Photodioden-Optokoppler für MOSFET Gatedrive
#1
Gerade in dieser AN

.pdf   AN106_LTC.pdf (Größe: 345.55 KB / Downloads: 17)

entdeckt: Photodioden-Optokoppler, die am Ausgang mehrere Photodioden in Reihe geschaltet haben und so direkt ohne Hilfsquelle das Gate eines MOSFET treiben können -- praktisch!
[Bild: attachment.php?aid=4133]
   
Zwar erzeugen die nur µA an Strom und ein paar Volt, aber es reicht für den Gatedrive und man erspart sich eben die Hilfsquelle.
Die Toshis sind recht langsam (1ms), Vishay ist schneller (µs). Andere Hersteller gibt es natürlich auch noch, wie eine kurze Suche bei Mouser ergab.

.pdf   TLP190B_Toshiba.pdf (Größe: 323.25 KB / Downloads: 9)

.pdf   TLP3905_Toshiba.pdf (Größe: 486.05 KB / Downloads: 8)

.pdf   VOM1271_Vishay.pdf (Größe: 127.88 KB / Downloads: 13)
Gruss, Eric

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#2
Hallo Eric,
(29.07.2019, 00:20)tcfkat schrieb: Die Toshis sind recht langsam (1ms), Vishay ist schneller (µs).
"schneller" ist relativ. Die Angaben von Toshiba sind realistischer (1 nF) als die von Vishay (200 pF) und für Schaltbetrieb muss man schon kräftig in die LED brüllen. Bei dem gezeigten AC-Längsregler spielt das aber keine Rolle, da wurde der Koppler sogar mit 30 nF extra langsam gemacht.

Grüsse,
Hartl
Da streiten sich die Leut' herum
oft um den Wert des Glücks;
der Eine heißt den Andern dumm,
am End' weiß keiner nix.
Hobellied von Ferdinand Raimund (aus "Der Verschwender")
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#3
Yepp, damit eignen sich die Teile auch um ein längsgeregeltes HV-NT extrem simpel aufzubauen, mit der Regelung lowside.
Ich hatte vor ein paar Wochen so etwas entworfen, allerdings noch mit klassischem PC817:

.pdf   MiniHVNT_DRAFT.pdf (Größe: 33.84 KB / Downloads: 30)

Ist noch nicht fertig. An der PCB hatte ich angefangen, aber zu viele Baustellen ...
Gruss, Eric

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#4
(29.07.2019, 16:13)tcfkat schrieb: Yepp, damit eignen sich die Teile auch um ein längsgeregeltes HV-NT extrem simpel aufzubauen, mit der Regelung lowside.
Ich hatte vor ein paar Jahren auch so etwas verbrochen, allerdings nie aufgebaut ...
Die Schaltung trägt den Datumstempel Januar 2012.


.pdf   stab_v1.1a-test.pdf (Größe: 15.37 KB / Downloads: 35)
Grüße Gert

Ich stimme mit der Mathematik nicht überein. Ich meine, dass eine Summe von Nullen eine gefährliche Zahl ist.
Stanislaw Jerzy Lec
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#5
Hallo Gert,

Deine Schaltung ist aber auch klassisch mit Stelltransistor und nicht Optokoppler. Da kann man den OP auch einsparen und den TL431 die Regelung machen lassen, so etwas hatte ich mal entworfen (Einspeisung am linken Elko, nicht eingezeichnet):
   

Aber Vorsicht, beide letztgenannten Schaltungen sind nicht rückspeisefest, bei Rückspeisung zerreisst es den Stelltransistor. Das Problem hat die Schaltung mit dem Optokoppler nicht.
Gruss, Eric

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#6
(01.08.2019, 14:50)tcfkat schrieb: Hallo Gert,
Deine Schaltung ist aber auch klassisch mit Stelltransistor und nicht Optokoppler. Da kann man den OP auch einsparen und den TL431 die Regelung machen lassen, so etwas hatte ich mal entworfen (Einspeisung am linken Elko, nicht eingezeichnet):

Aber Vorsicht, beide letztgenannten Schaltungen sind nicht rückspeisefest, bei Rückspeisung zerreisst es den Stelltransistor. Das Problem hat die Schaltung mit dem Optokoppler nicht

Eric, mir ging es mehr darum, eine "hohe" Ausgangsspanung mit einem Lo-Side Regler zu verbinden. Du hast den Photo-Fet verwendet, in einem Design, welches nicht galvanisch getrennt ist. Ich kenne den Optokoppler nicht persönlich, weiss aber von seiner Existenz. Ich hab auch keinen Plan, den irgendwann mal sinnvoll einzusetzen, wo er seine Stärken ausspielen kann.
Ich wollte nur den Spannungsversatz zeigen.  Der FET macht in (Basis)-Schaltung m.M.n keine zusätzliche (Spannungs)-Verstärkung, nur Strom, den ich hier nicht brauche. Der OPV kann das alleine machen und bei Kompensationsmaßnahmen bin ich hauptsächlich nur mit dem OPV beschäftigt.

Danke für Deine Schaltung, die hat was. Sehr interessant ...

Rückspeisung tritt normalerweise nicht auf.  Über diesen Fall denke ich nicht wirklich nach. Sollte eine Diode über das Stellglied entschärfen ...
Grüße Gert

Ich stimme mit der Mathematik nicht überein. Ich meine, dass eine Summe von Nullen eine gefährliche Zahl ist.
Stanislaw Jerzy Lec
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#7
Nachdenk Basisschaltung

Bei der Emitterschaltung steuert der Basistrom den Kollektorstrom. Ic x Uc machen Leistung, Ib bleibt klein.

Bei der Basisschaltung steuert der Emitterstrom den Kollektorstrom. Ic x Uc machen Leistung, Ie ist aussteuerungsabhängig

1. Der Treiber muss auch den max-Strom liefern können(*)
2. bei gegebener Uc ist in dem Produkt Uc x Ic die Ausgangsleistung versteckt
3. damit muss auch die Basisschaltung zwangsläufig eine Spannungsverstärkung haben
4. das funktioniert linear nur im A-Berieb

* Was ist mit der Treiberleistung, die ggnfls. erheblich scheint?

Mir fehlt da etwas Wissen zur Basisschaltung, mach mich mal schlau ....

Ed. Langsam klickt es. Mir fällt jetzt ein Gespräch mit G.Reinhöfer zum Thema wieder ein. Mal sehen, ob ich daraus was zeichnen kann.
Grüße Gert

Ich stimme mit der Mathematik nicht überein. Ich meine, dass eine Summe von Nullen eine gefährliche Zahl ist.
Stanislaw Jerzy Lec
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#8
Hallo Gert,

vorweg, die Schaltung in #3 ist mit einem normalen Optokoppler, also mit Transistorausgang. Die Spannungsdifferenz zwischen der masseseitigen Regelung und dem Längstransistor macht der Optokoppler. Bei einem Stelltransistor muss diese Spannungsdifferenz eben der Stelltransistor machen (MOSFET in Deiner Schaltung, BJT in meiner Handskizze).

Die Basisschaltung des Stelltransistors macht Spannungsverstärkung, aber keine Stromverstärkung. Die größte Verlustleistung im Stelltransistor findet bei einer Ausgangsspannung statt, die ungefähr der Hälfte der Eingangsspannung entspricht (Prinzip Leistungsanpassung, da ist der Peak).

Rückspeisung: nicht unterschätzen. Rückspeisung findet dann statt, wenn die Ausgangsspannung einstellbar ist, am Ausgang eine Kapazität ist (also eigentlich immer) und die Spannung herunter gestellt wird. Der Regelkreis versucht dann den Ausgang entsprechend nachzuregeln, d.h. den Stelltransistor aufzusteuern (stärker leitend) zu machen. Dieser, eigentlich nur für die geringe Ansteuerleistung des Längsregeltransistor ausgelegte Transistor, muss also den vom Ausgang kommenden Strom aufnehmen und platzt einfach. Dieser Rückstrom muss verhindert werden, eine Diode über den Stelltransistor hilft nicht.
Der Längsregeltransistor ist nicht gefährdet, MOSFET haben eh eine Drain-Source-Diode drin.
Gruss, Eric

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#9
Mit dem Photodioden-Optokoppler wird es geradezu absurd einfach (ohne Strombegrenzung):
   
Gruss, Eric

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#10
(03.08.2019, 12:10)tcfkat schrieb: Mit dem Photodioden-Optokoppler wird es geradezu absurd einfach (ohne Strombegrenzung):
Beeindruckend ... Smile

Zitat:Ed. Langsam klickt es. Mir fällt jetzt ein Gespräch mit G.Reinhöfer zum Thema wieder ein. Mal sehen, ob ich daraus was zeichnen kann. 
Letztlich sind wir bei etwa praktikablen 4:1 rausgekommen. Ausprobiert haben wir es nicht mehr, er ist am 12.03.14 für immer gegangen.

.pdf   untitled.pdf (Größe: 11.69 KB / Downloads: 35)
Grüße Gert

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Stanislaw Jerzy Lec
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#11
...das war durch mich Induziert, ich wollte damals GK71 in Triode in Gitterbasis fahren...

Gruß,
Holm
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#12
(02.08.2019, 20:01)tcfkat schrieb: Hallo Gert,
...

Rückspeisung: nicht unterschätzen. Rückspeisung findet dann statt, wenn die Ausgangsspannung einstellbar ist, am Ausgang eine Kapazität ist (also eigentlich immer) und die Spannung herunter gestellt wird. Der Regelkreis versucht dann den Ausgang entsprechend nachzuregeln, d.h. den Stelltransistor aufzusteuern (stärker leitend) zu machen. Dieser, eigentlich nur für die geringe Ansteuerleistung des Längsregeltransistor ausgelegte Transistor, muss also den vom Ausgang kommenden Strom aufnehmen und platzt einfach. Dieser Rückstrom muss verhindert werden, eine Diode über den Stelltransistor hilft nicht.
Der Längsregeltransistor ist nicht gefährdet, MOSFET haben eh eine Drain-Source-Diode drin.
Hallo Eric,
hab mir das jetzt sicher 20 mal durchgelesen und nicht wirklich kapiert.
Meinst Du so ein Szenario:

Der Steller (High-Side) liefert per Regelschleife eine konstante Ausgangsspannung auf ein $Speicherelement$. Nun drehe ich die Spannung runter: der Basisstrom (und B-Spannung) bzw. die Gatespannung geht runter gegen 0, um sich dann wieder einzupendeln/stabilisieren auf eingestellte Werte. Passiert auch bei einem Kurzschluss (Extremfall).
Damit wird die max. negative Ube bzw. Ugs ggfls. überschritten und der Halbleiter platzt.

Wenn das so stimmt, weiss ich jetzt, warum mein selbstgebautes Regelnetzteil aus dem FA mit Thyristorvorregler um 1984(?) rum halbwegs vernuenftig funktionierte (ich glaube, da waren nur 10µ am Ausgang, und es floss immer(!) Ausgangsstrom), jedoch bei harten Kurzschluss kaputt war.
Grüße Gert

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Stanislaw Jerzy Lec
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#13
Hallo zusammen,

ich stell mir jetzt mal vereinfacht einen BC517 Darlington als Längstransistor vor.
Den Transistor im Leistunspfad schütze ich mit der Diode, den Treibertransistor nicht.
Die Spannung vor dem Leistungstransistor (Stellglied) ist ja immer höher als die
Ausgangsspannung, da würde kein Strom vom Ausgang zurück fliessen um die
Kapazität am Ausgang zu entladen.
Das bedeutet aber auch, wenn ich die Kapazität an den Ausgangsklemmen zu groß
mache, dann gibt es ein Problem, wenn ich die Spannung schlagartig vom Max nach
Min stelle.... Pitsch !


Gruß,
RE 084

Edit:
Also die Kombi Leistungssteller/Treibertransistor in einen Längsgeregelten Netzgerät
mit Einzeltransistoren realisieren und einzeln schützen .... ?

RE 084 heißt Hans und kommt aus 41844 Wegberg
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#14
Hallo Gert & Hans,

ich male ein Bildchen, dauert aber noch was.
Gruss, Eric

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#15
Habs eben schon getan ...
beide obige und untere Schaltungen sind fast gleich.
Wenn die Spannung schlagartig runter geregelt wird, wird die -Ube bzw die -Ugs überschritten und der Transistor platzt.
In den unteren Schaltungen platzt dann der OPV.

Ist tatsächlich ein ernstzunehmendes Problem. Muss mal die Schaltung meines NT überprüfen ...


Angehängte Dateien
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Grüße Gert

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#16
Hallo Gert,

ebend, das ist ein Regelkreis. Sobald die Ausgangsspannung auch nur geringfügig höher ist als der Sollwert, steuert der OP voll gegen, d.h. versucht den Ausgang nach Masse zu ziehen. Bei HV-Netzteilen und einem BJT als Längstransistor ist auch weniger die Überschreitung der Basis-Emitter-Sperrspannung das Problem; der Leistungtransistor hält schon etwas aus. Der Stelltransistor aber versucht nach Masse zu ziehen und wird überlastet (hohe Spannung und hoher Strom). Ein Schutzwiderstand in der Kollektorleitung des Stelltransistors entschärft das schon mal.
Gruss, Eric

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#17
Hallo,

mit P-Kanal FET eventuell auch was machbar?

Gruß
Ringo
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#18
Hab mir grade mal die Schaltung meines 30V/2,5A Netzteils angesehen: Regler auf Hi-Side mit floateten Versorgungsspannungen.. Eigentlich so, wie man es nicht bauen sollte.
Prinzipiell wie ein LM317. Stammt von STATRON, gekauft via Conrad um 1992 für lächerliche 119 DM. Geht immer noch tadellos.

@ Ringo, darüber hab ich gestern auch ne weile nachgedacht ... Ich denke, das funktioniert.
Grüße Gert

Ich stimme mit der Mathematik nicht überein. Ich meine, dass eine Summe von Nullen eine gefährliche Zahl ist.
Stanislaw Jerzy Lec
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#19
(15.08.2019, 20:30)gert schrieb: ...
Regler auf Hi-Side mit floateten Versorgungsspannungen.. Eigentlich so, wie man es nicht bauen sollte.

...

Warum sollte man das nicht machen?  Prinzipiell spricht nichts dagegen auf welches Bezugspotential man regelt, ob man nun die Referenz auf das positive Leistungspotential legt und die negative Leistungsspannung als Rückkopplung nutzt oder es anders macht, ist meiner Meinung nach erst mal wurscht.


   

Schaltung als Anregung. Wenn man auf 0-Volt runter regeln möchte, muss man den OV mit ner negativen Betriebsspannung betreiben.

Gruß Ringo
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#20
(15.08.2019, 21:32)ringole schrieb: Warum sollte man das nicht machen?

Gruß Ringo

Hatte ich schon geschrieben, LM317-ähnlich. Will man nicht haben: *ICH* will da keine kratzenden Regler haben.
In meinem Netzteil sind beide Regler gegen Drahtdrehwiderstände* ausgetauscht, denen und den 10-gang-Potis traue ich
deutlich mehr als dem heute erhältlichen Ramsch.

* Reichelt "P4W-LIN" Serie, damals noch deutlich unter 3 eus ...
Grüße Gert

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Stanislaw Jerzy Lec
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#21
(16.08.2019, 18:23)gert schrieb: ... *ICH* will da keine kratzenden Regler haben.
...

Sehe ich auch so. Darum tausche ich die, wenn nicht schon vorhanden, auch auf Deine genannten Typen um. Oder man macht das gleich digital. Nun gut, ich denke, das wär ein Thema für sich außerhalb dieses Thread Wink

Gruß
Ringo
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#22
@Gert: Bei einem HV-NT ist eine High-Side-Regelung durchaus sinnvoll! Außer dem Längstransistor muss nichts besonders spannungsfest sein, das erleichtert das Design erheblich! Anstelle der Potis serielle DACs, die über simple Optokoppler (PC817 / 4N37) angesteuert werden, und fertig ist das digitale NT.

@Ringo: klar, kann man so machen, dann muss der Regler aber auch den Eingangsripple wegbügeln. Bei einem Emitter-/Sourcefollower ist das weniger kritisch.

Die Rückspeisung kann man einfach verhindern mit einer Diode am Emitter/Source des Längstransistor, nur muss der Regelkreisabgriff natürlich hinter der Diode erfolgen, sonst hat man deren Spannungsabfall mit in der Ausgangsspannung.
Gruss, Eric

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#23
(17.08.2019, 11:14)tcfkat schrieb: ...

@Ringo: klar, kann man so machen, dann muss der Regler aber auch den Eingangsripple wegbügeln. Bei einem Emitter-/Sourcefollower ist das weniger kritisch.

Naja, ist schon richtig. Meist will man ja ne schnelle Sprungantwort haben, darum sollte der Eingangsripple unter der Ausregelzeit liegen. Bei korrekter Auslegung des Basis-Ziehwiderstandes sollte selbst der µA709 / A109 sowas ausregeln können Big Grin .

(17.08.2019, 11:14)tcfkat schrieb: ...

Die Rückspeisung kann man einfach verhindern mit einer Diode am Emitter/Source des Längstransistor, nur muss der Regelkreisabgriff natürlich hinter der Diode erfolgen, sonst hat man deren Spannungsabfall mit in der Ausgangsspannung.

D11 in #3 Deines Beitrags Wink

Gruß
Ringo
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#24
Hallo Ringo,

1) richtig, aber nen uralten 709/741 würde ich nicht gerade nehmen ...

2) yepp, so isset! Soll ja auch "bulletproof" sein ...
Gruss, Eric

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#25
Macht mal bitte hier den Thread nicht so lang, hier sollten eigentlich keine Diskussionen laufen, sondern das sollte eine Datenreferenz sein.
Ggf. sollten wir das verschieben.

Gruß,

Holm
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#26
Um zum Anfang zurück zu kommen, dieser kurzgeschlossene Brückengleichrichter, mit einen FET und Optokoppler Ansteuerung ist ein sehr interessanter Triac Ersatz für verschiedenste Steuerungsaufgaben, Motor Drehzahlregelung, in Lichtorgeln usw. In Zusammenhang mit Audio Technik ist diese Schaltung den Triac überlegen, weniger Störstrahlung.

Rolf
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#27
Hallo Rolf,

jau, ich hatte da mal vor 21 Jahren was als Lampensteuerung mit einem
Thyristor an Gleichrichterbrücke und UJT 2N2646 für 12Volt 20Watt
Halogen. Das Ganze dann direkt aus dem 12V Halogentrafo versorgt.
Das kam dann aber ohne Optokoppler aus.

Gruß,
RE 084

RE 084 heißt Hans und kommt aus 41844 Wegberg
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#28
@Rolf: der MOSFET arbeitet hier aber nicht im Phasenanschnitt, sondern im Linearbetrieb -- dementsprechend Verlustleistung. Der "kurzgeschlossene" Brückengleichrichter dreht die Phase halt immer richtig für den MOSFET, da kommt der Optokoppler ohne benötigte Hilfsspannungsquelle gerade richtig.

@Ringo: die D11 in #3 wäre hier eigentlich nicht nötig, da kein Stelltransistor vorhanden ist. Sie verhindert aber ein Laden des Glättungselkos über die D-S-Diode, wenn von außen Spannung angelegt wird, z.B. bei ausgeschaltetem Gerät.

@Mods: ja, verschieben wäre ok. Die Diskussion hier konnte ich nicht voraussehen ...
Gruss, Eric

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