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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Leistung MOSFET


Autor: Michael D. (etzen_michi)
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Guten Tag.

Geht darum ob der von mir gewählte MOSFET Leistungsstark genug ist um 
die gewünschte Leistung zu Schalten/Regeln.



Habe vor zu Regeln LED`s in Reihe/Parallel welche mit 12V angesteuert 
werden. Insgesamt sind es 10Parallele Reihen mit 3 in Reihe geschalteten 
LED`s, ich gehe davon aus das die LED`s jeweils 20mA ziehen (hab leider 
kein Datenblatt und die als Stripe gekauft ^^).

Diese würde ich nun gerne mit einem MOSFET steuern.
Rausgesucht habe ich den IRFZ 44NS.

Was ich mich nun im nachhinnein (bevor ich den Bestellt habe) frage ist:

Ist es richtig das ich ein MOSFET mit einer Leistung von biszu 7,2W 
brauche, da 0,06A*10*12V=7,2W

Wenn ja, gibt es welche im "D2-Pak" mit dieser Leistung welche nach 
möglichkeit kein Kühlblech brauchen ^^, welches währe der kleinste 
Transistor den ich nutzen kann?

Ugs kann ich biszu ca.12V hochkloppen ^^.

Autor: Flo (Gast)
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die Leistung, die du berechnet hast, gehen ja in den LEDs drauf und 
nicht im Mosfet.
Bei der Mosfetauswahl musst du nur Spannungsfestigkeit, Durchflussstrom, 
Gatekapazität und Schaltfrequenz berücksichtigen.
siehe
http://www.mikrocontroller.net/articles/MOSFET-%C3...

weiter unten gibt Anmerkungen, die gute Tipps enthalten.

Autor: Michael D. (etzen_michi)
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Ich dachte jetzt dass das Problem darin liegt das ich Regeln möchte und 
nicht schalten:

Wenn die LED`s nun nur minimal leuchten sollen das ich den dann nur z.B. 
1V gebe. Dann müssten doch 11V am FET abfallen was einen Verlust von 
6,6W bedeuten würde.

Autor: Mike (Gast)
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Hi Michael,

es geht nicht darum welche Leistung du schalten willst, sondern welche 
Leistung am MOSFET/Transistor verloren geht.
MOSFET´s haben alle einen Rdson, d.h Widerstand bei geschaltetem FET.
Je nachdem mit welcher Spannung (Ugs) du den FET durchschaltest ander er 
sich ein wenig.
P=I²/R --> und rauskommt deine verlustleistung.
Sollte aber bei 200mA nicht wirklich unheimlich viel sein.

Gruß Mike

Autor: Mike (Gast)
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Du kannst ne LED nicht mit der spannung regeln.
Das geht nur über PWM, weil die Ihre "feste" Spannung brauchen.

Autor: Michael D. (etzen_michi)
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Mike schrieb:
> Hi Michael,
>
> es geht nicht darum welche Leistung du schalten willst, sondern welche
> Leistung am MOSFET/Transistor verloren geht.
> MOSFET´s haben alle einen Rdson, d.h Widerstand bei geschaltetem FET.
> Je nachdem mit welcher Spannung (Ugs) du den FET durchschaltest ander er
> sich ein wenig.
> P=I²/R --> und rauskommt deine verlustleistung.
> Sollte aber bei 200mA nicht wirklich unheimlich viel sein.
>
> Gruß Mike

Das meinte ich ja... wenn ich nur 1V an die LED`s dann geht der rest ja 
an dem FET verloren 11V oder? Und wenn die LED`s dann 0,6A ziehen ist 
das nicht gerade wenig was da abfällt. Wenn ich nicht irre obwohl mir 
das Spanisch vorkommt ^^ ... ziehen die LED`s wenn die weniger Spannung 
bekommen automatisch weniger Strom?, wenn ja währe meine Frage ob sich 
das so als gesamtes sagen lässt wie sich Spannung und Strom verhalten.

Danke


Mike schrieb:
> Du kannst ne LED nicht mit der spannung regeln.
> Das geht nur über PWM, weil die Ihre "feste" Spannung brauchen.

Aber wenn ich einer LED 1V gebe leuchtet sie doch dunkler als wenn ich 
ihr 2V gebe.

Autor: Michael D. (etzen_michi)
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Damit ich erstmal schon weiter machen kann:

Kann ich den genannten Transistor verwenden?

Wenn nein: Welcher würde als kleinster möglicher Transistor in Frage 
kommen

Ohne Kühlblech (ggf. in geschlossenen Gehäuse)

Autor: Mike (Gast)
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also erstmal 3 led´s in reihe ziehen auch nur 20mA dafür liegt aber im 
gesammten ja eine höhere Spannung an. bzw. an jeder wieder die gleiche.
wenn du eine normale Diode nimmst, ist die unter 0,7V auch nicht 
wirklich leitend deshalb braucht die LED IMMER ihre Nennspannung. Willst 
du die Led dimmen musst du sie z.B. 10ms ausschalten und 50ms anschalten 
(oder anderes beliebiges verhältniss) -->PWM

Autor: Mike (Gast)
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Nehmen kannst du Ihn aber ich würde sagen er ist um welten 
überdimensioniert.
Wie steuerst du ihn den an? Hast du einen Schaltplan?

Autor: Michael D. (etzen_michi)
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Dann sagen wir einfach ich WILL die Spannung regeln ^^ (hab nicht so 
viel ahnung mit Tackten und bisher ging das immer Super) dann hab ich 
nun 20mA*10=0,2A .... bei 12V sind das dann 2,4W ok .. denk mal das 
diese Auskunft reicht um zu wissen das ich den anfangs genannten 
Transistor nutzen kann ^^.

Tut mir leid das ich mir mit Tackten nicht helfen lasse aber ich will 
das nunmal so machen um das möglichst klein hinbeommen und auch 
hinbekommen ^^ <-- meine Damit das es klein sein soll und für mich mit 
meinem Verständniss auch machbar


Danke nochmals

Autor: Michael D. (etzen_michi)
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So ^^

Kann mit dem neuen Paint nicht um ^^ zeichne immer lieber auf Papier

Autor: Mike (Gast)
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Wenn du es so willst reichen dir auch die 200mA ein blick ins Datenblat 
zeigt, dass dort 49A stehen.
Ich weiß nicht was du damit vor hast aber ich bin überzeugt, dass es so 
nixhts wird. Wenn du die spannung verringerst, veringert sich auch der 
Strom (du solltest eigentlich sowieso den Strom regeln) aber damit 
kannst du vielleicht ein paar mA runter und dann ist es dunkel 
(vorausgesetzt, es hat überhaupt schonmal geleuchtet).
Ich kann dich nicht daran hindern es so zu machen wie du willst aber das 
Ergebniss wird nicht dem entsprechen was du dir versprichst.
Du solltest zumindest noch nen Timer (Ne555 o.ä.) benutzen und es mit 
PWM machen.
Kannst ja hier nochmal reinschauen. Sind auch schöne links.

Gruß Mike

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Michael Dierken schrieb:
> Habe vor zu Regeln LED`s

Ich interpretiere das so, dass du mit dem Mosfet einen Stromregler
aufbauen möchtest.

> Ist es richtig das ich ein MOSFET mit einer Leistung von biszu 7,2W
> brauche, da 0,06A*10*12V=7,2W

Woher kommen die 0,06A? Wenn die LEDs mit 20mA betrieben werden,
brauchen 3 in Reihe geschaltete immer noch 20mA. Alle 10 Stränge
zusammen ergeben also 200mA. Wenn die LEDs weiß sind, haben sie eine
Flussspannung von etwa 3,2V. Drei in Serie haben damit 9,6V. Es bleibt
also am Mosfet eine Spannung von 12V-9,6V=2,4V übrig. Seine
Verlustleistung beim maximalen Strom von 200mA ist also 480mW. Die
bekommst du mit einem D2-Pak-Gehäuse auch ohne Kühlkörper locker weg.
Vielleicht lässt du auf der Platine das Kupfer um den Mosfet etwas
überstehen, dann wird er höchstens lauwarm. Der IRFZ44NS ist also völlig
ausreichend.

Das geringe RDSon des IRFZ44NS brauchst du für die Stromregelung nicht,
es stört aber auch nicht. Allerdings bekommst du zu halben Preis einen
Mosfet im gleichen oder ähnlichen Gehäuse, der den Zweck genauso gut
erfüllt.

Übrigens sollte man LEDs nicht parallelschalten (Threads zu diesem Thema
gibt es hier bereits zur Genüge). Wenn du nicht jedem LED-Strang einen
eigenen Transistor für die Stromregelung spendieren möchtest, solltest
du in jeden Strang wenigstens einen Serienwiderstand (so etwa 47Ω
sollten in diesem Fall genügen) einbauen, so dass sich der Strom
gleichmäßiger auf die Stränge verteilt. Da die Widerstände die Spannung
am Mosfet um ein knappes Volt reduzieren, bleiben von den obigen 480mA
nur noch 290mA übrig. Da könnte man sogar überlegen, ein kleineres
Gehäuse als D2-Pak zu nehmen.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Michael Dierken schrieb:
> So ^^

Nein, eher so (erstes Bild):

  Beitrag "Regelbare Stromquelle für Widerstandsdraht"

Autor: Bernd (Gast)
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Yalu X. schrieb:
> bleiben von den obigen 480mA
> nur noch 290mA übrig.

ich denke du meinst mW statt mA

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Bernd schrieb:
> ich denke du meinst mW statt mA

Gut aufgepasst :)

Ja, es sollten natürlich mW sein.

Autor: Michael D. (etzen_michi)
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Ne .. das Obere weil ich nur 12V Ugs aufbringen kann aber meine 
Schaltung auch möglichst die vollen 12V geben will .. wenn ich den 
Verbraucher zwischen Source und Masse schalte habe ich das Problem das 
ich Gate >12V machen muss um meiner Schaltung die 12V zu geben

Autor: Michael D. (etzen_michi)
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Nochmal das keine Unklarheiten sich weiter ausbreiten.


Ich habe mir einen 12V LED Stripe gekauft auf welchem 10x3LED`s in Reihe 
geschaltet sind.

Diesen möchte ich nun über die Regelung der SPANNUNG (Volt) steuern auch 
wenn das sich bescheuert anhört aber so habe ich nicht das Problem das 
wenn eine LED durchbrennt weitere durchbrennen werden.

Machen möchte ich das mit der von mir angegebenen Spannung um möglichst 
nahe an meine Betriebsspannung zu kommen.

Eig. wurden alle Fragen hierzu schon beantwortet und sobald ich das so 
wie ich wollte fertig habe werde ich mir die Variante mit dem Schalten 
auch nochmal angucken.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Michael Dierken schrieb:
> wenn ich den
> Verbraucher zwischen Source und Masse schalte habe ich das Problem das
> ich Gate >12V machen muss um meiner Schaltung die 12V zu geben

Da hast du etwas missverstanden: Die Last (also die LEDs) liegen in der
verlinkten Schaltung zwischen V+ und Drain. Das zwischen Source und GND
ist ein Festwiderstand, über den der Strom gemessen wird.

> Diesen möchte ich nun über die Regelung der SPANNUNG (Volt) steuern
> auch wenn das sich bescheuert anhört aber so habe ich nicht das
> Problem das wenn eine LED durchbrennt weitere durchbrennen werden.

Da musst du die Spannung aber sehr feinfühlig einstellen, um die ge-
wünschte Helligkeit zu bekommen. Wenn sich dann die Umgebungstemperatur
etwas ändert, darfst du sofort nachjustieren.

Aber mach mal, wie du denkst ...


Edit und übrigens:

Wenn bei konstantem Gesamtstrom von 10 Strängen einer durchbrennt,
steigt der Strom in den restlichen 9 um nur 11%, was nicht weiter
tragisch ist. Und wenn die Schaltung vernünftig ausgelegt ist, wird über
Jahre hinweg keine einzige LED durchbrennen.

Wenn hingegen bei konstanter Spannung die Umgebungstemperatur steigt,
kann dies zu einem unbeabsichtigten Anstieg des Stroms führen, der
zumindest zu einer deutlich verringerten Lebensdauer der LEDs führen
kann.

Autor: BMK (Gast)
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Wenn hier von einem 12V LED Stripe die Rede ist:

Die sind idR so aufgebaut, dass intern 3 LED über
einen Vorwiderstand 150R...180R an Spannung liegen
und das Ganze dann 10mal. Also tatsächlich für eine
feste Spannung 12V per interne Vorwiderstände konzipiert.

Folglich kann auch ein Stellglied verwendet werden,
welches die Spannung ändert. Also wie 'mos.png'
aber mit + und - am OpAmp vertauscht, damit es auch
eine Gegenkopplung wird.

Autor: Michael D. (etzen_michi)
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> Also wie 'mos.png'
>aber mit + und - am OpAmp vertauscht, damit es auch
>eine Gegenkopplung wird.

Upps ^^ Danke



>Wenn hingegen bei konstanter Spannung die Umgebungstemperatur steigt,
>kann dies zu einem unbeabsichtigten Anstieg des Stroms führen, der
>zumindest zu einer deutlich verringerten Lebensdauer der LEDs führen
>kann.

Eigentlich sollte wenn dich aufgrund von Temperatur die Verstärkung des 
Transistors ändert dies durch den OP wieder ausgelichen werden. Und das 
dich der Wert des Potis bei wärme ändert kann ich mir irgendwie nicht so 
ganz vorstellen.


Wenn ich mich Irre bitte sagen

Autor: Andreas R. (rebirama)
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Es gebt bei der Temperaturänderung um die Flussspannung der LED.

Man kann sich für eine LED auch ein Ersatzschaltbild aus einem kleinen 
Widerstand, einer Spannungquelle(temperaturabhängig) und einer idealen 
Diode vorstellen (siehe Anhang). Das Ersatzschaltbild ist nur ein 
Beispiel, die Werte der Elemente des Ersatzschaltbildes sind 
Fertigungstolleranzen unterworfen: Dies Spannungsquelle kann schon mal 
um 0,2V abweichen.

Daraus wird schnell klar, dass es ungünstig ist, die LED an einer 
Spannungsquelle zu betreiben, oder warum man sie nicht ohne 
vorwiderstand parallelschalten soll.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Michael Dierken schrieb:
>>Wenn hingegen bei konstanter Spannung die Umgebungstemperatur steigt,
>>kann dies zu einem unbeabsichtigten Anstieg des Stroms führen, der
>>zumindest zu einer deutlich verringerten Lebensdauer der LEDs führen
>>kann.
>
> Eigentlich sollte wenn dich aufgrund von Temperatur die Verstärkung des
> Transistors ändert dies durch den OP wieder ausgelichen werden. Und das
> dich der Wert des Potis bei wärme ändert kann ich mir irgendwie nicht so
> ganz vorstellen.

Ich meinte die Temperaturabhängigkeit der Flussspannung der LEDs, bin
dabei aber von LEDs ohne Vorwiderstände ausgegangen.

Wenn, wie von BMK vermutet, die LED-Anordnung aber tatsächlich schon
Vorwiderstände eingebaut hat, spielt die Temepraturdrift der LEDs keine
große Rolle mehr. Dann sind es die Vorwiderstände, die die konstante
Spannung in einen ausreichend konstanten Strom umsetzen, so dass dein
Vorschlag bedenkenlos funktionieren sollte.

'tschuldigung für die Verwirrung, aber du hättest anfangs vielleicht
etwas mehr über diese LED-Stripes erzählen sollen :)

Autor: Michael D. (etzen_michi)
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BMK schrieb:

>Also wie 'mos.png'
> aber mit + und - am OpAmp vertauscht, damit es auch
> eine Gegenkopplung wird.



Bring mich nicht durcheinander .. hab das nun nochmal aufgebaut und es 
richtig das die Spannung an + gemessen wird, da er sonst immer max. 
aufdreht.

Autor: Michael D. (etzen_michi)
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Obwohl ..sehe gerade das das Programm nur sch***e macht .. n Poti 
zwischen 12V auf 50% eingestelt .. was kommt an ende Raus? 11,98V??

Autor: Michael D. (etzen_michi)
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Kann jemand nochmal was dazu sagen ob bei einer Schaltung wie weiter ob 
angegeben (Bild Dateianhang) der Drain des Transistors an + oder - des 
OP gehen muss?, weil ich habe ebend mal ein wenig manuel das 
nachgeschaut und komme zu dem Ergebnis das er an den + des OP muss.

Danke

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Michael Dierken schrieb:
> Kann jemand nochmal was dazu sagen ob bei einer Schaltung wie weiter ob
> angegeben (Bild Dateianhang) der Drain des Transistors an + oder - des
> OP gehen muss?

Du meinst das Bild mos.png?
Dann ist + schon richtig, da hier der Mosfet in Source-Schaltung schon
invertiert.

Autor: Michael D. (etzen_michi)
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Jupp .. vielen Dank ... kann ich hier auch ein Layout hochladen das mal 
wer drüberguckt das ich auch keine Fehler drin habe?

Autor: BMK (Gast)
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yalu wrote:

>Du meinst das Bild mos.png?
>Dann ist + schon richtig, da hier der Mosfet in Source-Schaltung schon
>invertiert.

Sorry Michael, yalu hat natürlich recht, hab ich verkackt.
Das Invertieren durch den MOSFET habe ich übersehen.

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