IRFZ44N als Leistungstransistor, was muss ich berücksichtigen?

[Hanna H. (hanna)]

Hallo zusammen,

ich habe da wohl noch ein paar Verständnisprobleme mit dem IRFZ44N und 
bräuchte bitte Eure Hilfe.
Grundsätzlich soll meine Schaltung nachher so  funktionieren, dass ich 
den IRFZ44N am Gate mit einer PWM-Spannung (5V) aus dem Atmega8 
anspreche und damit 12V durchschalten will (die eine Halogenlampe 20W, 
12V steuert). Soweit die Theorie.
Beim ersten Versuch ist mir der FET natürlich gleich mal abgeraucht... 
Wobei ich nicht weiß, obs die Hitze war, oder die hohe Frequenz. Ich 
vermute mal, dass die Frequenz der PWM (mit 14kHz) viel zu hoch war.
Hab mich jetzt mal durch viele Beiträge gelesen, aber ein paar 
grundlegende Fragen habe ich noch keine Antworten gefunden. Darum wende 
ich mich mal direkt an Euch:

1.
Stimmt es, dass eine Schaltung mit einem Leistungstransistor auf einem 
Steckbrett zu testen fast nicht möglich ist, da der FET immer drauf 
geht? (Wackeler...)

2.
Wie kann ich denn die maximale Frequenz berechnen, die der IRFZ44N 
aushält, bzw. bei Frequenz bei der der FET noch zeit hat, um voll 
durchzuschalten (hab mich schon im Datenblatt umgesehen, aber ich weiß 
nicht so ganz, wie ich da vorgehe)

3.
Wie kann ich berechnen, wie viel Strom tatsächlich zwischen Gate und 
Source fließt und wie viel GS-Strom hält ein IRFZ44N aus, bzw. was kann 
ich tun um meinen µC zu schützen.

4.brauch ich einen Vorwiederstand?

Ich hab jetzt schon versucht von verschiedenen Seiten Werte zu 
berechnen, aber da fehlt mir leider das Grundlagenwissen der 
Berechnungsgleichungen eines Leistungstransistors (Zusammenspiel der 
internen Widerstände, Spannungen, Ströme, Frequenzen, Ladezeiten, 
Blindwiderstände...).
Ich weiß zwar, dass sich der FET wohl wie ein frequenzabhängiger 
Kondensator verhält, komm aber mit den Gleichungen auf keinen grünen 
Zweig.
Hab mal eine schematische Schaltung angehängt, die den Teilaufbau 
ungefähr darstellt (der gesamte Schaltplan würde nicht wirklich 
weiterhelfen).
Hoffe Ihr könnt mir weiterhelfen, bevor ich meinen nächsten FET 
unwissend bruzzle ;-)

Gruß Hanna

[HildeK (Gast)]

>1.
>Stimmt es, dass eine Schaltung mit einem Leistungstransistor auf einem
>Steckbrett zu testen fast nicht möglich ist, da der FET immer drauf
>geht? (Wackeler...)
Nicht unbedingt. Empfehlenswert wäre aber ein Widerstand von Gate nach 
Source, der eine sichere Verbindung (gelötet) hat. Dann ist der FET 
wenigsten aus, wenn am Gate ein Wackler auftreten sollte. Ggf. braucht 
der FET auch im Steckbrettaufbau einen Kühlkörper.

>2.
>Wie kann ich denn die maximale Frequenz berechnen, die der IRFZ44N
>aushält, bzw. bei Frequenz bei der der FET noch zeit hat, um voll
>durchzuschalten (hab mich schon im Datenblatt umgesehen, aber ich weiß
>nicht so ganz, wie ich da vorgehe)
Klar, je häufiger du schaltest, desto mehr Wärme wird der FET erzeugen. 
Aber, einige hundert kHz sollten kein Problem sein, das wird ja in 
Schaltnetzteilen bis in den MHz-Bereich verwendet. Die maximale Frequenz 
wird eher dadurch begrenzt, dass der Treiber nicht genügend Power hat, 
um das Gate umzuladen. Dies ist nämlich in erster Linie ein Kondensator, 
hier mit ca. 1.5nF! Außerdem musst du die Gate-Schwellspannung auch 
sicher überschreiten - hier sind das 4,5V. Wichtig ist, dass du schnell 
schaltest. Mit niedriger Frequenz treten die Wechsel seltener auf und 
damit wird es weniger Umschaltverluste geben. Bei einer Halogenlampe 
reichen einige hundert Hertz locker.

>3.
>Wie kann ich berechnen, wie viel Strom tatsächlich zwischen Gate und
>Source fließt und wie viel GS-Strom hält ein IRFZ44N aus, bzw. was kann
>ich tun um meinen µC zu schützen.
Wie schon gesagt, das Gate entspricht in erster Näherung einem 
Kondensator. Den musst du mit der Ansteuerung dauernd laden und 
entladen. Statisch benötigt das Gate keinen Strom. Um den µC zu 
schützen, kannst du zusätzliche FET-Treiber verwenden. Der kann richtig 
schön Strom in das Gate treiben und so zu schnellstem Umschalten 
verhelfen.
Das wurde in vielen Threads hier schon angesprochen.


>4.brauch ich einen Vorwiederstand?
Bei MOSFETS ist ein Vorwiderstand von einigen zehn Ohm direkt am Gate 
gut, um Schwingneigung zu verringern. Einige hundert Ohm können 
ausreichen, um den maximalen Strom µC bei direkter Kopplung zu 
begrenzen. Aber dadurch geht die Umschaltgeschwindigkeit herunter und 
dein FET hat wieder mehr Verluste.
Dazu ist aber das Datenblatt des µC zu befragen.

>Beim ersten Versuch ist mir der FET natürlich gleich mal abgeraucht...
Lass mal die PWM weg und schalte mit dem µC nur ein. Da darf der FET 
praktisch nicht warm werden; ich rechne da weniger als 100mW 
Verlustleistung aus! Ansonsten fehlt dir tatsächlich die ausreichend 
hohe Gatespannung.

[Gasst (Gast)]

IRFZxx ist nicht gut, da Vgs deutlich über 5V Logikpegeln liegen sollte. 
Die Typen IRLZxx sind besser dafür geeignet. Allerdings könnte man auch 
einen Pegelkonverter nachsetzen.

Zum Dimmen einer Glülampe reichen 100Hz. Dabei sind die Umschaltverluste 
sehr gering.

[BMK (Gast)]

So isses. Nimm einen MOSFET mit

a) Logikpegel
b) niedriger Gate-Kapazität
c) niedrigem RDSon
d) Ansteuerung im 3stelligem Hz-Bereich
e) Gate-Widerstand um die 100 Ohm

etwa IRLU3717 dann kannste dir den Finger daran kühlen.