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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MOSFET direkt von uC ansteuern


Autor: Gast (Gast)
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Hallo,

ich hab einen P-Kanal-Mosfet, der kommt mit Ugs=-1V und einen 
N-Kanal-Mosfet, der kommt mit Ugs=1V aus. Ist auch für Uds 3V 
spezifiziert usw ...

Kann ich die direkt von einem uC, der auf 3,3V läuft ansteuern lassen, 
bei einer Frequenz von ca. 50kHz? Brauch ich einen Vorwiderstand?

Der uC schafft bei 3,3V um die 8mA. Rhi=15R, Rlo=8R, Die Gate-Kapazität 
ist 250pF.

Grüße
Gast

Autor: Dennis (Gast)
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Ja, das sollte wohl gehen.

Autor: Andi ... (xaos)
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rechne dir dochmal in den schaltzeitpunkten die stromaufnahme bei 250pf 
aus....das ist sicher zuviel für nen 40mA port...

Autor: Michael (Gast)
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Und was ist daran nun so schwer selbst auszurechnen wenn du alle Werte 
hast? Von hier aus sehe ich kein Problem beide direkt vom µC ansteuern 
zu lassen. Vielleicht einen Widerstand zur Strombegrenzung in die 
Gate-Leitung rein. Was sind es denn für MOSFETS?(Typen).

Autor: Gast (Gast)
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LTSpice sagt mir bei einer 3,3V-Rechteck-Spannungsquelle mit 15R 
Innenwiderstand, dass ich 780uA Umladestrom hab. Kann das sein? Hätte 
auf viel viel mehr geschätzt ...

Die Mosfets sind: FDC6401N und FDC6306P

Grüße
Gast

Autor: Andi ... (xaos)
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und jez mach mal bei 50khz nen duty cycle 1:500 ....

Autor: Gast (Gast)
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Laut Controllerdatenblatt hab ich eine Slewrate von 3,5ns. Wenn ich die 
Parameter eintrage, dann komm ich langsam in die Richtung, die ich mir 
gedacht habe. Da bin ich dann bei 200mA.

Können denn Portpins für 3,5ns einen Strom von 200mA?

Grüße
Gast

Autor: Michael (Gast)
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Gehen wir mal davon aus, dass Ugs = 0 V sind und wir einschalten wollen. 
Dann haben wir 3.3 V über der Rhi und dem Cgs liegen. Da Cgs entladen 
war und sich die Spannung da nicht sprunghaft ändern kann liegen im 
Einschaltmoment die 3.3 Volt über dem Rhi an.

Die kleine Kapazität wird aber bestimmt schnell geladen. However ich 
würde zumindest einen Widerstand in der Größe von 400 Ohm spendieren 
(begrenzt den Strom auf ca. 8mA was dein µC ja nur kann)

Genauere Simulationen kann ich nachher zu Hause mit Matlab 
SimElectronics mal machen, das hier ist ja nur mal Überschlägig gewesen.

Autor: Gast (Gast)
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Danke, das stimmt mit meinen Simulationen überein. Ein 470R-Widerstand 
begrenzt das Ganze auf 8mA. Die Kurve sieht aber noch gut aus, denke, 
man kann das lassen.

Grüße
Gast

Autor: Dino S. (Gast)
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>einen Widerstand in der Größe von 400 Ohm spendieren

Das Ergebnis erhält man, wenn man statische und dynamische Lasten 
durcheinander wirbelt.

Beispiel Kühlschrank: Stromaufnahme 2A, Einschaltstrom 100A, Sicherung 
16A. Welchen Vorwiderstand schaltet man in die Zuleitung, um die 16A der 
Sicherung nicht zu überschreiten?
Ich lasse ihn lieber weg :-)

Autor: Andi ... (xaos)
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jez kannste auf grudnalge der simulierten ladekurve ja mal die 
verlustleistung am fet berechnen, evtl garnet mal so gering...

Autor: Michael (Gast)
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>Das Ergebnis erhält man, wenn man statische und dynamische Lasten
>durcheinander wirbelt.
>
>Beispiel Kühlschrank: Stromaufnahme 2A, Einschaltstrom 100A, Sicherung
>16A. Welchen Vorwiderstand schaltet man in die Zuleitung, um die 16A der
>Sicherung nicht zu überschreiten?
>Ich lasse ihn lieber weg :-)

Auf so ein Ergebnis kommt man wenn man sich überlegt was passiert wenn 
der Mosfet zwischen Gate und Source durchbrennt und da dann so gut wie 
keinen Widerstand mehr hat. Ist im Einschaltmoment ähnlich. Wie oft hab 
ich schon gehört/gelesen, dass jemanden immer beim Einschalten der µC 
abraucht und als derjenige dann einen Widerstand zur Strombegrenzung vor 
das Gate gepackt hat war das Problem Geschichte?!

Autor: SlashN /n (Gast)
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Eine andere Moeglichkeit waere den Mosfet bei 50kHz nicht direkt vom 
Controller treiben zu lassen.

Autor: Gast (Gast)
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Dann bräuchte man noch Treiber. Normalerweise kein Problem, aber es 
wären etwas sehr viele und da sind mir die zusätzlichen Widerstände 
schon fast zu viel.

Grüße
Gast

Autor: Dino S. (Gast)
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>Wie oft hab ich schon gehört/gelesen, dass jemanden immer beim >Einschalten der 
µC abraucht ...

Komisch, das habe ich nie gehört und es ist mir auch nie passiert. Um 
welchen µC es sich handelt ist ja garnicht erwähnt worden. Sicherlich 
wird es Leute geben, die noch eine Feinsicherung einbauen, weil man ja 
nie wissen kann.

Falls es ein AVR sein sollte, schätze ich es so ein, dass bei 3V 
Versorgungsspannung selbst ein Dauerkurzschluß den Baustein nicht 
zerstören kann.
Bei einem ATmega48 betragen die Kurzschlußströme ca. +/-30mA. Das macht 
den Prozessor nicht kaputt. Selbst bei der Fehlersuche, wird man sich 
beim "Abtasten" nicht die Finger verbrennen: 90mW.
Die Kurzschlußströme entsprechen einem Innenwiderstand der Ausgangsstufe 
von grob 100 Ohm. Ich sehe kein Problem, FETs, mit welcher Kapazität 
auch immer, direkt anzusteuern. Damit bleiben dann die Umschaltverluste 
im FET so klein wie möglich.

Autor: Falk Brunner (falk)
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Sag doch lieber mal, was das Ganze werden soll. Dann kann man dir viel 
besser Tips geben.

MFG
Falk

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Dino S. (Gast)

>von grob 100 Ohm. Ich sehe kein Problem, FETs, mit welcher Kapazität
>auch immer, direkt anzusteuern. Damit bleiben dann die Umschaltverluste
>im FET so klein wie möglich.

Sehe ich genau so.

MFG
Falk

Autor: Michael (Gast)
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Hab nun mal mit einer Rechteckquelle und 50% Duty-Cycle bei 50 kHz die 
Ansteuerung des FDC6401N in Matlab SimElectronics simuliert. Wie ich 
schon oben schrieb würde mich nur der hohe Strombedarf stören aber wenn 
das einen µC nicht juckt kann man den auch so dran hängen. Die 
Schaltverluste liegen bei so ca. 0.7 W sofern auch die knapp 200 mA zum 
fließen kommen (das ist aber wohl unwahrscheinlich wenn der µC die eh 
nicht liefern kann). Nutzt man einen Vorwiderstand von 400 Ohm liegen 
die Schaltverluste in der Größenordnung von 0.025 W, also noch mal 
deutlich geringer. Am Schaltverhalten ändert sich dadurch nix 
wesentlich, ein weiterer Grund in meinen Augen vor das Gate einen 
Widerstand zu packen.

Kenndaten zur Simulation:

MOSFET FDC6401N:

Vgs(th): 0.9 V
RDS(on): 50 mOhm
VGS bei RDS(on): 4.5 V
ID bei RDS(on): 3 A
Ciss: 324 pF
Crss: 42 pF

Widerstände:

Rg: 15 Ohm
Rd: 1 kOhm

Spannungsquellen:

VDS: 5 V DC
VGS: 3.3 V, 50 kHz, 50% Duty-Cycle, 10e-6 s Delay

Solver: ode23t mit default-Einstellungen

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Michael (Gast)

>das einen µC nicht juckt kann man den auch so dran hängen. Die
>Schaltverluste liegen bei so ca. 0.7 W sofern auch die knapp 200 mA zum
>fließen kommen

Tun sie nicht.

> (das ist aber wohl unwahrscheinlich wenn der µC die eh
>nicht liefern kann).

Eben.

> Nutzt man einen Vorwiderstand von 400 Ohm liegen
>die Schaltverluste in der Größenordnung von 0.025 W, also noch mal
>deutlich geringer.

Dann hast du was falsches simuliert. Mit geringerem Ladestrom bleibt der 
MOSFET länger im linearen Arbeitsbereich, damit steigt die 
Verlustleistung.

> Am Schaltverhalten ändert sich dadurch nix
>wesentlich,

;-)
Glaub ich kaum.

>Rg: 15 Ohm
>Rd: 1 kOhm

1kOhm Last am Drain? Das kann der uC auch direkt schalten ;-)

Ergo.

Wer viel misst, misst Mist.

MFg
Falk

Autor: Michael (Gast)
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>Mit geringerem Ladestrom bleibt der
>MOSFET länger im linearen Arbeitsbereich, damit steigt die
>Verlustleistung.

Das kann nicht stimmen. Es wird die Gate-Kapazität geladen und die 
Energie die ich da rein pumpe ist immer die Gleiche (1/2*U^2*C). Wähle 
ich nun einen geringeren Ladestrom so erhöht sich die Ladezeit. Energie 
ist aber die Leistung integriert über die Zeit, daraus folgt ja wohl, 
dass die Leistung sinken muss um wieder auf die gleiche Energie zu 
kommen. ;)

>> Am Schaltverhalten ändert sich dadurch nix
>>wesentlich,
>
>;-)
>Glaub ich kaum.

Im Anhang hab ich für dich das Simulationsergebnis mit einem Widerstand 
von 400 Ohm vor Gate gepackt. In Anbetracht der Frequenz schaut das 
nicht wesentlich anders aus als das ohne den Widerstand, das 
Schaltverhalten sieht nicht wesentlich anders aus.

>1kOhm Last am Drain? Das kann der uC auch direkt schalten ;-)

Da hast du recht, hab ich auch nur so PI mal Daumen genommen.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>>Mit geringerem Ladestrom bleibt der
>>MOSFET länger im linearen Arbeitsbereich, damit steigt die
>>Verlustleistung.

>Das kann nicht stimmen. Es wird die Gate-Kapazität geladen und die
>Energie die ich da rein pumpe ist immer die Gleiche (1/2*U^2*C). Wähle
>ich nun einen geringeren Ladestrom so erhöht sich die Ladezeit. Energie
>ist aber die Leistung integriert über die Zeit, daraus folgt ja wohl,
>dass die Leistung sinken muss um wieder auf die gleiche Energie zu
>kommen. ;)

Nein. Falk hat scon recht.

Das was du meinst, ist die Leistung, mit der das Gate geladen wird. Da 
hast du natürlich recht:
kleinerer Ladestrom => kleinere Leistung => mehr Zeit => gleiche Enerige 
im G

Aber Falk meinte die Verlustleistung die durch den Laststrom (Drain) 
sowie die FET-Spannung (D->S) verursacht wird.
Und die steigt mit längerer Umschaltzeit.

Autor: Michael (Gast)
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Achso, da haben wir aneinander vorbeigeredet. Das ist wahr ;). Danke 
Matthias für die Aufklärung.

Autor: Dino S. (Gast)
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Verrate doch 'mal, welchen µC Du verwendest.

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