FET mit Opamp steuern

[Lupin III.]

Verstehe ich das richtig, dass ich mit dem Ausgang eines Opamp (in meinem Fall ein LM324) direkt einen FET (Leistungsfet IRF521 oder BUZ11) ohne einen Widerstand dazwischen steuern kann? Gibt es dabei etwas zu beachten, wenn der FET im Schaltbetrieb angesteuert wird (bis 10kHz)?

[kalledom]

Hallo Lupin III.,
Du kannst einen FET direkt ansteuern, der braucht keinen Strom, nur Spannung. Ich empfele aber einen (Schutz-) Widerstand ca. 1 K zwischen OpAmp-Ausgang und Gate.
Beachten solltest Du 2 Dinge:
1. Daß am OpAmp nicht mehr Spannung rauskommt, wie der FET am Gate vertragen kann. Sonst mußt Du mit einem weiteren Widerstand nach GND die Spannung 'reduzieren'.
2. Daß der Ausgang nicht gaaaanz langsam von Null nach Plus und umgekehrt wechselt, weil der FET sonst in den Regelbereich kommt und die Verlustleistung Probleme bereiten könnte. Eine Schmitt-Trigger-Beschaltung wäre ganz gut.

[Lupin III.]

2. Daß der Ausgang nicht gaaaanz langsam von Null nach Plus und umgekehrt wechselt, weil der FET sonst in den Regelbereich kommt und die Verlustleistung Probleme bereiten könnte. Eine Schmitt-Trigger-Beschaltung wäre ganz gut.

Ich habe das Schaltsignal zum Test auch noch durch einen zweiten Opamp mit voller Verstärkung durchgelassen, um zu schauen was das Limit des Opamps ist (arbeiten beide als Komparator).

Mit dem Oszi habe ich dann ein paar Zeiten durchgemessen:
Fallende Flanken
am Opamp: 50µs
an zweitem Opamp: 15µs
am FET-Ausgang (habe zur Zeit nur einen BS170): 1µs
Steigende Flanken
am Opamp: 30µs
an zweitem Opamp: 15µs
am FET-Ausgang: 5µs

Auch durch einen dritten Opamp wird Flanke nicht mehr steiler. Laut Datenblatt sollte er 10µs schaffen. Allerdings gehe ich nicht über 3V wie dort, sondern über 10V und er bekommt auch kein echtes Rechtecksignal geliefert. Da aber egal von welchem Opamp das Signal kommt, die Zeit am FET immer gleich ist, reichen auch die 50µs.

Wenn ich jetzt ungefähr die obere Grenze der Verlustleistung am FET berechnen will, würde ich das so machen:
Ich vernachlässige mal den Verlust bei RDS(on) und nehme an, dass während der Flankenzeit die halbe zu schaltende Spannung bei vollem Strom abfällt (müsste die größte Leistung ergeben). Dann nehme ich den Anteil davon, der dem Anteil der Flankenzeiten an einer ganzen Periode entspricht. z. B.:
U/2 = 6V, I = 3A, Flankenzeit am FET = 6µs, T = 1ms
3 * 6 * 6 / 1000 =~ 100mW
Stimmt das?

MfG,
Lupin

PS: im Datenblatt eines Herstellers für den LM324 habe ich gelesen, dass der obsolet sein soll. Was ist der Nachfolger dafür bzw. wie finde ich den?

[Lupin III.]

Habe jetzt doch noch den Verlust bei RDS(on) ausgerechnet. Der BUZ11 hat z. B. 0,04Ohm. Bei 3A macht das 0,12V Spannungsabfall, was wiederum 0,36W verbratene Leistung bedeutet (im Fall, dass die PWM knapp vor "ganz an" ist). Das ist dann doch mehr als ich gedacht habe (allerdings im Verhältnis zu der in der kurzen Umschaltzeit doch wieder wenig). Wenn ich das jetzt zu den 0,1W von vorher dazuzähle bin ich mit 0,5W auf der sicheren Seite und brauchen auch keinen Kühlkörper, oder?

[kalledom]

Wenn Du einen Transistor oder FET 'sauber' schaltest, also in die Sättigung gehst, und saubere / steile Schalt-Flanken hast, brauchst Du nur die Verlustleistung aus dem Spannungsabfall von C-E mal Strom bzw. Widerstand von S-D mal Strom2 zu berechnen. Alles was sich unter 1 Watt bewegt, kommt ohne zusätzliche Kühlung aus (Fingerprobe), alles was drüber ist, braucht Kühlkörper.

[Stromus]

Einspruch:

Schaltverluste

[kalledom]

@Stromus
Einspruch angenommen.
Aus Deiner Sicht als 'Schalt-Netzteil-Bauer' sind die Schaltverluste sicher relevant. Wie relevant sind die Schaltverluste in diesem Thread bei 10 kHz und den angegebenen Anstiegs- / Abfall-Zeiten ?

[Erfinderlein]

Bäuerliche Grüsse aus GR

[Stromus]

Bäuerliche Grüsse aus GR

auch bäuerliche Grüsse an alle Bauer

Ach ja bin nicht nur für Schaltnetzteile unterwegs Es gibt noch so einige Themen, die ich aus "Langeweile" auch noch zusätzlich bearbeite.

Ein/Mehrere Bilder habe ich bislang nicht gesehen. Weder Schaltplan noch Messungen....also?

[Lupin III.]

Die Bilder von der Messung sind recht langweilig, ziemlich linear von 0 auf 100 und zurück sozusagen. Nur die Linie am Drain des FETs ist ein bisschen abgerundet. Die Zeiten entsprechen dabei den oben angegebenen (das ist wirklich die von 0% auf 100% und nicht die 10%-bis-90%-Zeit).

Der Schaltplan sieht ähnlich aus, wie im Bild unten (ohne Spannungsregler und alles was am Drain [z. Zt. auch nur ein BS170] hängt wurde zum Testen durch einen Lastwiderstand ersetzt, Teilewerte hier). Die Frequenz ist durch einen kleineren Kondensator höher, ich habe das ganze jetzt auf ca. 1kHz eingestellt.

Nachdem ich hier jetzt gleich 3 der großen Forumsexperten habe (ernst gemeint, *schleim*), gleich noch eine Frage zur Dimensionierung: auf anderen Seiten habe ich gelesen, dass bei hohen Strömen lange Leitungen auch als Induktivität behandelt werden sollten. Die Stromversorgung kann schon mal 5m von der Stromquelle weg sein (12V-Bordnetz) und geschalten wird eine "LED-Leiter" (2 Versorgungsleitungen mit parallelen LED-Vorwid.-Stegen) die an die 10m sein kann und theoretisch sogar spulenartig aufgewickelt sein könnte.

Wie sieht es damit in dieser Schaltung bei 1kHz aus? Es sollen immerhin 3A oder mehr geschalten werden. Brauche ich schon eine Freilaufdiode? Sollten irgendwo große Elkos eingebaut werden? Wie sieht es mit der Rückwirkung auf das Bordnetz aus?