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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Suche Mosfet: 3.3V auf 5V


Autor: Bernd Schuster (mms)
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Hallo,

ich suche einen passenden npn-Mosfet Transistor mit dem ich von 3.3V auf 
5V schalten kann bei 110mA....

Hab mir grad das Datenblatt vom IRF7403 angeschaut - seh ich das 
richtig, dass dieser Mosfet mindestens 4.5V Vgs benötigt und somit nicht 
verwendet werden kann? Ein SOIC-Gehäuse wäre super.

www.irf.com/product-info/datasheets/data/irf7403.pdf

Auf welche Spannungswerte muss ich aufpassen bzw. einhalten: Vgs(th) 1V 
sollte passen und 50nC oder daruntern...


Gruß
Bernd

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Bernd Schuster wrote:
> ich suche einen passenden npn-Mosfet Transistor mit dem ich von 3.3V auf
> 5V schalten kann bei 110mA....

3,3V auf 5V schalten? Merkwürdige Beschreibung. Möchtest du die 5V 
schalten oder die Masseleitung?
Für ersteres wäre ein P Kanal FET besser.
PS: Mosfets haben keinen npn Aufbau.

> Hab mir grad das Datenblatt vom IRF7403 angeschaut - seh ich das
> richtig, dass dieser Mosfet mindestens 4.5V Vgs benötigt

Nein.
Bei 4V lässt er schon 20A durch, da sollten 3,3V vermutlich (da nirgends 
Werte für 3,3V existieren) für 110mA ausreichen.

Autor: Bernd Schuster (mms)
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ich benötige einen Mosfet (n-channel) zusammen mit dem Step-Up-Wandler 
MAx608 um von 3.3V auf 5V zu schalten. Der IRF7403 schaltet zwar, 
allerdings fällt die Spannung am Gate sehr schnell von 5V auf 3V ab (bei 
gleichzeitiger Stromzunahme bis 300mA und mehr)...

Source ist mit GND verbunden, Drain mit 3.3V (Spule und Kondensator) und 
das  Gate mit dem Max608.

Leider weiß ich nicht genau wo der Fehler steckt, oder ob eben der 
Mosfet für diese Anwendung nicht geeignet ist...

Bernd

Autor: Bernd Schuster (mms)
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"Um die Verluste während dem Schalten zu minimieren, muss das Gate sehr 
schnell geladen und wieder entladen werden. Dafür ist ein relativ hoher 
Strom nötig."

aus welchen Werten kann ich mir den max. Strom ausrechnen? Die 
Schaltfrequenz liegt bei 300kHz, der Mosfet hat 57nC.

Bernd

Autor: ralf (Gast)
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zeig doch mal deinen Schaltplan

Autor: Bernd Schuster (mms)
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hier mal meine Schaltung:
IC8 stellt der IRF7403 und IC9 ist der Max608. Am Ausgang Out-Pin sind 
100pF und 100µF angeschlossen (keine 330µF).

Die Spule weist einen Wert von 100µH auf.

Bernd

Autor: Gast (Gast)
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Das Datenblatt ist dein Freund:

"The MAX608’s maximum allowed switching frequency
during normal operation is 300kHz. However, at startup,
the maximum frequency can be 500kHz, so the
maximum current required to charge the N-FET’s gate
is f(max) x Qg(typ). Use the typical Qg number from the
transistor data sheet. For example, the MMFT3055EL
has a Qg(typ) of 7nC (at VGS = 5V), therefore the current
required to charge the gate is:
IGATE (max) = (500kHz) (7nC) = 3.5mA."

Außerdem werden Beispieltypen für den FET angegeben:

Siliconix
Si9410DY
Si4410DY
Si6426DQ
Si6946DQ
Motorola
MTP3055EL
MTD20N03HDL
MMFT3055ELT1

und umständlicher kann man so einen Stromlaufplan nicht zeichnen....

Autor: Bernd Schuster (mms)
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mit dem IRF7403 erhalte ich durch die Berechnung einen max. Strom von 
28.5mA zu Beginn.... Leider steigt der Strom zu Beginn auf mehr als 
300mA an...

Hast du eine Ahnung / Vermutung warum das so ist? Ganz kurz nach dem 
Einschalten hab ich 5V am Ausgang dann steigt der Strom und die Spannung 
sinkt auf 3V - mehr als 300mA hab ich noch nicht ausprobiert g.

Die FETs werden nicht mehr produziert bzw. bekomm ich bei RS etc. nicht.

Bernd

Autor: ralf (Gast)
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Der IRF7828 (z.B. bei Farnell) sollte gehen. Was für eine Diode und was 
für eine Induktivität verwendest du? Bricht deine 3.3V Versorgung 
eventuell zusammen?

Autor: Gast (Gast)
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100µH sind viel zu groß. Warum hälst du dich nicht an das Beispiel im 
Datenblatt?
Welche Diode verwendest du?
An Pin 2 muss zwingend ein 100nF direkt am Pin angeschlossen sein.
Außerdem dürfte deine Gatekapazität zu hoch sein:
"Qg takes into account all capacitances associated with
charging the gate. Use the typical Qg value for best
results; the maximum value is usually grossly overspecified
since it is a guaranteed limit and not the measured
value. The typical total gate charge should be
50nC or less. With larger numbers, the EXT pins may
not be able to adequately drive the gate."

Autor: Bernd Schuster (mms)
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>100µH sind viel zu groß. Warum hälst du dich nicht an das Beispiel im
>Datenblatt?

die hab ich nach der Formel im Datenblatt (seite 9) ausgerechnet und 
etwas aufgerundet.

L >= (Vin * 2µs) / Ilim >= (3.3V * 2µs) / 110mA >= 60µH


>Welche Diode verwendest du?

Als Diode verwende ich die 1N5819HW:
http://www.diodes.com/datasheets/ds30217.pdf

>An Pin 2 muss zwingend ein 100nF direkt am Pin angeschlossen sein.
Du meinst statt dem 100pF? Warum muss es zwingend ein 100nF sein?


>"Qg takes into account all capacitances associated with
>charging the gate.

Was wird hier eigentlich mit all capacitances genau bezeichnet? Der 
Mosfet hat einen 57nC Wert (bei ID = 4A, Vds = 24V und Vgs = 10V); Bei 
einer Vgs von 5Volt hat der Mosfet ca. 26nC (diagramm Figure 6). Das 
müsste eigentlich nicht zu viel sein, oder?

Bernd

Autor: Bernd Schuster (mms)
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>Der IRF7828 (z.B. bei Farnell) sollte gehen. Was für eine Diode und was
>für eine Induktivität verwendest du? Bricht deine 3.3V Versorgung
>eventuell zusammen?

ja die Spannung bricht zusammen, weil die Supply eine Strombegrenzung 
drinnen hat (bzw. eingestellt werden kann) -> diese wird erreicht und 
die Spannung sinkt

Bernd

Autor: Gast (Gast)
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> Du meinst statt dem 100pF? Warum muss es zwingend ein 100nF sein?

steht so im Text:
"Bypass the IC with a 0.1μF ceramic capacitor (C2)
placed as close as possible to the OUT and GND pins."
und in den Beispielen ist der auch eingezeichnet.

mach es doch mal anders: keine Strombegrenzung und dafür die Spannung 
langsam hochstellen, dabei die Ausgangspannung beobachten und auch eine 
kleine Last an den Ausgang anschließen.

Autor: Gast (Gast)
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wie groß ist der DC-Widerstand der Spule?

Autor: Marcus Müller (marcus67)
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Noch wichtigere Frage: WAS für eine Spule ist daß ?

Vielleicht eine der beliebten Entstördrosseln - die sind für 
Schaltregler VÖLLIG ungeeignet.

Gruß, Marcus

Autor: Bernd Schuster (mms)
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als Spule hab ich diese hier:
http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0...

Der Widerstand ist mit 2.050 Ohm angegeben. Wahrscheinlich zu groß, 
oder... aber verursacht dies diesen stromanstieg?

Bernd

Autor: Bernd Schuster (mms)
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>mach es doch mal anders: keine Strombegrenzung und dafür die Spannung
>langsam hochstellen, dabei die Ausgangspannung beobachten und auch eine
>kleine Last an den Ausgang anschließen.

hab ich grad mal gemacht (Spannung am Out Ausgang vom Maxim)...

2.10V und 10mA
2.24V und 20mA
2.33V und 30mA
2.38V und 40mA
2.42V und 50mA

2.70V hab ich bereits 140mA (weiter hab ich mal nicht gemacht, ansonsten 
ist noch alles defekt...)

Bernd

Autor: Marcus Müller (marcus67)
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OK - die Spule sollte im Prinzip passen - allerdings irritiert mich der 
Wert schon etwas: 100µH sind fast doppelt soviel wie die errechneten 
68µH.

Gruß, Marcus

Autor: Bernd Schuster (mms)
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würde der IRF7821 ebenfalls funktionieren (könnte ich dann bei RS ohne 
Versandkosten bestellen)?
http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0...


>100µH sind fast doppelt soviel wie die errechneten
werd mal eine 82µH ausprobieren - allerdings glaub ich nicht, dass 
dadurch dieser Fehler weggeht.... da muss noch irgendwas anderes im 
argen liegen....

jegliche Ratschläge Tipps was es sein könnte, wären weiterhin super!

Bernd

Autor: Gast (Gast)
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Was mich eher stört ist der DC-Widerstand. Der dürfte wesentlich zu hoch 
sein. Das Datenblatt empfiehlt:
"For highest efficiency, use a coil with low DC resistance,
preferably under 20mOhm."

Aber in deiner Schaltung sieht es so aus, als wenn der FET durchsteuert 
wird und nicht wieder ausgeschaltet. Kannst du nicht am Gate mal 
oszilloskopieren?

Autor: Gast (Gast)
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der FET müsste gehen.

Autor: Gast (Gast)
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der 50mOhm Widerstand...wie stellst du den bei dir her?

Autor: Bernd Schuster (mms)
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Das Gate hab ich schon mit dem Oszi untersucht. 2µs lang liegt die 
Spannung auf GND und 15µs lang auf 3V (fortlaufend)...

Die 15µs sind mir eher zu lang (dadurch wird doch der Strom gezogen) und 
wenn das Gate auf 0V liegt fließt der Strom über die Diode ab und lädt 
die Kondensatoren auf...

Im Datenblatt ist auch ein Oszi-Bild drinnen, bei dem man ungefähr 2µs 
low und 2µs high rauslesen kann... (Seite 4 links unten)

(http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX608.pdf)

>der 50mOhm Widerstand...wie stellst du den bei dir her?
hab ich gekauft - könnte dieser zu klein sein? richtig messen kann ich 
den mit dem Voltmeter nicht mehr...

Bernd

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Kann es sein, dass die Spule in die Sättigung kommt? Dem Datenblatt nach 
begrenzt das IC irgendwo bei >1A, die Spule sättigt aber schon bei 
<0,2A.

Autor: Bernd Schuster (mms)
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Der Sättigungsstrom der Spule liegt bei 180mA... das könnte sein, aber 
wie kann ich die Zeit (Gate at 3V) reduzieren? Ich benötige ja lediglich 
110mA am Ausgang...

Wenn das Gate so lange auf 3V liegt, dann läuft die Spule in die 
Sättigung...


Bernd

Autor: Gast (Gast)
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bei 17µs bist du bei 58KHz. Es sollten 300KHz sein.
Deine Spule ist zu groß....und der DC-Widerstand der Spule ist zu groß.

50mOhm sind doch nichts..jedes Stück Leiterbahn plus Lötverbindung hat 
das schon.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Bernd Schuster wrote:
> Der Sättigungsstrom der Spule liegt bei 180mA... das könnte sein, aber
> wie kann ich die Zeit (Gate at 3V) reduzieren?

Die Strombegrenzung passend einstellen

> Ich benötige ja lediglich 110mA am Ausgang...

Das wird aber nix:
5V 110mA = 3,3V 166mA. Mit 180mA Sättigungsstrom ist die Spule ziemlich 
falsch dimensioniert (wie schon mehrfach geschrieben). Wenn du mehrere 
von den Spulen hast: Häng testweise 2 davon parallel, dann sollte es 
funktionieren.
Den Shuntwiderstand würde ich auf 100-200mOhm vergrößern.

Autor: Gast (Gast)
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wie groß soll denn der 5V Laststrom max. werden?

Autor: Bernd Schuster (mms)
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>bei 17µs bist du bei 58KHz. Es sollten 300KHz sein

d.h. wenn ich eine kleinere Spule verwende wird die 3V (am Gate) - 
Periode von 15µs entsprechend kürzer und die Offzeit (0V) bleibt bei 
2µs...


In welchem Bereich sollte den der ohmsche Widerstand der Spule liegen?

Bernd

Autor: Bernd Schuster (mms)
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>Die Strombegrenzung passend einstellen
damit sprichst du auf den niedrigen Sättigungsstrom der Spule an. Oder 
stell ich diesen Strom noch anderweitig ein.... sorry für diese 
wahrscheinlich dumme frage.


>5V 110mA = 3,3V 166mA

ok, d.h. die Spule muss mind 250mA bis zur Sättigung abkönnen (eher 
größer).


Bernd

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Bernd Schuster wrote:

> d.h. wenn ich eine kleinere Spule verwende wird die 3V (am Gate) -
> Periode von 15µs entsprechend kürzer und die Offzeit (0V) bleibt bei
> 2µs...

Genau.

> In welchem Bereich sollte den der ohmsche Widerstand der Spule liegen?

So klein wie möglich. Untere wirtschaftliche Grenze ist etwa der Bereich 
von Shunt + RDson vom Mosfet. Ein viel kleinerer Widerstand bringt nicht 
viel.

Mehr als etwa 0,5V Spannungsabfall würde ich an der Spule auf keinen 
Fall tolerieren (da würde einen Verlust von 15% bedeuten). Der 
Spitzenstrom beträgt etwa 0,1V/Rsense, bei 100mOhm als 1A. Bei 0,5V an 
der Spule sollte diese also <0,5 Ohm haben. Irgendwas im Bereich von 
100mOhm ist also OK.

Autor: Bernd Schuster (mms)
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würde dann diese beiden Spulen mir mal zulegen...

ELL6SH680M (was bedeutet hier genau die Angabe von 6RH und 6SH)??

http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0...

und mit 22µH B82442H1223K
http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0...


Bernd

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Bernd Schuster wrote:
> würde dann diese beiden Spulen mir mal zulegen...

Sehen besser aus als das was du momentan drin hast.

> ELL6SH680M (was bedeutet hier genau die Angabe von 6RH und 6SH)??

Vielleicht solltest du nicht nur die Links posten, sondern auch mal die 
Dateien selbst anschauen...

Autor: Bernd Schuster (mms)
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angeschaut hab ich sie mir natürlich schon (aber du oder jmd anders) mit 
weitaus mehr Erfahrung sieht vielleicht noch kleine Unstimmigkeiten....

Das der Widerstand bei der größeren 0.77Ohm beträgt und dadurch 0,13V an 
der Spule abfallen würden bei 166mA Strom.

>> ELL6SH680M (was bedeutet hier genau die Angabe von 6RH und 6SH)??

>Vielleicht solltest du nicht nur die Links posten, sondern auch mal die
>Dateien selbst anschauen...

beim zweiten mal hab ich die beiden Werte verstanden - werden links in 
die Beschreibung der jweiligen Spulen eingesetzt.


Dann werd ich die mal bestellen und berichten, ob das Morgn mit einer 
von diesen beiden funktioniert.

Bernd

Autor: Gast (Gast)
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> In welchem Bereich sollte den der ohmsche Widerstand der Spule liegen?

Dazu hatte ich weiter oben schon das Datenblatt zitiert.
Sorry, aber du solltest das mal wirklich lesen und nicht nur 
durchblättern.

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