[Black_Chicken]

Hallo Zusammen,

Mal wieder ein Brainstorming

im Rahmen meiner Masterabreit bin ich auf ein Thema gestoßen mit dem ich mich gerne näher beschäftigen würde: Hartschaltende Schaltwandler höherer Leistung (wie zB ClassD) in den Griff kriegen.

Meine Versuche mit stinknormaler Halbbrücke und TO247 waren bei 100kHz Schaltfrequenz (keine Sorge, kein ClassD) mässig erfolgreich - geht schon irgendwie, könnte aber besser sein. Der Stromabriss (di/dt) beim ausräumen der Body-Diode ist einfach zu massiv.

Ich versuche jetzt Ideen zusammenzutragen wie man das besser machen könnte (nicht für die Arbeit, die ist schon fast im Druck ).

Alleine bin ich auf folgende Ideen gekommen: (der unbeschriftete Mosfet ist der haupt-Schalter)


Nicht sehr üppig - ich weis. Was gibts noch? Ich hab mal was von transienten Entlastungsnetzwerken oder dergleichen gehört, finde jetzt aber nix gescheites. ARCP hab ich ncoh gefunden, fällt für ClassD aber eher raus.

Vielen Dank für den Input!

[voltwide]

nr1 hat das Problem, dass schwer sicherzustellen ist, dass die Paralleldiode hinreichend induktionsarm verschaltet ist, um den sicheren bypass herzustellen.
Nr2 ist ein alter Bekannter und sollte soweit seinen Zweck erfüllen.
nr3 ist mir neu, die Idee find ich brillant. Müßte eigentlich funktionieren.

Ansonsten würde ich nach möglichst geeigneten Schaltern suchen.
Es gibt ja z.B. Leistungs-JFETs

Sowar hier hab ich noch da:
http://www.infineon.com/cms/de/product/p...322ac7554c

[Black_Chicken]

Ja, die SiC-JFET und SiC-MosFET - die gibts auch noch. Würde ich für Anwendungen mit niedriger Spannung und hohem Strom (ClassD) eher auschließen. Normally-On ist jetzt auch nicht unbedingt mein Favorit

Was mir an nr.3 gefällt: Du kannst Diode (Ausschaltverhalten) und Hauptschalter (Leitendverluste) getrennt von einander optimieren. Der Blockierschalter kann irgendein super-niederohmiger LV-MosFET sein, fällt also im Leitendbetrieb kaum ins Gewicht. Die Ansteuerleistung erhöht sich natürlich.

[alfsch]

bzgl dem harten Schalten :

Zitat:Der Stromabriss (di/dt) beim ausräumen der Body-Diode ist einfach zu massiv.

gibt es erstmal natürlich die Wahl des mosfet, dh einen Typ mit möglichst "guter" Backdiode zu nehmen , zb IRF540Z (100V typ)
für höhere Spannungen gibts das allerdings kaum...

die Probleme entstehen beim Abschalten der Backdiode , "snappy" , dh die Diode zieht einen hohen Rückwärtsstrom und hört dann "schlagartig" auf, Strom zu ziehen;
dabei gibt es einen rapiden Anstieg der Spannung D-S am mosfet, was 3 Probleme produziert:
1. der schnelle Spannungsanstieg koppelt durch die Kapazität D-G auf das gate und schaltet den mosfet dadurch kurzzeitig wieder ein...das mag er nicht so gerne ;
-> Auswahl eines mosfet, mit möglichst geringer C g-d ;
2. die schnelle Stromänderung erzeugt in den induktiven Leitungen, zb in dem source-Anschluss-Beinchen selbst, eine Spannung , die das gate relativ zum source im chip positiv aufladen kann - der mosfet schaltet kurz wieder ein...boing
-> Auswahl eines mosfet, mit möglichst wenig Induktivität zwischen chip und externem Anschluss (zb die "direct fet" , chip ist flach nach aussen kontaktiert )
3. ein ganz dummer Effekt: der schnelle Anstieg der Spannung D-S am mosfet trennt die Schichten im chip so schnell, dass Ladungsträger mitten in der Schicht bleiben - die wollen dann natürlich auch noch raus - und erzeugen quasi ein Mehrschichten-Bauteil, ala Transistor, der jetzt auch noch Stromverstärkung bekommen kann und zu einem plötzlichen unkontrollierten Stromfluss führt - ist der stark genug, kommts zum punch- der chip bekommt ne Punktschweiss-stelle...boing

-> es gibt noch eine Möglichkeit, das zu verhindern bzw zumindest zu reduzieren

[Black_Chicken]

Hey!

Die ersten 2 Punkte hab ich genau so beobachtet. Bei der Auswahl des MosFET hab ich mir eigentlich schon Mühe gegeben (geringe Qrr, geringe Cgd, bei trotzdem aktzeptablem Rdson). Ob die Body-Diode "snappy" Verhalten aufweist oder nicht kann man halt schlecht aus dem Datenblatt ablesen - wüsste nicht wie ...

(Direct-FET ist leider rausgefallen - Gehäuse-Vorgabe wegen anderer Randbedingungen.)

[alfsch]

nu, wenn nix extra im db steht, sind alle mos-back-dioden eher "schnappig"
mit nem IRF640 hab ich das in meinem "mosfet-Tester" mal unabsichtlich getestet: ein Abschalt-puls bei 27A , und er killt sich ganz zwanglos selbst - dabei wird er noch nichtmal im geringsten warm (das geht viel zu schnell ab)

Zitat:-> es gibt noch eine Möglichkeit, das zu verhindern bzw zumindest zu reduzieren

der Dreh: man schaltet eine Diode par. zum mosfet , wie links in deinem Bildchen, nur diese Diode muss fein ausgesucht sein: ne soft-recovery mit der "passenden" Trr !
der Effekt: zuerst geht Strom in beide Dioden, die mos-back-diode und die direkt am mosfet angeordnete Extra-diode; beim Abschalten "schnappt" die mos-back-diode -klar- , nur die andere zieht noch immer Strom und baut den Stromfluss etwas langsamer ab ("soft") , somit wird der extreme Strom-abriss vermieden --- eigentlich ganz simpel

[Black_Chicken]

Ohha!

Ja schön, auf solchen Input hatte ich gehofft!!

Das bedingt aber auch, dass die Soft-Recovery Diode mehr Qrr hat als der MosFET, oder?

[alfsch]

jepp, zumindest das "Ausklingen" des Stroms muss länger sein
(in den wenigsten db von "soft" oder "fast" Dioden steht das Verhalten wirklich genau - muss man wohl letztendlich einfach messen und ne "passende" Type aussuchen)
+ die Vorwärtsspannung ausreichend klein, damit erstmal zumindest ein Teil des Stroms auch durch diese Diode geht

[Black_Chicken]

Das heisst dann wohl auch, dass beide Bauelemente thermisch sehr gut aneinander gekoppelt sind, die Vf der Body-Diode sinkt mit steigender Temperatur und wird dauerhaft vom Kanal "geheizt". Wohingegen die externe Diode nur in den Leitendphasen (Totzeit <100ns) "geheizt" wird...

Das mit der Vermessung der einzelnen Bauelemente auf Ihr Verhalten beim Ausrämvorgang hatte ich schon vermutet... ganz schöner Aufwand

[madmoony]

Das find ich hoch interessant....ab wann bringt es denn Vorteile,kann man das so pauschal sagen?

Also ich meine die Interne Diode auszutricksen....ab 100Volt...ab 300Volt oder ist es eine Kombination von Strom und Spannung?

[voltwide]

Die Problematik steigt gefühlt quadratisch mit der Betriebsspannung an.