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D.T.Schneiderlein(R)

13.06.2019,
09:13
(editiert von D.T.Schneiderlein
am 13.06.2019 um 09:25)
 

MOSFET Low-Side Treiber richtig anschließen (Elektronik)

Hallo Leute,

ich steh mal wieder etwas auf dem Schlauch und brauche Denkhilfe:
Es geht um eine Schaltung über die ich kürzlich bereits einen Eintrag im Forum geschrieben habe (http://www.elektronik-kompendium.de/forum/board_entry.php?id=271432&page=1&order=time&category=all). Nun geht es aber konkret um die korrekte Beschaltung eines LowSide Treibers (Infineon-1EDN7511B), der Mosfets (Infineon-IPT012N08N5) schalten soll.

Die Mosfets sollen einen Akku vor zu hoher Ladespannung durch einen Generator schützen. Strom max. 120A. Der Mosfet wird Low-Side betrieben, schaltet also den Minuspol des Generators aus, wenn der Akku die Ladeschlussspannung erreicht hat (der Akku muss nicht ganz voll geladen werden). Die Spannung messe ich mit einem uC. Selbiger liefert also das Schaltsignal für die Mosfets. Da die Mosfets erst ab 7V voll durch schalten möchte ich die Akkuspannung unter Zuhilfenahme des Treiber ICs als Gatespannung verwenden.

Nun zu meinen Fragen:
1. Im Datenblatt des Treibers ist ein Application example in dem der Treiber mit Gnd direkt an Source des Mosfets angeschlossen ist. Wenn ich nun aber die Gatespannung (bzw. VDD des Treiber ICs) aus dem Akku beziehen möchte müsste Gnd ja mit Drain verbunden werden. Kann ich das machen? Wenn ich Gnd an Source anschließe wird die Spannung auch viel zu groß für den Treiber und auch für das Gate des Mosfets.
2. IN- müsste dann ebenfalls mit Drain verbunden werden. Richtig?

Edit: Schaltplan angehängt.

D.T.Schneiderlein(R)

17.06.2019,
13:49

@ der olle Michi

MOSFET Low-Side Treiber richtig anschließen

» Tut mir Leid für dich, aber mit 5V Ansteuerung am G wirst du niemals deine
» gewünschten 1mR erreichen. Never ever...

Hm...irgendwie scheine ich mich unklar auszudrücken. Mir ist klar, dass ich mit den 5V nicht das 1mOhm erreiche. Aber gemäß dem Schaubild sind es unter 2mOhm.Das wäre noch im grünen Bereich.

Aber darum ging es mir gar nicht. Ich möchte ja die min. 10V des Akkus zum schalten verwenden. Und hier gibt es eben die Schwierigkeit, dass der Akku mit Minus an Drain hängt, sich das Gate aber auf Source beziehen muss. Hierfür suche ich eine Lösung.

der olle Michi(R)

im Norden,
17.06.2019,
12:43

@ D.T.Schneiderlein

MOSFET Low-Side Treiber richtig anschließen

» » zu b) Im Ausgangskennlinienfeld ist (auch typisch) zu sehen, dass er bei
» » U-GS = 5V und U-DS >= 0,5V bereits > 200 A ( in Worten : ZWEIHUNDERT)
» » fließen lässt. !!!!!
» » Die gewünschten 1 mR im ON-Zustand erreichst du erst mit U-GS = min.
» 10V.
»
» Ja, so sehe ich das auch. 5V sollten eigentlich genügen. Dennoch wurde mir
» davon abgeraten.

Tut mir Leid für dich, aber mit 5V Ansteuerung am G wirst du niemals deine gewünschten 1mR erreichen. Never ever...

--
Grüße
Michael

D.T.Schneiderlein(R)

17.06.2019,
11:38

@ der olle Michi

MOSFET Low-Side Treiber richtig anschließen

» zu b) Im Ausgangskennlinienfeld ist (auch typisch) zu sehen, dass er bei
» U-GS = 5V und U-DS >= 0,5V bereits > 200 A ( in Worten : ZWEIHUNDERT)
» fließen lässt. !!!!!
» Die gewünschten 1 mR im ON-Zustand erreichst du erst mit U-GS = min. 10V.

Ja, so sehe ich das auch. 5V sollten eigentlich genügen. Dennoch wurde mir davon abgeraten. Vielleicht wollte die entsprechende Person auch nur nicht zugeben, dass sie sich getäuscht hat. Das soll bisweilen vorkommen. Im Grund spielt das ja hier ja aber keine Rolle, denn der uC wird über einen Linearregler aus dem Akku gespeist, weshalb das Grundproblem bleibt...


» » Aber vielleicht muss ich da
» » nur mal den Knoten in meinem Kopf lösen :-)
» Dein Knoten heißt in Worten exakt: Ein PowerMOSFET muss die G-Ansteuerung
» IMMER BEZOGEN auf den S-Anschluss erhalten.

Ja, das ist richtig.


» » Ich habe jetzt nochmal versucht den MOSFET direkt an den uC
» anzuschließen.
» » Das funktioniert erstaunlicher Weise. Wenn der Pin an ist liegen 5V
» zwischen Source und Gate,....
» Das ist aber nur rein zufällig passiert, denn real in deiner letzten
» Schaltung bezieht sich die G-Ansteuerung bei dir auf D. DAS ist FALSCH.
» Siehe Knotenbeschreibung...!!


Hm, an einen "Zufall" kann ich hier jetzt nicht glauben. Da möchte ich jetzt schon wissen, wieso das geklappt hat. Ich komme aber nicht drauf...

Also um nochmal zusammenzufassen. Es bleiben folgende Optionen:
1. Ein Relais verwenden.
2. Einen galvanisch getrennten DC-DC-Converter verwenden und damit den Gate-Treiber ansteuern.
3. Die Generatorspannung mit einem HV Linearregler auf 12V stabilisieren und damit den Treiber ansteuern.

4. Ich frage mich, ob es nicht genau für diesen Einsatzzweck isolierte Gate Treiber gibt. Kennt sich damit niemand aus? Wenn das möglich ist könnte ich auf extra Bauteile verzichten und das Layout einfacher halten...

der olle Michi(R)

im Norden,
14.06.2019,
18:27

@ D.T.Schneiderlein

MOSFET Low-Side Treiber richtig anschließen

» » a) Manche (nicht LL-Typen) gehen schon bei 4,5 - 5V ab wie Schmidt's
» Katze.
» » b) Die allermeisten vertragen min. */- 20V U-GS; siehe Schaltung
» unten...
» a) Ich habe die MOSFETs mit dem kleinsten RDS die max. 80V UDS aushalten
» rausgesucht, denn ich will ja max. 120A schalten. Da spielt RDS schon eine
» große Rolle.
» b) Alle die schon bei 5V durchschalten und eine VDS über 60V aushalten
» haben einen wesentlich größeren RDS.
zu a) Wenn du mal GENAU in's DB https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-IPT012N08N5-DS-v02_01-EN.pdf?fileId=5546d4624a75e5f1014aca59127a1eb9 siehst:
Dein Muster-FET hat eine typische Threshold-Spannung von 3,0V (max. =3,8V), also da beginnt er gerade (langsam), den Kanal in den leitenden Zustand zu bringen.

zu b) Im Ausgangskennlinienfeld ist (auch typisch) zu sehen, dass er bei U-GS = 5V und U-DS >= 0,5V bereits > 200 A ( in Worten : ZWEIHUNDERT) fließen lässt. !!!!!
Die gewünschten 1 mR im ON-Zustand erreichst du erst mit U-GS = min. 10V.


» Aber vielleicht muss ich da
» nur mal den Knoten in meinem Kopf lösen :-)
Dein Knoten heißt in Worten exakt: Ein PowerMOSFET muss die G-Ansteuerung IMMER BEZOGEN auf den S-Anschluss erhalten.

» Ich habe jetzt nochmal versucht den MOSFET direkt an den uC anzuschließen.
» Das funktioniert erstaunlicher Weise. Wenn der Pin an ist liegen 5V zwischen Source und Gate,....
Das ist aber nur rein zufällig passiert, denn real in deiner letzten Schaltung bezieht sich die G-Ansteuerung bei dir auf D. DAS ist FALSCH.
Siehe Knotenbeschreibung...!!

So, muss jetzt wech....

--
Grüße
Michael

D.T.Schneiderlein(R)

14.06.2019,
16:19
(editiert von D.T.Schneiderlein
am 14.06.2019 um 16:20)


@ D.T.Schneiderlein

MOSFET Low-Side Treiber richtig anschließen

Ich habe jetzt nochmal versucht den MOSFET direkt an den uC anzuschließen. Das funktioniert erstaunlicher Weise. Wenn der Pin an ist liegen 5V zwischen Source und Gate, wenn er aus ist -0,5V. Das hängt vermutlich mit der Body Diode des Mosfets zusammen.
(Der Schaltplan ist natürlich vereinfacht. Zwischen Pin und Gate ist ein Widerstand und zwischen Pin und Gnd ein Pulldown.)

Wenn ich also die Spannung des uC-Pins verdoppeln könnte sollte das ganze funktionieren. Kann man so etwas mit einer Ladungspumpe machen? Gibt es dafür vielleicht fertige Bauteile? Ich kenne nur den MIC5019 und der ist zu schwach auf der Brust. oder kann ich das z.B. mit einem LTM8045 machen?

D.T.Schneiderlein(R)

14.06.2019,
13:58

@ Steffen

MOSFET Low-Side Treiber richtig anschließen

Ganz kurz zum Akku, auch wenn das eigentlich nicht Thema sein soll: LiFePo4 Akkus werden für gewöhnlich mit einer UE-Kennlinie geladen. Das Ladegerät begrenzt also zuerst den Strom (der Innenwiederstand des Akkus ist so klein, dass er die Spannung "besrimmt";) und dann, wenn die Ladeschlussspannung erreicht ist (der AKku ist fast voll und der Innenwiderstand wird größer), begrenzt das Ladegerät die Spannung (bis ein bestimmter Ladestrom unterschritten wird).
Um die Strombegrenzung kümmere ich mich anderweitig sodass der max. Ladestrom auf keinen Fall überschritten wird. Wenn die Ladeschlussspannung erreicht ist, dann würde hier der MOSFET öffnen. Mir ist klar, dass der Akku dann noch nicht ganz voll ist. Das hatte ich aber im ersten Post auch so erwähnt. Insofern ist das einzig mögliche Problem, dass der Ladestrom nicht konstant ist aber ich gehe davon aus, dass das dem Akku nicht besonders viel ausmacht. Die 70V ist die maximale Leerlaufspannung des Generators. und sollen eben genau nicht zum Akku

» Ob das unbedingt ein uC sein muss, bleibt dir überlassen. Ich krieg das auch ohne uC hin.... :-P
Den uC habe ich sowieso im Aufbau mit drin und so bleibe ich flexibel was z.B. den Schwellwert und die Hysterese dieser Schaltung anbelangt.

» a) Manche (nicht LL-Typen) gehen schon bei 4,5 - 5V ab wie Schmidt's Katze.
» b) Die allermeisten vertragen min. */- 20V U-GS; siehe Schaltung unten...
a) Ich habe die MOSFETs mit dem kleinsten RDS die max. 80V UDS aushalten rausgesucht, denn ich will ja max. 120A schalten. Da spielt RDS schon eine große Rolle.
b) Alle die schon bei 5V durchschalten und eine VDS über 60V aushalten haben einen wesentlich größeren RDS.

Allerdings funktionieren diese MOSFETs auch mit 5V. RDS wäre laut Schaubild etwas doppelt so groß. Damit könnte ich leben. Mir wurde aber an anderer Stelle dringend davon abgeraten das so zu machen.

» Nein, darfst du nicht, wenn S schon mit Gnd verbunden ist... ^^
Die Frage ist ja was ist hier überhaupt Gnd. Der geschaltete Minuspol des Generators verwirrt mich hier zusammen mit einer Stromquelle als Verbraucher (Akku) irgendwie dermaßen, dass ich komplett durcheinander komme... Gnd muss ja dann, zumindest für den Rest der Schaltung an Drain vom Mosfet bzw. Minuspol des Akkus liegen, denn des Minus-Pol des Generators soll ja eben genau getrennt werden. Nur funktioniert so eben der Mosfet nicht, weil er ja nur die Spannungsdifferenz zwischen Source und Gate kennt.

» Wie hoch ist denn die max. Betriebsspannung des Treibers? Kleiner 15V? Welche Spannung genau wird viel zu groß?
Die Leerlaufspannung des Generators kann im worst case bis zu 70V betragen. Wenn der Akku nun voll ist und der MOSFET den Generator vom Akku trennt, tritt dieser Fall ein. Die max. Bertiebsspannung des Treibers beträgt 20V.

» Da muss ich gleich mal was skizzieren...:-D
Ja, so könnte es funktionieren. Ich habe nur bedenken, weil die Spannung des Generators ja auch kleiner sein kann und der Mosfet dann nicht ganz durchschaltet. Allerdings fließt ja erst dann Strom, wenn der Generator auf dem selben Spannungsniveau wie der Akku ist und dann schalten die MOSFETs ja auch schon ganz durch. Trotzdem erscheint es mir irgendwie nicht richtig, die "unsichere" Generatorspannung zu schalten zu verwenden, wenn ich doch einen Akku mit stabiler Spannung habe. Aber vielleicht muss ich da nur mal den Knoten in meinem Kopf lösen :-)

JBE

14.06.2019,
13:52

@ D.T.Schneiderlein

MOSFET Low-Side Treiber richtig anschließen

» Hallo Leute,
»
» ich steh mal wieder etwas auf dem Schlauch und brauche Denkhilfe:
» Es geht um eine Schaltung über die ich kürzlich bereits einen Eintrag im
» Forum geschrieben habe
» (http://www.elektronik-kompendium.de/forum/board_entry.php?id=271432&page=1&order=time&category=all).
» Nun geht es aber konkret um die korrekte Beschaltung eines LowSide Treibers
» (Infineon-1EDN7511B), der Mosfets (Infineon-IPT012N08N5) schalten soll.
»
» Die Mosfets sollen einen Akku vor zu hoher Ladespannung durch einen
» Generator schützen. Strom max. 120A. Der Mosfet wird Low-Side betrieben,
» schaltet also den Minuspol des Generators aus, wenn der Akku die
» Ladeschlussspannung erreicht hat (der Akku muss nicht ganz voll geladen
» werden). Die Spannung messe ich mit einem uC. Selbiger liefert also das
» Schaltsignal für die Mosfets. Da die Mosfets erst ab 7V voll durch schalten
» möchte ich die Akkuspannung unter Zuhilfenahme des Treiber ICs als
» Gatespannung verwenden.
»
» Nun zu meinen Fragen:
» 1. Im Datenblatt des Treibers ist ein Application example in dem der
» Treiber mit Gnd direkt an Source des Mosfets angeschlossen ist. Wenn ich
» nun aber die Gatespannung (bzw. VDD des Treiber ICs) aus dem Akku beziehen
» möchte müsste Gnd ja mit Drain verbunden werden. Kann ich das machen? Wenn
» ich Gnd an Source anschließe wird die Spannung auch viel zu groß für den
» Treiber und auch für das Gate des Mosfets.
» 2. IN- müsste dann ebenfalls mit Drain verbunden werden. Richtig?
»
» Edit: Schaltplan angehängt.
»
»

Nehm doch ganz einfach ein Relais.

einen Schaltransistor und gut isses.

https://www.reichelt.de/hochstromrelais-12v-1-schliesser-150a-frc6ba-1-dc12v-p127021.html

der olle Michi(R)

im Norden,
14.06.2019,
09:53

@ JBE

MOSFET Low-Side Treiber richtig anschließen

» Was haben zum Teufel die 70V am Akku zu suchen....

Bis jetzt hatte ich nur in Erinnerung, dass die 70V die "Leerlauf"spannung sein sollen. Wir kennen natürlich nicht die "Ausgangskennlinie" des sog. Generators, wie auch immer er aussehen mag.

Ich habe gleichzeitig (böserweise) unterstellt, dass sich der Fragesteller mit den grundsätzlich einzuhaltenden Bedingungen beim Betrieb von LiFePo befasst und auseinandergesetzt hat.

--
Grüße
Michael

Steffen

14.06.2019,
00:29

@ Steffen

MOSFET Low-Side Treiber richtig anschließen

»

Ups...Text...:-D

Wenn man das so in etwa aufbaut, müßte der Spannunsregler+ Treiber doch dauerhaft versorgt sein, oder?
Vielleicht ist auch ein Denkfehler drin...
Das ganze Gemüse hab ich mal weggelassen, geht nur ums Prinzip.

Gruß Steffen

Steffen

14.06.2019,
00:25

@ Steffen

MOSFET Low-Side Treiber richtig anschließen

Steffen

14.06.2019,
00:07

@ JBE

MOSFET Low-Side Treiber richtig anschließen

» » » Moin Steffen,
» » »
» » » » Bodydiode vergessen?
» » » ...'s kann schon sein, dass ich darüber im ersten Ansatz nachgedacht
» » habe,
» » » aber das Thema nachhher irgendwie vergessen :-D :-D
» » »
» » »
» » » Na gut, dann müssen eben mal wieder zwei FETs in Reihe, also D an D
» ...
» » Die
» » » Ansteuerung des "oberen" wird dann ein wenig trickreicher. ;-)
» »
» » Oder den Treiber direkt vom Generator versorgen + diverse Unter- und
» » Überspannungsschutzmaßnahmen, evtl. Spannungsreglung und Signal über
» » Optokoppler.... Dann kann der Mosfet direkt den "Minuspol" vom Akku
» » schalten :-D
» »
» » Gruß Steffen
»
»
» Aus der Zeichnung heraus zu lesen ist, das ein Li Fe Po4 Akku geladen
» werden soll. 12V 40 Ah.
»
Hab ich nicht gesehen.

» Was haben zum Teufel die 70V am Akku zu suchen.
»
Evtl. max. Leerlaufspannung?

» Solche Akkus müssen ohnehin Konstantspannungsgeladen werden, das Ladegerät
» muss auf die Ladeschlusspannung angepasst sein.
»
» Also keine Stromquelle sondern Spannungquelle.
»
Nee...

» Nicht umsonst ist eine Ladeschaltung extrem Aufwändig, besonders für die Li
» Fe Po4 und konsorten.
»
» Auch ein Li Fe Po Akku als Starter Akku darf höchsten mit 14.4V geladen
» werden, mehr darf die Lichtmaschine nicht liefern.
»
» Wie gesagt das hängt vom Akkutyp ab, wie geladen werden soll, mit wieviel
» Strom und Spannung.
»
» Desweiteren muss auch der Ladestrom begrenzt werden, wieviel max Ladestrom
» fließen darf ist aus dem Akkudatenblatt zu lesen.
»
» Meistens 1C also in dem Fall 40A.
»
Richtig, aber unmöglich mit Konstantspannung.

» Als dann sinkt der Ladestrom zum Ende hin, ist er klein genug geworden wird
» über ihn der Ladevorgang beendet.
»
» Und nicht über die Ladespannung.
»
Wiederspricht sich zwar, aber ich weiß wie es gemeint ist. Und mir brauchst du das auch nicht zu erklären.

» Um einen DC/DC Wandler führt kein weg vorbei. wenn der Akku als Versorgung
» dienen soll für den Treiber.
Da muss ich gleich mal was skizzieren...:-D

Gruß Steffen

xy(R)

E-Mail

14.06.2019,
00:06

@ JBE

MOSFET Low-Side Treiber richtig anschließen

» Was haben zum Teufel die 70V am Akku zu suchen.

http://www.elektronik-kompendium.de/forum/board_entry.php?id=271432&page=1&order=time&category=all

Irgendwo in diesen Thread hat er das erwähnt.

JBE

13.06.2019,
23:24

@ Steffen

MOSFET Low-Side Treiber richtig anschließen

» » Moin Steffen,
» »
» » » Bodydiode vergessen?
» » ...'s kann schon sein, dass ich darüber im ersten Ansatz nachgedacht
» habe,
» » aber das Thema nachhher irgendwie vergessen :-D :-D
» »
» »
» » Na gut, dann müssen eben mal wieder zwei FETs in Reihe, also D an D ...
» Die
» » Ansteuerung des "oberen" wird dann ein wenig trickreicher. ;-)
»
» Oder den Treiber direkt vom Generator versorgen + diverse Unter- und
» Überspannungsschutzmaßnahmen, evtl. Spannungsreglung und Signal über
» Optokoppler.... Dann kann der Mosfet direkt den "Minuspol" vom Akku
» schalten :-D
»
» Gruß Steffen


Aus der Zeichnung heraus zu lesen ist, das ein Li Fe Po4 Akku geladen werden soll. 12V 40 Ah.

Was haben zum Teufel die 70V am Akku zu suchen.

Solche Akkus müssen ohnehin Konstantspannungsgeladen werden, das Ladegerät muss auf die Ladeschlusspannung angepasst sein.

Also keine Stromquelle sondern Spannungquelle.

Nicht umsonst ist eine Ladeschaltung extrem Aufwändig, besonders für die Li Fe Po4 und konsorten.

Auch ein Li Fe Po Akku als Starter Akku darf höchsten mit 14.4V geladen werden, mehr darf die Lichtmaschine nicht liefern.

Wie gesagt das hängt vom Akkutyp ab, wie geladen werden soll, mit wieviel Strom und Spannung.

Desweiteren muss auch der Ladestrom begrenzt werden, wieviel max Ladestrom fließen darf ist aus dem Akkudatenblatt zu lesen.

Meistens 1C also in dem Fall 40A.

Als dann sinkt der Ladestrom zum Ende hin, ist er klein genug geworden wird über ihn der Ladevorgang beendet.

Und nicht über die Ladespannung.

Um einen DC/DC Wandler führt kein weg vorbei. wenn der Akku als Versorgung dienen soll für den Treiber.

Steffen

13.06.2019,
22:38

@ der olle Michi

MOSFET Low-Side Treiber richtig anschließen

» Moin Steffen,
»
» » Bodydiode vergessen?
» ...'s kann schon sein, dass ich darüber im ersten Ansatz nachgedacht habe,
» aber das Thema nachhher irgendwie vergessen :-D :-D
»
»
» Na gut, dann müssen eben mal wieder zwei FETs in Reihe, also D an D ... Die
» Ansteuerung des "oberen" wird dann ein wenig trickreicher. ;-)

Oder den Treiber direkt vom Generator versorgen + diverse Unter- und Überspannungsschutzmaßnahmen, evtl. Spannungsreglung und Signal über Optokoppler.... Dann kann der Mosfet direkt den "Minuspol" vom Akku schalten :-D

Gruß Steffen

der olle Michi(R)

im Norden,
13.06.2019,
22:12

@ der olle Michi

MOSFET Low-Side Treiber richtig anschließen

Moin Steffen,

» Bodydiode vergessen?
...'s kann schon sein, dass ich darüber im ersten Ansatz nachgedacht habe, aber das Thema nachhher irgendwie vergessen :-D :-D


Na gut, dann müssen eben mal wieder zwei FETs in Reihe, also D an D ... Die Ansteuerung des "oberen" wird dann ein wenig trickreicher. ;-)

--
Grüße
Michael