Den passenden MOSFET-Treiber finden

Anbieter zum Thema

Bicker Elektronik GmbH

RECOM Power GmbH

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Microchip Technology, Inc.

Microchip Technology GmbH

Auswahl eines MOSFET-Treibers für Motorregelungen

Als Beispiel soll die Auswahl eines MOSFET-Treibers zur Regelung der Drehzahl und Drehrichtung eines Motors betrachtet werden. In dieser Anwendung wird die Motorspannung entsprechend beeinflusst. Die Schaltung des Gate-Treibers wird hier grundsätzlich durch den Motortyp, die Anordnung der Leistungsschalter und die Schaltelemente bestimmt.

Der erste Schritt besteht darin, den richtigen Leistungsschalter für diese Anwendung auszuwählen, dessen Eigenschaften wiederum durch die technischen Daten des Motors bestimmt werden. Ein wichtiger Parameter ist der Anlaufstrom, der bis zu dreimal höher sein kann als der Strom im Dauerbetrieb.

Zum Steuern von Motoren werden im Wesentlichen zwei unterschiedliche Leistungsschalter eingesetzt – MOSFETs und IGBTs. Bei einem MOSFET lassen sich die Eigenschaften des MOSFET-Treibers für die Gate-Ansteuerung bestimmen.

Wie in Bild 1 zu sehen ist, wandelt die Eingangsstufe der Schaltung das eingespeiste Kleinsignal in ein Großsignal mit der Amplitude GND- Vdd um, das die kaskadierten Treiberstufen ein- und ausschaltet. Die MOSFETs Q1 und Q2 stellen die Pull-up- und Pull-down-Ausgangstreiber für den MOSFET-Treiber dar. Betrachtet man die Ausgangsstufe des MOSFET-Treibers als Push-Pull-Paar von MOSFETs, ist ihre Funktion einfacher zu verstehen.

Nicht invertierender Treiber

Für einen nicht invertierenden Treiber gilt, das gemeinsame Gate-Signal wird von Q1 und Q2 auf „Low“ gesetzt, wenn das Eingangssignal auf „High“liegt. Der Übergang dieses Gate-Knotens von Vdd nach GND geschieht typischerweise in weniger als 10 ns. Er begrenzt so die Zeit für die Cross-Conduction zwischen Q1 und Q2 – d.h., die Zeit, in der sich die Einschaltphasen überlappen und einen Kurzschluss bilden – und schaltet Q1 sofort voll durch, um den Spitzenstrom so schnell wie möglich zu erreichen.

Für die Schaltungskonfiguration von MOSFET-Treibern gibt es natürlich auch andere Möglichkeiten. Sind Motor, Leistungsschalter und Gate-Treiberschaltung bekannt, kann der MOSFET-Treiber anhand einer der oben genannten Gleichungen 3 oder 4 ausgewählt werden.

Auswahl des MOSFET-Treibers mithilfe einer Berechnungstabelle

Sobald der MOSFET ausgewählt ist, kann eine Berechnungstabelle des Herstellers zu Rate gezogen werden, um den entsprechenden MOSFET-Treiber auszuwählen. Hierfür ist unter anderem der „Power MOSFET Driver Calculator“ von Microchip (siehe InfoClick) geeignet. Mit diesem einfachen Werkzeug lässt sich der für den MOSFET-Treiber erforderliche Spitzenstrom schnell bestimmen.

Als erstes wählt man einen MOSFET aus. Aus dem Datenblatt übernimmt man die Werte für die Eingangskonditionen – die Drain-Source-Spannung (Vds) des MOSFETs, die Gate-Source-Spannung (Vgs), die MOSFET-Treiberspannung (Vdd), Schaltfrequenz, Tastverhältnis, ungefähre Anstiegszeit (tr) und die Gesamt-Gate-Ladung (QG) – und trägt sie in die entsprechenden Felder ein.

Nun wird der Spitzenstrom IPK des MOSFET-Treibers bestimmt. Anhand des IPK wird der am besten passende und preisgünstigste MOSFET-Treiber ausgesucht. Nachdem der gewählte MOSFET-Treiber gefunden ist, berechnet das Tool die Verlustleistung und die maximal zulässige Umgebungstemperatur ohne Kühlkörper.

Weitere Gesichtspunkte bei der Auswahl

Zwei weitere wesentliche Gesichtspunkte müssen bei der Auswahl des korrekten MOSFET-Treibers für eine Anwendung beachtet werden. Diese beziehen sich zum Einen auf die Leistungsaufnahme abhängig vom Gehäuse und der Umgebungstemperatur. Zum Zweiten muss der vom MOSFET-Treiber geforderte Spitzenstrom aus der Gate-Gesamtladung des Leistungs-MOSFET berechnet werden. Mithilfe einfacher Berechnungstabellen und Gleichungen, wie oben beschrieben, lässt sich der MOSFET-Treiber, der für die eigene Anwendung geeignet ist, dann schnell bestimmen.

*Cliff Ellison ist als Senior Applications Engineer bei der Analog & Interface Products Division von Microchip Technology Inc. in Chandler/USA tätig.

(ID:295132)