High-Side-Mosfet-Quellspannung schaltet nicht zurück auf Masse

Ich versuche, einen Abwärtswandler mit folgender Schaltung herzustellen: AbwärtswandlerIch habe eine PWM entweder mit einem Arduino nano oder einem atmega32u4 in den Mosfet-Treiber gesteckt (gleiches Ergebnis). Der Low-Side-Mosfet wird noch nicht verwendet (Gate auf Masse gelegt), ist aber schon da, da das Konstrukt am Ende ein 2-Quadranten-Wandler werden soll. Die genauen Stücke sind:

Mosfets: IPP50R140CPXKSA1

Induktivität: TLC/10A-102M-00

Kondensator: einfach 1 mF elco

Mosfet-Treiber: TC4432

Ich treibe das High Side Mosfet mit einer Frequenz von 100 kHz und einem Tastverhältnis von 0,3 (für diesen Test. Das Tastverhältnis ist variabel).

Problem: Hier ist ein Oszilloskopbild von zwei Spannungen. Die gelbe Kurve ist die Spannung zwischen High-Side-Mosfet-Gate und Masse. Die rosa Kurve ist die Spannung zwischen der hohen Mosfet-Quelle und Masse.Scope-Bild

Was ich jetzt nicht verstehe, ist genau, warum die High-Side-Quelle nicht direkt auf den Boden zurückgeht. Ich denke, es sollte wegen des 10-kOhm-Widerstands am Ausgang, der wie ein Pulldown wirkt. Ich erkenne (glaube ich) eine RC-Entladekurve, aber es scheint auch einen Versatz zu geben.

Ich möchte, dass der Mosfet aufhört zu leiten, sobald das Gate-Signal auf Masse trifft, aber andererseits brauche ich diesen hohen Kondensator auch wegen der ziemlich hohen Induktivität (um Resonanzprobleme zu vermeiden).

Ich habe versucht, den Ausgangswiderstand stark auf 150 Ohm zu reduzieren (da ich ziemlich hohe Ströme leiten möchte, muss das Gerät schließlich mit Widerständen von nur 1 oder 2 Ohm arbeiten), aber das Ergebnis ist überhaupt nicht stabil. Hier ist ein Bild, das ich gemacht habe, aber es ist eigentlich sehr veränderlich:

Bildbereich 2

Ich habe mehrere Skripte zum Thema Abwärtswandler nachgeschlagen, aber nie eine Erwähnung dieses Problems gefunden, was mich zu der Annahme veranlasst, dass es sich um ein ungewöhnliches Problem handelt.

Kurz zusammengefasst meine zwei Fragen:

Warum verhält sich die High-Side-Quellspannung so? Was bekomme ich nicht? Wie kann ich meinen Mosfet dazu bringen, den führenden Strom vollständig zu stoppen, sobald die Gate-Spannung Null ist?

Bearbeiten: Zur Verdeutlichung ist hier ein Oszilloskopbild einiger Dinge, nach denen in den Kommentaren gefragt wurde: Fahrer und VersorgungDie 9-V-Versorgungsspannung ist blau. Der Treibereingang ist rosa, der Treiberausgang grün.

Das Datenblatt meines Kondensators ist hier . Mit 1mF für seinen Wert meinte ich 1000uF

Bearbeiten 2 Dank des Kommentars von Trevor_G habe ich beschlossen, die Diode zu entfernen. Ich begann mit der Low-Side-Diode, und das Entladen wurde langsamer. Dann entfernte ich auch die andere Diode.

Und hier das Ergebnis mit beiden entfernten Dioden (rechtes Bild):beide Dioden

Gelb ist die Gate-Massespannung, Rosa ist die Source-Spannung des High-Side-Mosfets, Blau ist der Ausgang des 10-kOhm-Widerstands

Es scheint also, dass mein Problem darauf zurückzuführen ist, dass der Mosfet als Kondensator fungiert und dann die Diode entlädt. Was ich brauche, ist, dass die Quellenspannung auf Masse zurückgeht (am besten, um einen langsamen Entladevorgang ganz zu vermeiden), was mich mit der Frage zurücklässt: Wie kann ich dieses Kondensatorverhalten des Mosfets vermeiden, was könnte eine Hilfe dagegen sein?

Ihr Fahrer ist nicht highsidefähig? Es gibt keine Booster-Schaltung.
Ich sehe nicht, wie dieser TC4432 in Ihrer Anwendung als "echter" High-Side-Treiber funktionieren kann.
Was macht Ihre 9V-Versorgung während all dem?
@ Jeroen3 Du hast Recht, es scheint, dass ich bei der Auswahl des Treibers einen dummen Fehler gemacht habe. Das ändere ich auf jeden Fall. Trotzdem bin ich mir nicht sicher, ob dies die Ursache meines Problems ist, da die Umschaltung irgendwie zu funktionieren scheint, wenn auch nicht optimal. (Wahrscheinlich wegen der niedrigen Schwelle des Mosfets)
@Trevor_G Die 9V-Versorgung bekommt eine leichte Störung, wenn der Mosfet einschaltet, ansonsten scheint es absolut in Ordnung zu sein
Ya der falsche Fahrer sollte das Abbiegen nicht bewirken. Ich würde erwarten, dass die rosa Spur auf minus einen Diodenabfall fliegt, wenn das Gelb fällt. Ich frage mich, ob der MOSFET erschossen oder gefälscht ist. Können Sie das Treibersignal auch mit Gate und mit Ausgang anzeigen?
Haben Sie überprüft, dass 9V flach ist? Was ist der Verlustfaktor (tan delta oder ESR) von Cap. Das wirkt sich auf die Spannungsänderung aus. Kennen Sie Double-Layer-Effekte?
Bitte einen richtigen Datenblatt-Link für den Induktor und können Sie klarstellen, dass 1 mF 1000 uF bedeutet - wenn ja, dann auch ein Datenblatt-Link für diesen Teil.
@Trevor_G Ich habe bereits beide Mosfets überprüft und sie sogar gegen neue ausgetauscht, nur um sicherzugehen, ohne Erfolg. Was meinst du mit "Fälschung"? Ich habe den Beitrag für die Treibereingabe und -ausgabe bearbeitet
@TonyStewart.EEsince'75 9V ist flach. (siehe Bearbeiten) Laut Datenblatt beträgt die Dissipationswirkung des Kondensators 0,02. Ich weiß überhaupt nichts über den Doppelschichteffekt, werde das jetzt überprüfen, aber könnte es etwas mit meinem Problem zu tun haben?
"Der Treibereingang ist in Pink, der Treiberausgang in Pink" - leicht verwirrend ...
@Finbarr Danke für den Hinweis auf diesen Fehler, der korrigiert wurde
Was ist Cap P/N? Überprüfen Sie erneut die DF. Ich sehe höhere Werte.
Seufz ... Wenn Sie sich das noch einmal ansehen, fungiert Q2 als MOSFET-Kondensator. Was Sie sehen, ist diese Kapazität plus die Kapazität der Diode D4, die sich entlädt.

Antworten (1)

Die Kapazität des Mosfets ist hier nicht das wesentliche Problem. Der Kern des Problems sind die schlecht abgestimmten reaktiven Komponenten im Ausgangsfilter. Jede parasitäre Kapazität über dem unteren Mosfet (wahrscheinlich hauptsächlich aufgrund der Diode oder des Layouts) wird am Source-Anschluss von Q1 eine gewisse Spannung darstellen. Nicht weil Q1 nicht abschaltet, sondern nur wegen der gespeicherten Energie im LC-Kreis und der fehlenden Möglichkeit, sie abzubauen.

Siehe die folgende LTSpice-Simulation:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Nur 5 nF parasitäre Kapazität reichen aus, um die Wellenform zu erzeugen, die Sie sehen:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wenn ich die Ausgangswerte auf etwas Passenderes ändere: L = 3 mH, C = 60 nF und R = 150 Ohm, aber immer noch die 5 nF der parasitären Kapazität belasse, bekomme ich etwas mehr erwartet:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

V(n002) ist die Gatespannung von Q1, V(n004) ist die Sourcespannung von Q1, V(n005) ist die Ausgangsspannung und I(L1) ist der Strom durch die Ausgangsinduktivität.

Ich habe versucht, den Ausgangswiderstand auf Ihren Wert zu reduzieren (ich habe hier keine weiteren Induktivitäten) und mein Problem ist sofort verschwunden! (Auf Kosten eines großen Klingelns, das in meiner Mosfet-Quellenspannung auftritt. Ich werde noch mehr versuchen.)