Low-Side-N-Mosfet-Abwärtswandler

Ich sehe oft Schaltpläne von einfachen Abwärtswandlern. Die meisten dieser Schaltpläne verwenden einen P-MOSFET als High-Side-Schalter.

Warum wird dieses Design gegenüber einem Low-Side-N-MOSFET-Abwärtswandler bevorzugt?

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Würde dieses Design funktionieren? Die Last ist ein 12-V-Lüfter, 3,6 W. Der MOSFET würde direkt vom Mikrocontroller in PWM, 5-V-Logik, 32-kHz-Trägerfrequenz angesteuert.

Wenn ich den Mosfet ausschalte, wie kann die Last 15 V bekommen? Was meinst du mit umgedreht?
So einen Tiefsetzsteller habe ich noch nie gesehen. Ich bin mir nicht 100% sicher, dass es nicht funktioniert, es scheint, als würde die Masse durch den Mosfet und die Diode geschaltet, während der Eingang mit dem Ausgang verbunden bleibt. Ich würde eigentlich nmos statt pmos verwenden, denn dann hat man festes Potential an der Quelle. Der Vorteil dieser Schaltung gegenüber der klassischen besteht darin, dass Sie, wenn sie funktioniert, die Boostrap-Schaltung aufspießen.
Ich sehe keinen Fehler in dieser Schaltung, außer dass die Last nicht auf Masse, sondern auf Positiv bezogen ist.
@Marko. Die Last ist ein Lüfter. Ich bin mir nicht sicher, wie viel Level-Referenz hier wichtig ist.
IMO, Sie können auch sowohl L als auch C eliminieren. Vor allem braucht man keine 6.8H, das ist wirklich gewaltig. Das Problem könnte sein, dass der Lüfter bürstenlos ist und dies überhaupt nicht funktioniert.
Ich muss ein gefiltertes Signal an den Lüfter senden, konstante Gleichspannung mit geringer Welligkeit
Du solltest wirklich nicht so schnell eine Antwort akzeptieren. Jetzt wissen Sie vielleicht nie, was andere Leute gesagt haben könnten. Am besten mindestens 24 Stunden warten. Auf diese Weise hat jeder auf der ganzen Welt einen wachen Tag, um darauf zu antworten.
@Marko: Der Fehler ist das hohe dV / dt der Gleichtaktspannung der Last. Während die Ladung selbst in Ordnung ist, wird sie den Strahlungsemissionstest niemals bestehen. Nicht annähernd.
@ Olin. Ihre Antwort war so vollständig, dass ich denke, alles andere wäre im Vergleich dazu blass. ;-)

Antworten (4)

Ja, das funktioniert.

Der Vorteil ist, dass der Low-Side-Schalter besser angesteuert werden kann, da sein Eingang massebezogen ist.

Der Nachteil ist, dass die Last nicht massebezogen ist. Wenn Sie sicher sind, dass Sie eine schwimmende Last haben, dann ist dies eine sehr gute Sache. Normalerweise treibe ich zum Beispiel Magnetspulen mit einer ähnlichen Schaltung an. Diese Topologie funktioniert auch, wenn die Last die Primärseite des Transformators in einem Flyback-Schalter ist.

Hier ist zum Beispiel ein Ausschnitt eines Schaltplans, an dem ich gerade arbeite. Das Produkt ist ein Industriegerät.

Beachten Sie, dass Sie den Induktor und die Last umdrehen können. Dadurch wird eine Seite der Last mit der positiven Versorgung verbunden, wodurch der Gleichtaktspannungshub der Last reduziert wird.

In diesem Fall habe ich bewusst eine Induktivität hinzugefügt, obwohl die Last ausreichend induktiv ist, um die einzelnen Impulse zu glätten. Der Grund für L6 und C30 besteht darin, die Spannungsschwankungen auf dem SolValve-Draht zu filtern. Ohne diese beiden Komponenten würde dieser Draht die vollen Schaltimpulse führen. Das würde eine Menge HF-Emissionen verursachen.

Beachten Sie die Schottky-Diode, um die Flyback-Stromimpulse abzufangen. Schottky-Dioden sind dafür gut, solange die Spannung nicht zu hoch ist. 24 V liegen durchaus im Bereich, in dem eine Schottky-Diode sinnvoll ist.

Sie fragen sich vielleicht, warum ich mir Sorgen um Impulse mache, wenn der angesteuerte Magnet für 24 V ausgelegt ist und dies auch die verfügbare Versorgungsspannung ist. Ich könnte einfach Q6 einschalten, um das Magnetventil einzuschalten. Das kostet allerdings viel Kraft. Ich plane, Q6 für etwa 500 ms einzuschalten, um zunächst das Solenoid zu aktivieren, und dann mithilfe von PWM auf einen niedrigeren Durchschnittsstrom zurückzufallen. Das PWM-Tastverhältnis wird gewählt, um den Haltestrom durch das Solenoid sicherzustellen , im Gegensatz zum anfänglichen Aktivierungsstrom . Viele Relais und Solenoide sind so spezifiziert, dass sie weniger Strom (oder Spannung) benötigen, um sie aktiviert zu halten, als es dauert, sie anfänglich zu aktivieren.

Der Hauptvorteil dieser Topologie ist die einfache Steuerung des Low-Side-Schalters. In diesem Fall kommt das VALVE-Signal direkt von einem 0 bis 3,3 V Mikrocontroller-Digitalausgang. Dieser spezielle FET ist für einen maximalen Einschaltwiderstand von 37 mΩ bei 2,5 V Gate-Ansteuerung ausgelegt. Bei 285 mA werden nur 3 mW verbraucht. Das reicht nicht aus, um den Temperaturanstieg durch Berührung mit dem Finger zu bemerken.

danke olin. Ich denke, dass Sie durch die Reduzierung der Gleichtaktspannung darauf abzielen, die EMI zu reduzieren, richtig?
@Franc: Ja. ---
OK ich habe es. Jetzt dachte ich an Strahlungsemissionen. Sie haben erwähnt, dass das Design, wie es ist, aus offensichtlichen Gründen den Test nicht bestehen würde. Könnten Sie bitte den Unterschied zwischen Ihrer Schaltung und der von mir geposteten in Bezug auf EMI erklären? Ich bin daran interessiert zu verstehen, ob es sich auch um eine schwebende Spannung oder einen Strompfad handelt?
+ 1 für deine nette Antwort. Zumindest haben Sie den Mund zu denen geschlossen, die sagten, dass dieses Konzept des Dollars nicht funktionieren kann.
Dies erinnert mich an die grundlegende Mikrocontroller-basierte Relaistreiberschaltung. In dieser Schaltung legen wir eine Freilaufdiode über die Spule des induktiven Relais.
@ShantanuGupta: Was denkst du, wofür D5 ist?
@DaveTweed D5 ist für Freilauf. Wenn der MOSFET eingeschaltet wird, lädt er die Induktivität auf, aber wenn Sie den Mosfet einschalten, erzwingt die Induktivität aufgrund von di / dt eine große Spannung auf dem Mosfet. Die Diode D5 stellt dem induktiven Strom einen Weg bereit.
Die Schaltung wird funktionieren, aber es gibt einige potenzielle "Fallstricke". Der Betrieb der Flyback-Diode (D5) hängt vom Vorhandensein der Last ab, um einen Strompfad für die in L6 gespeicherte Energie bereitzustellen. Wenn die Last entfernt würde, während die Schaltung in Betrieb wäre, würde die Spannung an L6 unbegrenzt ansteigen und es würden schlimme Dinge passieren.

Ich schließe mich Olins Rat an, also hier ist deine Einkaufsliste:

Bei 300 mA ist IRFR3910 übertrieben, da Sie 2 Lüfter haben, wählen Sie einen billigen SO-8-Dual-FET mit niedrigem Qg für einen niedrigen Gate-Ansteuerstrom. Fügen Sie einen Gate-Widerstand hinzu, um die Flanken zu verlangsamen und EMI zu vermeiden. Bei 32kHz braucht man keine 10ns Schaltzeit, 1µs reicht vollkommen aus.

Verwenden Sie eine Schottky-Diode für eine schnelle Wiederherstellung (auch weniger EMI im diskontinuierlichen Modus).

Abgeschirmte Induktivität .

Für niedrige Ausgangsspannungen können Sie auch die Frequenz reduzieren ... aber Sie werden wahrscheinlich keine sehr niedrigen Ausgangsspannungen verwenden, da der Lüfter nicht starten würde.

Danke schön. Der Grund, warum wir auf 32 kHz gehen wollen, ist, mögliche hörbare Geräusche zu eliminieren, die durch das Umschalten erzeugt werden könnten
Ich dachte daran, die 2 Lüfter parallel zu betreiben.

Was ist mit der Rückkopplung, um den Ausgang zu regulieren? Da die Last nicht auf Masse bezogen ist, funktioniert ein direkter Teiler vom Ausgang nicht. Sie müssen einen Optokoppler verwenden, um die Referenz auf Masse zu verschieben.

Willkommen bei SX.EE. Dies ist keine vollständige Antwort, eher eine Klarstellung. Verwenden Sie in diesem Fall bitte die Kommentarfunktion anstelle der Antwort.

Ich habe Buck-Converter mit genau dieser Konfiguration entworfen und es funktioniert sehr gut. Der Hauptunterschied in Bezug auf die Anwendung besteht darin, dass Sie zwei Drähte zu Ihrer Last führen müssen. Abgesehen davon ist es einfacher zu steuern, Berechnungen und Leistung sind gleich - sogar besser - weil es einfacher / billiger ist, N-Kanal-MOSFETs mit niedrigem Widerstand zu finden.

Low-Side-N-Mosfet-Abwärtswandler
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