Ich versuche, einen Abwärtswandler mit folgender Schaltung herzustellen: Ich 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.
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:
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: Die 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):
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?
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:
Nur 5 nF parasitäre Kapazität reichen aus, um die Wellenform zu erzeugen, die Sie sehen:
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:
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.
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