Problem mit parallel geschalteten N-MOS-FETS

Am 10.09.2012 11:27, schrieb Edzard Egberts:

Ich könnte mir vorstellen, dass die Schaltung zu schwingen beginnt. Sind die 20mA halbwegs sauber oder ist da was drauf? Mal mit dem Oszi ansehen. Ich würde vom Shunt mit einem 1k an den Inv-Eingang gehen und von Ausgang zu Inv ein paar Nanofarad hängen. Der OpAmp könnte auch Probleme mit der hohen kapazitiven Last haben. Evtl. mal den Gate-Widerstand vergrößern.

Mosfets im linearen Betrieb parallel zu schalten ist keine gute Idee. Die Gate-Schwellspannung sinkt mit steigender Temperatur und so wird der Heißere den Großteil der Last übernehmen. Das geht übrigens sogar so weit, dass sich auf einem einzigen Chip Hotspots bilden können. Wirf mal einen Blick auf die SOA im Datenblatt. Von Ixys gibt es Mosfets die auf linearen Betrieb optimiert sind aber auch bei denen ist der Effekt noch da. Wenn du mehrere Fets brauchst, nimm für jeden seinen eigenen Shunt und seinen eigenen OpAmp.

Gruß

Robert

"Edzard Egberts" schrieb im Newsbeitrag news:k2kbpn$jil$ snipped-for-privacy@news.albasani.net...

Die Probleme sind bekannt

de.sci.electronics FAQ:

suche nach:

Ob bei dir 20mA fliessen, weil der Reststrom eines MOSFETs so gross ist, die Schaltung schwingt, oder der Offset des OpAmps kein so genaues messen ermöglicht, sei dahingestellt (rauszufinden, in dem man die Gates mal vom OpAmp abklemmt und an Masse legt).

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Robert Loos schrieb:

Gaaanz langsam, eher ein floaten und das auch nur, wenn es sie ganz geringen (oder gar keinen) Strom liefern soll.

Alles sauber.

Nein, das führt zu einer erhöhten Regelabweichung.

Das meinte ich mit "einem Kondensator in der Rückkopplung".

So langsam hast Du das Problem erkannt - genau die Schaltung, die das verhindern soll, führt zu diesem Fehlstrom.

Das geht nun wirklich nicht.

In der Zwischenzeit habe ich noch die Standardschaltung gegen floatende Transitoren ausprobiert und bei den FETs noch 10k von Gate auf Source gelegt. Jetzt komme ich auf 3 mA herunter und das letzte Digit (200 uA) wackelt nur noch ein bisschen. Bei 12 A gehen aber über zwei FETs 2,5 A und über zwei 3,5 A, das versuche ich jetzt noch mal mit der Originalschaltung mit aktivem Lastausgleich. Das wird dann wohl eine Art Hybridschaltung - die ganz kleinen Ströme werden direkt vom OpAmp getrieben und irgendwann schalten sich die FETs dazu. Na ja, mal sehen...

Mal eine Vermutung: Problem mit Offsetspannung oder -strom des OPV-Eingangs? (Kann jetzt aber nicht erklären, warum das bei einem FET nicht auftritt ;-).

M.

Matthias Weingart schrieb:

LT1077 mit jeweils 68R Widerstand vor den Eingängen, da ist selbst der Worst-Case von 260uV etwa 100 mal zu klein.

Ja, irgendwie seltsam. Mit Load-Balancing und belastetem Gate bin ich jetzt auf 6 mA heruntergekommen und habe bei 12 A eine recht exakte Stromverteilung von jeweils 3 A +/- 5 mA. Jetzt habe ich noch eine weitere Schaltungsidee, bin aber abgerutscht und brauche erst einmal einen neuen LM324 - scheiß Bastelei! ;o)

In solchen Faellen ist es guenstig das Scope an den Ausgang des Opamp zu haengen. Der sollte ganz unten an der negativen Schiene (oder GND) haengen. Beim LM324 ist dazu ein Pull-Down Widerstand noetig.

Dann sieht man auch ob etwas schwingt. Bei zu hoher kapazitiver Last kann das passieren, muss wie Robert schrieb abgekoppelt werden.

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Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

LT1077 ... LM324 ... aehm ... welcher isses denn nun?

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Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

Joerg :

Äh ja, bei solchen Monsterfet's sind das ja schon etliche nF. Bei solch großen kapazitiven Lasten schwingt eigentlich erst mal fast jeder OPV - wenn nicht sofort, dann spätestens auf Anregung von aussen hin (EMV). Bin bei sowas (treiben eines langen Koaxkabels) dann zum LM8261 gewechselt, der schwang auch nicht, wenn man ihm ein Handy ans Kabel hielt.

M.

Joerg schrieb:

Der LT1077 macht die Regelung, der LM324 ein Quad-Load-Balancing.

MaWin schrieb:

Aha, da ist meine Schaltung vielleicht noch etwas zu einfach ohne C und R in der Rückkopplung. Jedenfalls wird da genau mein Problem beschrieben "Auch diese Schaltung hat allerdings Probleme bei bestimmten Lasten (wenn der eine MOSFET noch zu wenig Strom zieht...".

Allerdings fehlt die Lösung... ;o)

Okay, dann weiß ich wieder, wo ich weiterbasteln kann.

Dann kommt es darauf an wie das verschaltet ist. Ich nehme an Du hast das ueber Summenbildung oder einen weiteren Shunt so gemacht dass der LM324 Offset nicht eingeht.

Falls erlaubt kann es helfen den Schaltplan ins Web zu setzen.

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Gruesse, Joerg

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ed snipped-for-privacy@tantec.de (Edzard Egberts) am 10.09.12:

Äh, das wäre vermutlich der erste Schritt gewesen.

Wir haben dammalZ mit /einem/ OP77 Mosfets angesteuert, um 160A bei etwa 35V Spannungshub stromzuregeln. Ging. Allerdings relativ langsam, so etwa 0.2-0.3 ms für den vollen Hub. War aber nur 1ms gefordert, von daher paßte das.

Bei den Vorarbeiten dazu hatten wir freilich auch wunderschöne Schwingerei, die unser damaliges 40MHz-Scope nicht auflösen konnte. Nebel auf dem Schirm und frei wählbare Ausgangsströme durch Handauflegen.

Rainer

--
In Berlin (=ein ca. 882qkm großer Fleck auf der Landkarte, wo sich
kein Geld befindet und importierte Zahlungsmittel sofort verdampfen)
fahren die RTW mit nur noch zwei Mann: Einer fährt, der andere füllt
derweil den Totenschein aus. (Christian Dürrhauer in ger.ct)

Den brauche ich nicht reinzusetzen, den habe ich als Standardschaltung aus dem Web, z.B. aus

+-----------------+-- DD | | +--------------(--+ | GG --+--|+\ | +--|+\ | | >--+----|I | >--+----|I MOSFET +--|-/ C |S +--|-/ C |S +--------+--R--+ +--------+--R--+ | | R R | | +-----------------+-- SS

Ich habe aber schon nachgewiesen, dass das nicht an der Ansteuerung liegt, sondern rein an der Parallelschaltung der MOSFETs selbst, also auch ohne Balancing-OpAmp auftritt.

Die Erklärung "wenn der eine MOSFET noch zu wenig Strom zieht, wird aufgeregelt, dadurch bekommt der andere MOSFET aber weniger Strom und regelt nach, dann muss der erste MOSFET wieder weniger liefern" leuchtet mir bis gerade nicht ein, aber jetzt habe ich die Kennlinien vom IRF1010N vor mir. Die sind ja gar nicht monoton steigend, sondern haben besonders bei kleinen Strömen (und dann wieder bei großen) und geringen Sperrschicht-Temperaturen einige Beulen, was das Verhalten erklärt.

Das war mich am wichtigsten, ich kann den Strom ja schon von etwa 50 mA bis 12 A in 200uA-Schritten stabil halten (was mein Chef für einen "großen Wurf" hält), aber so lange ich die Schaltung nicht vollständig im Griff habe, geht da nichts in Serie.

Ob sich das Linearisieren lässt, wenn die Rückkopplung nicht direkt an Source geht, sondern den Rsource noch einschließt? Mal sehen...

wie schnell muß denn der Opamp nachregeln können - nur DC oder doch was anderes?

meine "Uralt-Lösung" für die thermische Lasteverteilung von 4 FETs war, Germaniumdioden in Sperrichtung an das Gate gegen Source (so nah wie möglich am Transistor) zu legen und das Gate mit einem

10k-Widerstand anzusteuern. Ist zwar langsam, aber der deutlich steigende Leckstrom der Dioden bei steigender Temperatur des FETs reduziert so die Gatespannung und damit das thermische Davonlaufen eines einzelnen FETs. Hat bei einer elektronischen Last (ohne Lastsprünge, nur Dauertest zum "einbrennen") tadellos fiunktioniert.

Grüße

- Michael Wieser

Michael Wieser schrieb:

Langsam ist kein Problem, aber funktioniert Deine Lösung im Bereich von

0..50 mA?

So wie ich die Sache verstanden habe, handelt es sich bei meinem Problem gar nicht um ein Problem der Lastverteilung, sondern es resultiert aus dem "gewellten" Verlauf der FET-Kennlinien für kleine Ströme. Wenn man die parallel schaltet und eine gemeinsame Gatespannung verwendet, führt eine monoton steigende Gatespannung zu ansteigenden und wieder abfallenden Strömen, was die Regelung natürlich vermurkst.

Edzard Egberts :

Interessant.

Die Lösung ist da wohl, für jeden FET eine einzelne Regelschaltung zu bauen und diese Stromregler dann parallelzuschalten, wie das hier schon jemand vorgeschlagen hat. Braucht ja auch nur 4 OPV's.

M.

Am Tue, 11 Sep 2012 09:08:17 +0200 schrieb Edzard Egberts:

Vergessen wo, aber ich hatte mal eine Schaltung gesehen, die das mit einem zweiten Paar MOSFETs für den kleinen LEistungsbereich löst. Also zum den vier IRF1010 noch jeweils ein ... was auch immer den Bereich passen abdeckt und sich bis 50mA gut regeln läßt, meinetwegen BF245 oder so. Die haben natürlich selbst wieder (höhere) Source-Rs, Maximalstrom bzw. Verlustleistung begrenzen.

HTH, Marc

Am Tue, 11 Sep 2012 09:29:42 +0000 schrieb Marc Santhoff:

Natürlich nicht, keinen JFET. Ich meinte BSS123, wenn nicht zu klein.

Guten Morgen, Marc

Am 11.09.2012 09:08, schrieb Edzard Egberts:

Hmm, also die Kennlinien im Datenblatt gehen bei 1A los und ich sehe da nur Beulen im 5-10A Bereich. Das erklärt für mich nichts. An Leckströme der MOSFETs glaube ich hier bei normalen Temperaturen nicht. Dein FET hat laut Datenblatt maximal 250µA Leckstrom bei 150°C Junction-Temperatur. Kann es vielleicht sein dass einer Deiner FETs geschädigt ist? z.B. beschädigtes Gateoxid, so dass ständig Ladung übers Gate abfließt?

Ich trau mich ja gar nicht zu fragen, aber in Deiner Schaltung oben zweigst Du am Drain Strom für den Regler ab. Kann es sein, dass da Strom fließt, den Du bei Deinen Messungen nicht berücksichtigt hast?

Im Übrigen sollte man moderne MOSFETs nicht für den Linearbetrieb verwenden, insbesondere nicht bei hohen Leistungsdichten. Trotz Symmetrierwiderstand kann Dir sonst ein Hotspot den Chip kaputtmachen (vielleicht hast Du sie damit geschädigt?).

Für Linearbetrieb eignet sich noch am besten die alte DMOS-Technologie, die ist da nicht so kritisch. Siehe auch:

Michael