du schaltest der Spule einfach ihre Spannungsquelle hochohmig. Sie möchte ihren Strom aber beibehalten und erhöht so lange die Spannung, bis sie ihn bekommt. Dabei geht Dein MOSFET in den Avalanche-Durchbruch und irgendwann auch kaputt.

Was Du am Gate siehst, sind die Folgen dieses Verhaltens. Beim Sperren sinkt die Spannung am Drain (miss den auch mal) sehr schnell auf negative Werte, bis der Avalanche-Durchbruch ein weiteres Absinken der Spannung verhindert.

Ein FET hat eine Gate-Source-Kapazität, aber auch eine Gate-Drain-Kapazität. Durch letztere wird beim steilen Spannungsanstieg Ladung ins Gate transportiert und steuert dieses wieder durch. Das ganze wiederholt sich ein paar mal.

Gegen die Miller-Kapazität hast Du da keine Chance,

Man macht da auch schnell Messfehler, da das Streufeld der Spule auch in den Tastkopf einkoppelt.

Eine Schottky zwischen Drain und GND, Kathode an Drain.

Eine Kapazität zwischen Gate und Source verhindert Schwingen auch, macht aber alles noch langsamer.

Leistungs-FETs steuert man aber eigenlich nie mit Pullups an sondern mit richtigen Gate-Treibern (Push-Pull-Stufen)

Michael

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Michael Rübig

Michael Karcher schrieb:

Mein Krümelkack: Wenn's tatsächlich ein Schaltwandler werden soll, fehlt dem OP definitiv eine Schottky(oder Fast-Recovery)-Diode gegen Masse. Ohne die läuft der Strom wie schon beschrieben über Quelle und FET weiter.

Mit freundlichem Gruß

Jan

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Jan Kandziora

Am 21.11.2010 13:18, schrieb MaWin:

Nein, aber ich habe halt auch nicht so viel Erfahrung wie andere Leute, die MOSFET-Treiber bauen...

Ich habe die Schaltung von dir oben aufgebaut, mit einem BC557 und BC547. Hier hab ichs nochmal abgemalt:

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Als ich das allerdings so aufgebaut hatte wie du oben geschrieben hast, hat sich am Schaltverhalten nichts geändert (genauso langsam ausgeschaltet). Dann habe ich den PNP-Transistor in der Schaltung herausgenommen und das ganze Verhalten ist immernoch gleich geblieben, also tat der irgendwie gar nichts. Um sicherzugehen, dass ich beim Zusammenstecken (Breadboard) keinen Fehler gemacht habe, habe ich alles nochmal abgerissen und erneut genau nach Plan gesteckt. Derselbe Effekt.

Irgendwie fand ich es auch merkwürdig, dass die Emitter zusammengeschaltet werden, statt die Kollektoren. Drum habe ich die vertauscht und so aufgebaut, wie es in der Grafik oben zu sehen ist (NPN und PNP getauscht, Kollektoren zusammen, Emitter von NPN auf GND, von PNP auf +15V). Der PNP hat einen veritablen Kurzschluss produziert. Wieder alles abgebaut, neu aufgebaut, dasselbe. Schalten die nicht schnell genug und werden dann beide leitend?

Warum schließt du in deinem Treiber denn die Emitter zusammen? Eben genau um das gegeneinander Kurzschließen zu verhindern? Also was ich damit meine: angenommen, der Gate-C ist auf GND-Potential und ich will es umladen auf +15V, dann mache ich den Steuer-T aus, die Basen von den Treiber-Ts gehe auf +15V. Am Anfang steuert der NPN voll durch, sobald das Gate aber die +15V erreicht, schaltet der NPN sich wieder automatisch aus. Ist das das Ziel? Verstehe ich das richtig?

Viele Grüße, Johannes

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Johannes Bauer

Genau so wars. Die Diode hatte ich tatsächlich vergessen - sie ist nachgerüstet! Wundert mich irgendwie selbst, dass der FET das überlebt hat.

Donnerwetter! Gut geglaskugelt! Auf der Versorgung habe ich *richtig* fiesen Schmutz gesehen im Schaltmoment, kam vom Labornetzteil, richtig. Gegen ein anderes getauscht, derselbe Effekt. Jetzt ist ein dicker

1000uF Low-ESR zwischen Vcc und GND und *das* Problem hat sich gegessen.

Nach den zwei Änderungen (Diode vor Spule gegen GND) hatte ich folgendes festgestellt: einige Zeit nachdem der FET abgeschaltet hatte, ging eine ordentliche Schwingung am Gate los (erheblich länger als zuvor) - allerdings für mich nicht mehr so kritisch, weil sie den FET nicht zum wiedereinschalten brachte. Als ich dann mal zufällig an das Gehäuse (Drain) gelang hatte, brach die sofort zusammen. Also, um die Vermutung zu bestätigen, mal 100nF zwischen Drain und GND gehängt - und sie wurde erheblich größer. Jetzt habe ich da 470 Ohm zwischen GND und Drain gehängt, um die Schwingung zu bedämpfen - ist das so ok oder sollte mir das komisch vorkommen?

Die neue Schaltung ist hier:

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Viele Grüße, Johannes

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Johannes Bauer

Am 21.11.2010 17:05, schrieb Jan Kandziora:

Aber das schrub ja Michael bereits - ich hab sie nachgerüstet!

Viele Grüße, Johannes

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Johannes Bauer

Am 21.11.2010 16:41, schrieb Michael Rübig:

Öhm, nö, ich meinte: Zwischen Gate und Source (= +15V) liegt ein 1k Widerstand.

OK, das verstehe ich.

OK, ich hatte unterschätzt, dass ich *so* viel Strom brauche, um das millernde Gate umzuladen.

Wie Michael anmerkte, hatte ich meine Versorgung nicht im Griff: Die machte einige Schweinereien im Schaltmoment. Darum hat die Diode auch nichts geholfen, weil Vcc selbst mich hochgegangen ist. Jetzt ist das behoben.

Ist nachgerüstet.

Hmja, ich hatte mich daran versucht, wie MaWin schrieb (sind ja nur ein Paar Transistoren) - aber irgendwie ist das ziemlich kläglich geendet (ein Aufbau hatte keinen Effekt, der andere schloß mir meine Versorgung kurz). Ich glaub ich sollte einfach mal ne Nacht drüber schlafen und es morgen nochmal probieren, heute mach ich nur noch mehr Fehler.

Viele Grüße, Johannes

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Johannes Bauer

"Johannes Bauer" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@mid.dfncis.de...

Nicht wirklich, oder ?

Die Diode ist gnadenlos falsch herum, ein veritabler Kurzschluss ebenso wie dein "Korrektur" meiner NPN/PNP Schaltung und die 470 Ohm sind zumindest überflüssig.

Und wie du schon festgestellt hast: Die Gate-Spannung gegen Masse zu messen ist sinnlos wenn die Versorgungsspannung munter schwankt, du musst schon die Spannungsdifferenz zwischen Gate und Source emssen, ebenso die Spannungsdifferenz zwischen Drain und Source, wenn du erkennen willst, wie der MOSFET ausschaltet.

Eben genau deswegen. Es gehen sonst so viele Bauteile kaputt. Die beiden Transistoren dienen der Stromverstärkung als Emitterfolger, der eine beim Aufladen, der andere beim Entladen des MOSFET-Gates

--
Manfred Winterhoff
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MaWin

Am 21.11.2010 21:02, schrieb MaWin:

Ah! Aber nur im Schaltplan. In der Schaltung tut sie gute Dienste, und ist in Sperrichtung drin. Der Kurzschluss kam schon definitiv von der Treiberstufe.

Naja, hier ohne 470 Ohm:

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und dasselbe mit 470 Ohm:

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Hat schon nen Effekt.

Hm, ich werd es morgen nochmal probieren - dann scheine ich das wirklich zweimal falsch aufgebaut zu haben.

Viele Grüße, Johannes

--
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Johannes Bauer

Moin!

Bei der Schaltung mit den zusammengeschalteten Kollektoren? Kein Wunder, solange die Basis der Transistoren im Bereich zwischen 0,7V über GND und 0,7V unter Betriebsspannung ist, produzieren die beiden Transistoren ja auch einen satten Kurzschluss.

Gruß, Michael.

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Michael Eggert

In *diesem* Fall, passt das Ersatzschaltbild mit den antiseriellen Dioden:

  • ---->|-+-|
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Falk Willberg

Paar Probleme (abgesehen von der werbepenetranten Web Site ...):

Wenn T3 durchschaltet gibt es da ausser dessen beta nicht viel dass den Basisstrom von Q3 begrenzt ... tssst ... *POFF*

Q3 und T4 werden in die Saettigung gefahren. Das ergibt verzoegertes Abschalten und ausserdem ziehen bei der gesamten Transition beide Strom, damit kurzzeitig saftig Querstrom, u.U. gefolgt von einem Knall. Wenn schon dann npn und pnp miteinander vertauschen. Damit wird ein Push-Pull Folger draus aber der kann den FET natuerlich nur sehr langsam sperren. Das beste waere, wie schon andere schrieben, einen gescheiten Gate Treiber davor zu haengen.

D4 leitet uebrigens beim Durchschalten von Q5 voll nach Masse, gibt einen Kurzschulz :-)

Am besten auch fuer eine Bezeichnung entscheiden, T oder Q :-)

--
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/
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Joerg

u mal

ngen

er den

.

Entweder ist Dein Labornetzteil =C3=BCber den Stromtransienten alles ande= re als gl=C3=BCcklich gewesen - oder Dich hat die Induktivit=C3=A4t der Zuleitun= g gebissen. Auf jeden Fall wei=C3=9Ft Du jetzt schon mal, dass der Haufen Elkos auf d= em Mainboard rund um den Prozessorspannungsregler nicht zur Dekoration da si= nd.

gendes

zum

Das hab ich bei 'nem Schaltregler, den ich in Spice simuliert habe auch schon gesehen, und dann Literatur dazu gesucht - ist ein klassisches Problem, wenn das Ding im diskontinuiertlichen Modus l=C3=A4uft, gilt abe= r im Gro=C3=9Fen und Ganzen eher als Sch=C3=B6nheitsfehler denn als ernstes= Problem.

Was da passiert ist folgendes: Solange in der Drossel noch viel Strom ist= , leitet die (falschrum eingezeichnete) Diode, und der Strom in der Drossel nimmt mehr oder weniger linear mit der Zeit ab (U=3Dkonst -> dI/dT=3Dkons= t). Irgendwann ist die Spule aber "leer", und die Diode leitet dann nicht meh= r. Dadurch entsteht ein Schwingkreis =C3=BCber die Sperrschichtkapazit=C3=A4= t der Diode und den 470=C2=B5F-Elko (der aber gro=C3=9F gegen die Sperrschichtkapazit= =C3=A4t ist, und damit HF-technisch wie ein Kurzschluss wirkt) und die Spule. Den siehst D= u dann klingeln.

sie wurde

Ja, damit wird die Kapazit=C3=A4t gr=C3=B6=C3=9Fer. Die SB120 hat bei 8V = laut Vishay-Datenblatt etwa 100pF. Die Schwingung sollte also nicht nur in der Intensit=C3=A4t zugelegt haben, sondern auch in der Frequenz fast einen F= aktor

1000 runtergehen. Allerdings muss ich zugeben, das Datenblatt vom IRF9530 nicht ganz zu verstehen - der sperrende FET hat jedenfalls auch noch mal eine Kapazit=C3=A4t, die zwischen 200 und 1000pF liegt, und damit w=C3=A4= re es dann wohl doch eher nur ein Faktor 100 in der Frequenz.

sollte mir

Ich habe keine Idee, wie man die Schwingung Nebenwirkungsfrei bed=C3=A4mp= fen kann, aber Dir sollte nat=C3=BCrlich klar sein, dass die 470Ohm schon mal= 17mA Ruhestromverbrauch bei 8V Ausgangsspannung sind.

Gru=C3=9F, Michael Karcher

Reply to
Michael Karcher

Am Sun, 21 Nov 2010 21:22:02 +0100 schrieb Johannes Bauer:

Hast Du eine Last an der Schaltung hängen?

Wenn nein, nimm mal die 470 Ohm raus und belaste den Ausgang etwas ...

Viel Spaß, Marc

--
"Mein Name ist Olo, Hans Olo"
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Marc Santhoff
[...]

Wieso? Dafuer gibt es doch die franzoesischen Atomkraftwerke :-)

Normalerweise lebt man mit Ausschwingern am Drain im discontinuous mode (in Siemens-Deutsch "lueckender Betrieb"?) einfach. Damit die nicht kapazitiv ueber Cgd aufs Gate durchknallen muss selbiges beinhart angesteuert werden. Also aus einem ordentlichen Chip wie etwa dem MIC4421. EMV-Angstwiderstaende vor dem Gate sind da kontraproduktiv, warum Leute Geld fuer fette Treiber ausgeben und dann mit so einem Widerstand ein Goggomobil draus machen hat sich mir nie so ganz erschlossen ;-)

Die andere Moeglichkeit ist ein Snubber. Da weiss ich echt nicht wie die jetzt in Deutsch heissen. Fuer Johannes: Es ist eine RC Serienschaltung, die man vom Drain nach Masse haengt. R und C werden empirisch so ausgetueftelt dass sich moeglichst wenig Schwingung bei moeglichst wenig im Widerstand abgefackelter Energie ergibt. Aber ich tue das selten, kann hoechstens mal fuer die EMV noetig sein wenn das ganze partout in ein Plastikgehaeuse muss.

--
Gruesse, Joerg

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Joerg

snipped-for-privacy@gmx.de (Johannes Bauer) am 21.11.10:

Schnell schalten mit möglicherweise relativ großen Strömen auf einem Steckbrett? Das *kann* nur schiefgehen. Völlig unabhängig vom Schaltungskonzept.

Rainer

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Ja, aber sie hat zu große Hände...
(Ralf Brinkmann in de.rec.fotografie)
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Rainer Knaepper

Rainer Knaepper schrieb:

Du meinst: Das kann *nur* schiefgehen.

Allerdings deutet die 15mH Drossel ehr nicht auf hohe Ströme hin. Ich vermute mal Fastron 09P oder 11P, und damit keine 100mA.

Gruß Dieter

Reply to
Dieter Wiedmann

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