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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik MOSFET Schaltung richtig?


Autor: steve (Gast)
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Hallo Leute,

ich habe im Anhang eine PWM Schaltung (LOW-SIDE) für einen Motor. Ich 
möchte ca. 20A schalten. Der Motor wird dabei an die Klemmen X1 und X2 
angeschlossen. Die Mosfets werden mit +5V (µC) geschaltet.

Ist diese Schaltung richtig?

Ich habe zuerst die Klemmen (X1 und X2) nach dem SOURCE von MOSFET's 
angeschlossen. Aber mir ist dann aufgefallen, wenn der MOSFET Schaltet. 
Dann liegt an dem Motor 12V an. Somit würde die Spannung am Source +12V 
und am Gate +5V. Daraus folgt, dass die UGS -7V ist. Das bedeutet die 
MOSFET's sperren! Oder ich nehme einen P-Kanal-MOSFET.

Sind meine Überlegungen Richtig? Wenn ja was wäre besser N-Kanal und 
Low-Side oder P-Kanal und High-Side

Autor: Philipp Kälin (philippk) Benutzerseite
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Deine Überlegungen sind schon korrekt. P-Kanal Fets sind aber nicht so 
verbreitet, vorallem nicht bei hohen strömen.

Ich würde dir empfehlen die Motoren direkt auf 12V zu hängen und dann 
auf Masse schalten. Da du mit 5V steuerst hast du immer eine feste 
Spannung zwischen Gate und Source --> das heisst, du könntest jetzt ohne 
Probleme auch 24V verwenden ohne dass sich das Verhalten der FETs 
ändert.

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Da fehlt der komplette Freilaufzweig! So wie oben gezeigt, raucht die 
Schaltung vermutlich beim ersten Abschalten ab...

Autor: steve (Gast)
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@Philipp K.
Danke

@Johannes M.
Danke für den Tipp. Daran habe ich auch gedacht. Wie realisiere ich 
diesen Freilaufzwieg? Ich habe geade was über H-Brücke gelesen. Ich habe 
eigentlich bisher gedacht, dass die H-Brücken nur für Ansteuerung von 
Motoren sind. Sprich Rechts oder links drehen? Oder liege ich da falsch?

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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steve wrote:
> Danke für den Tipp. Daran habe ich auch gedacht. Wie realisiere ich
> diesen Freilaufzwieg? Ich habe geade was über H-Brücke gelesen. Ich habe
> eigentlich bisher gedacht, dass die H-Brücken nur für Ansteuerung von
> Motoren sind.
Öhh, Du willst doch einen Motor ansteuern, oder nicht? Abgesehen davon 
kann man eine H-Brücke für alle Lasten benutzen (mit entsprechender 
Ansteuerung kann man eine H-Brücke z.B. als Wechselrichter verwenden).

> Sprich Rechts oder links drehen? Oder liege ich da falsch?
Eine Brücke erlaubt an der Last sowohl Spannung als auch Strom in beiden 
Richtungen, so dass man damit z.B. einen Gleichstrommotor in beiden 
Richtungen und (bei entsprechender Konstruktion) auch im Motor- und im 
Bremsbetrieb betreiben kann (4-Quadranten-Steller). Und das beschränkt 
sich nicht nur auf Gleichstrommotoren...

Wenn Du den Motor nur in einer Richtung betreiben willst, brauchst Du im 
Prinzip keine H-Brücke, allerdings musst Du trotzdem dafür sorgen, dass 
der Motorstrom sich nach dem Abschalten der FETs auch abbauen kann, 
sonst fließt der einfach weiter und die FETs sind Geschichte. Dafür 
reicht in Deinem Fall aber vermutlich eine simple (aber ausreichend 
belastbare!) Freilaufdiode.

Autor: steve (Gast)
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@Johannes M.

Danke

Autor: mike (Gast)
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der Beitrag ist zwar etwas alt! Aber ich versuche es mal trotzdem.

Braucht man in disem Fall einen Kühlkörper??
Wenn man nur ein Mosfet einsetzt, braucht man da einen Kühlkörper?
Kann man schon vorher irgend wie bestimmen, ob man für die Anwendung 
einen Kühlkörper braucht?

mike

Autor: yalu (Gast)
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Der Kühlkörper (wenn er benötigt wird) wird so ausgelegt, dass der
Mosfet in seinem Inneren nicht zu heiß wird. Die maximale Sperrschicht-
temperatur ist meist 175°C, man sollte aber in der Praxis deutlich
darunter bleiben. Die Temperatur ergibt sich aus den in den Datenblät-
tern angegebenen Wärmewiderständenür des Mosfets und des Kühlkörpers und
der Verlustleistung im Mosfet. Die Verlustleistung in eingeschaltetem
Zustand ergibt sich aus dem Strom und dem RDSon des Mosfets. Bei
häufigem Ein- und Ausschalten (z.B. im PWM-Betrieb) müssen zusätzlich
die Schaltverluste berücksichtigt werden. Diese sind nur mir größerem
Aufwand exakt zu bestimmen, da man meist den genauen zeitlichen Verlauf
des D-Stroms und der DS-Spannung während des Schaltens nicht kennt. Da
der Mosfet aber nie an der Grenze seiner Leistungsfähigkeit betrieben
wird, reicht meist eine grobe Schätzung, die sich aus dem Maximalstrom,
der zu schaltenden Spannung und der Dauer des Schaltvorgangs ergibt. Die
Dauer des Schaltvorgangs ergibt sich aus dem von der Ansteuerschaltung
gelieferten Strom und der Gate-Kapazität bzw. -Ladung.

Mit diesen Überlegungen kann meist schon ohne Versuch bestimmt werden,
ob ein Kühlkörper erforderlich ist und wie groß dieser ggf. ungefähr
sein muss.

Autor: Andreas Müller (schnitzeltony)
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>Eine Brücke erlaubt an der Last sowohl Spannung als auch Strom in beiden
>Richtungen, so dass man damit z.B. einen Gleichstrommotor in beiden
>Richtungen und (bei entsprechender Konstruktion) auch im Motor- und im
>Bremsbetrieb betreiben kann (4-Quadranten-Steller). Und das beschränkt
>sich nicht nur auf Gleichstrommotoren...

Ich weiß es geht wohl über den Thread hinaus aber ich streite schon seit 
längerem mit meinem Kollegen darüber: Er ist der Meinung, mit einer 
Vollbrücke (H) ließe sich 4-Quadrantenbetrieb mit Rückspeisung 
realisieren sagt aber nicht wie. Ich bin der Meinung, ich kann mit der 
H-Schaltung nur Strom entnehmen (also machen die Bremsquadranten 
lediglich die FETs warm). Wer hat Recht?

Autor: G_dal (Gast)
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ER hat recht

Autor: Andreas Müller (schnitzeltony)
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>ER hat recht

Soso. Ich lass mich gerne belehren und brenne darauf es zu verstehen. 
Also wie soll das gehen?

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