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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Fragen zu MOSFET & PWM


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Autor: tf1973 (Gast)
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Hallo,

ich möchte eine Spannung von 24V bei einem max. Strom von ca. 1,5V per
PWM regeln. Ich habe da an den BUZ11 gedacht.
Inwieweit sollte ich in Bezug auf Ausfallsicherheit etc. noch besondere
Beschaltungen des MOSFET vornehmen? Also die kapazitive Last sollte bei
der PWM- Frequenz < 200Hz nicht das Problem darstellen - trotzdem einen
Gate-Vorwiderstand einbauen oder einfach direkt an Port Augang
anschließen? Induktive Lasten will ich auch nicht schalten. Aber mir
ist die Verlustleistung (Kühlung) noch ein Rätsel, ich habe bei
diversen PWM-MOSFET-Schaltungen im Netz z.B. Hinweise gefunden "bei 12
V bis 3A geht das ohne Kühlkörper (TO220 Gehäuse)" ?!?! Mit welcher
Verlustleistung muss ich denn kalkulieren wenn ich einen passenden
Kühlkörper (soweit in meinem Fall nötig) errechnen will???
Danke schonmal.

Autor: Jens (Gast)
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Der Gate-Vorwiderstand wird dafür sorgen, daß Cgs langsamer geladen wird
und letztendlich die Verlustleistung des MOSFETs nach oben geht. Hatte
am Wochenende die gleiche Erfahrung gemacht, mein BUZ100 wurde sehr
heiß. Nach Entfernen des Widerstands blieb der ziemlich cool, ohne
Kühlkörper bei ca. 2A. Hätte nicht gedacht, daß das soviel ausmacht.

Autor: tf1973 (Gast)
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Wow, das würde schon einiges erleichtern, weil ich möchte nicht nur
einen MOSFET anschließen... Hab keinen Bock auf "Aluminium-Mania"
g
Welche Leistungen hast du geschaltet?

Autor: Jens (Gast)
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20W Halogenlampe

Autor: Jens (Gast)
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Mist, wollte doch nochwas schreiben: man kann MOSFETs auch gut parallel
schalten, die Verlustleistung verteilt sich somit und kommst ggfs. ohne
Alu aus.

Autor: TravelRec. (Gast)
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Solange Dein MosFet nur schaltet (also voll an und voll aus) und nicht
regelt oder längere Zeit im Übergangsbereich "hängt", kann er sehr
wohl einige Ampere ohne Kühlkörper vertragen. In Deinem Fall ist der
direkte Anschluß an den Portpin ratsam. Schwierig wird es dann wieder
bei hohen Frequenzen so ab 5kHz, da beginnen die Gate-Kapazitäten
nachteilig zu wirken.

Autor: Christian K. (Gast)
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Ein kleiner Tip noch,

es macht sich immer gut - zumindest wenn man noch experimentiert -
einen hochohmigen Widerstand (100k-1Meg) vom Gate zur Supply zu
schalten (N-MOS nach VSS, P-MOS nach VDD).

Das Erhöht doch stark die ESD Festigkeit. FET's sterben sehr schnell,
wenn das Gate unbeschaltet ist und eine Überspannung auftritt.

Ausserdem ist der FET dann sicher aus und es treten keine unerwarteten
Schaltvorgänge auf.

Autor: Winfried (Gast)
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Problem sind meist die Kapazitäten des Gates beim Umschalten. Und nur in
diesem Umschaltvorgang gibt es dann größere Verlustleistungen. Das
Problem bekommt man in den Griff, in dem man leistungsfähige
Gate-Treiber verwendet oder diskret aufbaut.

Das Gate direkt ohne Vorwiderstand an einen Portpin ist nicht zulässig
und außerhalb der Spec des Prozessors.

Autor: Jens (Gast)
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> Das Gate direkt ohne Vorwiderstand an einen Portpin ist nicht
> zulässig und außerhalb der Spec des Prozessors.

Wegen des hohen Ladestroms?

Autor: Winfried (Gast)
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Ja genau, ein entladener Kondensator wirkt ja wie ein Kurzschluß am
Portpin. Der Strom muss begrenzt werden, durch einen Widerstand.

Autor: tf1973 (Gast)
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Ok, danke erstmal für die Antworten, also um auf Nummer Sicher zu gehen
plane ich evtl. als Gate Treiber Optokoppler einzusetzen. Hab dann
natürlich das "Problem" das die Ausgänge durch den LED-Strom belastet
werden, wenn auch nur gering ...
Hat jemand vielleicht noch andere Ideen für betriebssichere
Gate-Treiber (effizient natürlich, also 4-fach-Treiber-IC's o.ä.) ?

Autor: Nicky (Gast)
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Schau dir mal den TC4427 an! Der treibt 2x 1,5A in beide Richtungen und
sorgt dadurch für ein schnelles Schalten! Die Variante mit dem
Optokoppler find ich nicht so gut! Da du wenn du nen ok-Ausgang nimmst,
der Lastwiderstand (pull up) sehr klein sein muss! Ausserdem kenne ich
aus dem Stand gerade keinen mit z.B. schmitttriggerausgang, der einen
passablen strom treiben kann.
Ich habe gerade einige Tests mit PWM und dem IRL530N durchgeführt. Mit
nem Gatewiderstand von 39 Ohm schaltet der IRL530N noch nicht sauber,
aber mit 20 Ohm sieht es super aus. Hingegen kann man sich bei 20 Ohm
und 5V pegel (logiklevel mosfet) den Strom ausrechnen, der zum Laden
und Entladen der Gatkapazität fließt. (wenn auch nur kurz)!

Autor: tf1973 (Gast)
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Hallo,

danke auch dir. Das Problem was ich habe, ich möchte das ganze
effizient aufbauen, also mit 8 MOSFETS. Ich brauche einen Kompromiss,
um bei geringer Verlustleistung (möglichst ohne Kühlkörper!!!) 24V bei
1,5A anzusteuern - aber auch gleichzeitig die Ansteuerschaltung der
MOSFETS gering zu halten.
Hier scheiden sich die Geister, einige sagen "Gate direkt an
Mikrocontroller damit die Gatekapazität schnell geladen wird und
Verlustleistung gering bleibt", andere Meinungen sagen "auf keinen
Fall ohne Gate Vorwiderstand" ?!?!?!
Wie sieht es denn mit "normalen" Logik-Treiber-IC's aus, kann ich
die verwenden um den BUZ11 anzusteuern ? Oder als Alternative - evtl.
einen MOSFET mit inegriertem Treiber den ich ohne externe Beschaltung
direkt an den µC anschließen kann, der dafür aber auch etwas teurer
sein darf.... ?!?!

Autor: Nicky (Gast)
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Nein, den MOSFET kannst du nicht direkt an den µC anschliessen. denn bei
5V ansteuerpegel (annahme der BUZ schaltet damit sauber) und nem
gatewiderstand von 20 Ohm (lt. meinem Test am IRL530N) fliesst nach OHM
bei t=0 ein strom von 250mA. (da beim umladen der Gatekapazität - diese
wie ein Kurzschluss wirkt --> siehe ladekurve von C's) z.b. der
tiny2313 kann glaube ich 40mA treiben, also bei weitem zu wenig!
deshalb der treiber. mit dem genannten TC4427 kannst du 2x1,5A
schalten. also von mit aus 2x4 FET's!
für deinen aufbau, möglichst ohne kühlkörper, ist es wichtig mit
steilen flanken zu schalten! denn nur dann hast du die geringste
wärmeentwicklung!
Du kannst dir auch den treiber mit 2 transistoren diskret aufbauen.
die variante mit den logikgattern finde ich wegen des gerade genannten
verhaltens des Fet's am Gate ebenfalls nicht sehr schön!
Wichtig sind die schnellen und stromtreibenden stufen vor dem gate.
weiterhin, am gate ganz ohne widerstand zu arbeiten, sogt bei t=0 für
einen kurzschluss. weis nicht, ob dass so gut ist -  hängt sicher von
den komponenten ab.

Autor: default (Gast)
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>> PWM- Frequenz < 200Hz
Unter "schnell" verstehe ich was anderes.
Wenn Du wirklich nur 200 Hz brauchst, dann Gate mit 100 Ohm direkt an
Portpin und zusätzlich noch ein Pull-down von 10k an Masse. Alles
andere ist Overkill.
Zum Vergleich: ich betreibe die gleiche Anordnung mit einem IRL3803 und
schalte damit 6A bei ca. 40 kHz, OHNE Kühlkörper.

Autor: Nicky (Gast)
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sorry, hab doch glatt 200kHz gelesen.  200Hz ist kein thema, das geht
auch direkt mit widerstand am µC, nur dass dann die flanken nicht mehr
sehr steil sind! eine frage des laststromes??? Testen!?

Autor: Nicky (Gast)
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Denk bitte daran, dass der buz11 kein logiklevel FET ist. der arbeitet,
denke ich, nicht mit 5V logikpegel vom µC sauber. Die Gatespannung ist
zum sperren oder leiten entschieden höher. also doch nen treiber, auch
wenn nur ne einfache transistorstufe!

Autor: Hannes Lux (hannes)
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"für deinen aufbau, möglichst ohne kühlkörper, ist es wichtig mit
steilen flanken zu schalten! denn nur dann hast du die geringste
wärmeentwicklung!"

Ich dachte bisher, es ist ein Kompromiss zu finden zwischen steilen
Flanken (geringe Verlustleistung) einerseits und nicht so steilen
Flanken (Erzeugen und Abstrahlen von Störungen) andererseits.

...

Autor: tf1973 (Gast)
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Also laut Datenblatt ist der Gate-Threshold bei 3V und bei 5V sind 8A
Drain-Surce-Strom schaltbar...

Autor: Nicky (Gast)
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Ja, kein Problem. Dann sag ich aber nur - Versuchsaufbau, Testen und
Variieren! Aber die Eckpunkte sind erst mal geklärt, an denen man nicht
vorbei kommt!

Autor: tf1973 (Gast)
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Ok, alles klar. Danke euch allen !

Thomas

Autor: Unbekannter (Gast)
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Du kannst den Gate-Widerstand auch relativ klein machen. Was hier
nämlich jeder übersehen hat, ist dass die Ausgangsspannungs eines
Controller mit der Belastung sinkt.

Ersten, Du schaust also im Datenblatt nach, welche Ausgangsspannung der
Controller beim maximalen Strom noch hat, und den Widerstand berechnest
Du mit dieser Ausgangsspannung und den maximalen Strom. Dann bist Du
auf jeden Fall auf der ultra-sicheren Seite.

Zweitens, kannst Du den Ausgang in der Regel auch locker etwas
"überbelasten". Dazu rechnest Du aus, welche Verlustleistung der
Ausgang bei maximalen spezifizierten Ausgangsstrom hat. Also (VCC -
Ausgangsspannung bei maximaler Belastung) / maximaler Strom.

Nun machst Du den Gatewiderstand so klein, dass das Integral der
Verlustleistung eines Umladevorgangs multipliziert mit der Frequenz
unter der (indirekt) spezifizierten maximaler statischer
Verlustleistung des Ausgangs liegt. Zur Sicherheit wählst Du den Faktor
ausreichend groß.

Das geht bei Mosfet-Technik problemlos, da die Ausgangs-Mosfets ja
keinen zweiten Durchbruch besitzen und das einzige Problem somit die
Verlustwärme ist.

Bei den Berechnung musst Du natürlich mit der schwächeren Hälfte des
Ausgangs rechnen, je nach dem ob High- oder Low-Transitor weniger Strom
liefern bzw. ableiten kann.

Du wirst festellen, dass Du bei 200 Hz den Gatewiderstand fast beliebig
klein machen kannst. Trotzdem solltest Du einen Gatewiderstand von
einigen Ohm verwenden, damit unter widrigen Umständen nichts anfängt zu
schwingen. Der Gatewiderstand bildet mit der Gate-Kapazität einen
Tiefpass der unerwünschte Schwingungen verhindert.

Autor: Hubert (Gast)
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> Dazu rechnest Du aus, welche Verlustleistung der
> Ausgang bei maximalen spezifizierten Ausgangsstrom hat.
> Also (VCC -Ausgangsspannung bei maximaler Belastung) / maximaler
> Strom.

Rechne mal besser:

(Vcc - Uamax) * Imax

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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icl7667 kostet 1euro beim Reichelt. egal welche frequenz, ich würd immer
nen treiber nehmen um trotzdem die flanken steil genug zu halten (anders
gesagt: Um hohe Gateströme fließen lassen zu können)

http://www.intersil.com/data/fn/fn2853.pdf

Autor: tf1973 (Gast)
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Also beim Mega8 sind es laut Datenblatt 4,2V bei High-Pegel...

Ihr redet doch die ganze Zeit vom Controller, oder? :-)

Wären dann 16mW Verlustleistung am Port...

Autor: Thomas (Gast)
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Bei den Schaltfrequenzen muss der Treiber wirklich nicht unbedingt sein.
Die Flankensteilheit ist für die Größenordnung von 200Hz mehr als
ausreichend. Da ist schon viel wichtiger einen Logiklevel Fet mit
geringem ON-Widerstand zu nehmen. z.B. ein IRLI540N hat Cin=1800pF ->
bei ca. 10mA AUsgangstrom -> ton = ca. 0,7us. Und dieser Fet ist schon
"sehr" überdimensioniert. Bei 200 Hz ergibt das einen
Verlustleistungsanteil von <10mW, was wohl kein Problem darstellt und
in diesem Bereicht wohl vernachlässigt werden kann.

Gruß
Thomas

Autor: Mike C. (chaosmike)
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Hey Leute

Ich hab so ein ähnliches Problem:
Ich möchte ein Buz11 mit einem PWM Signal schalten so dass er als Dimmer 
für Led's funktioniert doch leider schaltet er gar nicht mit dem Signal.
Kann man vielleicht den Buz11 nicht mit PWM betreiben?

Vielen Dank im voraus. (-:

Autor: Jens G. (jensig)
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Du kannst jeden Mosfet mit PWM betreiben. Zeige doch mal deinen 
Schaltplan. Wenn da was nicht geht,dann ist entweder was kaputt, oder 
die Schaltung ist falsch.

Autor: Mike C. (chaosmike)
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Hey
Danke für deine super schnelle Antwort

Hier hast du mal den Schaltplan :

Autor: Mike C. (chaosmike)
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Die PWM Schaltung selbst funktioniert, die hab ich schon getestet, kann 
eigentlich nur was mit der Ansteuerung des MosFet's falsch sein.

Autor: Anon Ymous (avion23)
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fet richtig herum? Von oben gesehen ist es GDS.
1k Gate widerstand verringern auf ~60Ω (oder je nachdem was man aus dem 
bisherigen thread für sich selbst herausgezogen hat).

Autor: Hannes Lux (hannes)
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Nagut, der für Bildformate zuständige Forianer scheint außer Dienst 
zu sein, deshalb möchte ich mal darauf hinweisen, dass man eine Grafik 
so aufbereiten kann, dass sie im Ganzen (ohne Schieberei) auf dem 
Bildschirm zu sehen ist und dass man für Strichzeichnungen wie 
Schaltpläne das JPG-Format meiden sollte.

Zum Thema:
Der 1k-Widerstand ist zu hochohmig, gegen die Gatekapazität kommt der 
nicht an...

Ich hänge mal als Beispiel die Schaltung eines Gartenbahn-Fahrtreglers 
mit BUZ11 an, statt des 555ers verwende ich allerdings den 4093.

...

Autor: Mike C. (chaosmike)
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Sorry

weis leider nicht wie man mit Target Schaltpläne als ... speichert.

Autor: Mike C. (chaosmike)
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HEY
Hannes Lux
kann es sein dass du aus Luxembourg kommst, oder was bedeutet dein Name?

Mit freundlichen Grüssen
Mike.C

Autor: Hannes Lux (hannes)
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> kann es sein

Nix iss unmööööööööglich... ;-)

...

Autor: Mike C. (chaosmike)
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Das heisst ???
( Du kommst aus Luxembourg )

Ich bin aus Luxembourg(Düdelingen)

Autor: Mike C. (chaosmike)
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Hey

Hätte noch ne Frage, hab jetzt die MosFet steuerung mit PWM im griff, 
aber ich würde noch gerne wissen, wenn man am Poti dreht, dass die 
Dimmung mitder Drehung langsam folgt.

Das heisst wen ich rasch drehe dass die Geschwindigkeit der erhellung 
bzw dimmung gleich bleibt und somit langsam erfolgt.

??? Funktioniert vielleicht mit einem Kondensator am poti oder (hab 
leider keine Idee wie das funktionieren könnte).

Vielen Dank im voraus ???

Autor: Mike C. (chaosmike)
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Hey Leute
Bräuchte noch mal euer fachmännisches Wissen, und zwar geht es darum wie 
man mit einem LM3915 ein MosFet ansteuert ?

Hoffe jemand hat da ne Idee .
P.S. Hab schon mit nem Transistor und nem Widerstand probiert, das stört 
leider die Anzeige am LM3915.


DANKE
Mit freundlichen Grüssen
Mike.C

Autor: mhh (Gast)
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Dann schau mal in den anderen Fred, wo Du dieselbe Frage auch gestellt 
hast.

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