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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MOSFET mit µC schalten


Autor: Brunni (Gast)
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Hallo Leute,

bevor mich auf die Suchfunktion hingewiesen werde-->hab ich schon !!
:-)

Ich will ganz einfach mit einem µC einen Elektromagneten(I=4A) bzw.
E-Motoren(800mA) beide 24V ansteuern Dafür möchte ich mal MOSFETs
(Ugs_max+/- 30V!) nehmen.

Möchte den Lastkreis aber mit Optokoppler vom µC trennen. So hab nun
schon einiges im Forum zwecks Gatekapazität, Flankensteilheit etc.
gelesen. Mir kommt es gar nicht auf schnelles ein/aus Schalten an, also
keine PWM oder so, nur schalten!.

Wie muss ich nun den npn-Transistor z.B. eines PC817 beschalten um den
MOSFET ein/aus schalten zu können.

Im Forum wird auch hingewiesen das Treiberbausteine eingesetzt werden
sollten die hohe Gateströme reindonnern um möglichst rasch
durschzuschalten bzw. ordentlich auf Masse ziehen.

Kann ich mir das in meinem Fall sparen wenn  also einfach mit
Transistor ein und mit Entladewidertand aus schalte??

Vielleicht hat ja wer so eine Standardbeschaltung zu Hand???

Hoffe mir kann da wer behilflich sein

Schönen Abend noch
Manfred

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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Hallo Manfred,

ich habe Dir eine einfache Schaltung mit einem
OPTO-Koppler und einem FET erstellt.

Die µC-Seite und die Last-Seite sind voneinander galvanisch getrennt.

Soll keine galv. Trennung erfolgen, dann kann auf den Optokoppler
verzichtet werden.

Bernhard

Autor: jmoney (Gast)
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Deine Vermutungen stimmen. Wenn du sicher bist, dass du nicht später
eine PWM benutzen willst, kannst du den MOSFET so ansteuern. Das Sieht
dann so aus:
Der NPN des Optokopplers zieht das Gate auf Masse und ein Pullup zieht
es auf high. Wenn du nicht einen speziellen Logic Level MOSFET benutzen
willst, solltest du 10-12V für die Gatespannung bereitstellen, da die
meisten MOSFETs bei 5V noch nicht vollständig durchschalten. Die
kriegst du aber bei den kleinen Leistungen durch eine einfache
Klemmschaltung, d.h. Pullup an +24V und eine 12V-Zenerdiode direkt ans
Gate. Damit sollte der MOSFET zuverlässig schalten.
Wie du ja schon angedeutet hast, bekommst du damit halt keine große
Flankensteilheit am Gate hin. Du solltest also vorher berechnen, wie
lange der Pullup braucht, um das Gate vollständig zu laden (tau=R*C,
nach 1 tau ist der C zu 63% geladen, nach 2 tau 86%, nach 3tau 95%) und
näherungsweise bestimmen, wieviel Leistung in dieser Zeit im MOSFET
verbraten wird. Sonst könntest du bei zu großer Dimensionierung des R
eine böse Überraschung erleben, wenn der MOSFET nach dem ersten
Schaltvorgang abraucht.
Bei Motoren und anderen induktiven Lasten muss auch unbedingt noch eine
Freilaufdiode über den MOSFET, um ihn vor der großen negativen Spannung
zu schützen, die beim Abschaltvorgang in der Spule durch deren
Selbstinduktion entsteht.

So, ich hoffe, ich hab nichts wichtiges vergessen und wünsche noch viel
Spaß mit deinen MOSFETS!

Autor: jmoney (Gast)
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Du solltest in der Schaltung von Bernhard Schulz noch eine Zenerdiode am
Gate vorsehen, denn alle MOSFETs, die ich kenne (inkl. BUZ11), können
maximal 20V am Gate ab.

Autor: Brunni (Gast)
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Morgen Leute,

Also erstmals großes LOB hier ans Forum. Hier bekommt man wirklich
schnell und erstklassige Antworten, SUPER!

Genau so wie Bernhard hab ich mir das schon vorgestellt. ein
Pulldown-Widerstand entlädt mir das Gate und über den NPN Transistor
schalte ich das Gate dann auf VDD. Bernhard hat halt zusätzlich im
Kollektor noch einen Widerstand also als Spags.teiler vermute ich mal
und auf VDD/2 zu gelangen. Ich kann aber die 24V direkt ans Gate geben
weil im Datenblatt sind für UGS_max=+/-30V angegeben.

Die Freilaufdiode werd ich selbstverständlich auch einbauen.

Wie jmoney schon angemerkt hat muss ich halt beim Gateiderstand
aufpassen um nicht den FET beim Schalten zu verbraten. Habe eine Seite
im Netz gefunden da her der Autor für solch "normale" Schltvorgänge
1k genommen, wird aber sichlich auf mit den 4k7 von Bernhard
funktionieren.

Eine Frage hab ich aber nocht bezüglich Optokoppler-LED: Bernhard,
wieso schaltest du mit dem µC die LED auf GND??Hat das vielleicht mit
den Portzuständen beim Einschalten zu tun,weil die dann HIGH sind und
mir den Optokoppler sonst sofort einschalten würden, in deiner
Beschaltung aber erst wenn ich den Portbin auf LOW setze???

Vielleicht könnte mir das noch wer erklären dann bin ich rundum
zufrieden :-) ! Jedenfalls schon mal DANKE!
Brunni

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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>Vielleicht könnte mir das noch wer erklären dann bin ich rundum
>zufrieden :-)

meine Bankverbindung gebe ich Dir später ;)
dann wäre ich auch rundum zufrieden


>wieso schaltest du mit dem µC die LED auf GND??

da in dieser Schaltungsanordnung der µC einen höheren Ausgangsstrom zur
Verfügung stellen kann

>entlädt mir das Gate und über den NPN Transistor
>schalte ich das Gate dann auf VDD.

Du meinst sicherlich den FET ?


>Ich kann aber die 24V direkt ans Gate geben
>weil im Datenblatt sind für UGS_max=+/-30V angegeben.

Maximal 20! aufpassen

>wird aber sichlich auf mit den 4k7 ....

ja, nicht zu niederohmig, werden sonst zu warm (P=U²/R)

Bernhard

Autor: Brunni (Gast)
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Hallo Bernhard,

ok alles klar soweit, danke.

Ich verwende da so einen MOSFET der außergewöhnliche 30V am Gate
verkraftet.

Datenblatt:
www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfb9n30a.pdf

Schönen Tag noch!
Brunni

Autor: Brunni (Gast)
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So habe die Schaltung jetzt mal aufgebaut.

Der E-Magnet zieht jetzt bei 18V 2A. Der MOSFET ist für 9A ausgelegt
mit einem R_DS von 0.45Ohm. Jetzt ist I²*R ja die Verlstung über den
MOSFET. also ca. 1,8Watt. Der MOSFET wird wenn ich die Spule länger im
Betrieb habe schon ziemlich warm. Ist das Ok so? Die 9A die er verträgt
sind ja sowieso mit Kühlkörper oder???

mfg
Brunni

Autor: Brunni (Gast)
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PS: Es ist auch so, wenn ich den Magnet direkt an 18V gebe benötigt er
fast 2,3A wenn ich Ihn über den MOSFET schalte bekommt er nur 2A. Wieso
wird da der Strom so begrenzt, wenn er doch voll durchschalten müsste
mit UGs=18V???


Brunni

Autor: Klaus (Gast)
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Wenn wirklich nur EIN und AUS geschaltet wird (ohne PWM), dann kann
anstatt eines MOSFET auch das gute alte Relais helfen.
Das macht u.U. weniger Verlustleistung bzw. kann durch den Einsatz
eines bistabilen Relais minimiert werden (z.B. Ausführung mit 2
Spulen).
Oder auch das gute alte "Eltako" Tasterrelais (Stromstoss-Schalter)
aus jedem Treppenhaus (wenn man die Möglichkeit hat, den Lastkreis
Schaltzustand separat zu ermitteln).
Klaus

Autor: Brunni (Gast)
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HI Klaus, habe auch immer Relais verwendet nur möchte ich diesmal
vielleicht eine elegantere Variante bauen, eben mit MOSFET's auch weil
ich in der Parxis damit noch nie gearbeitet habe.

mfg
Brunni

Autor: Rolf Magnus (Gast)
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> Der MOSFET ist für 9A ausgelegt mit einem R_DS von 0.45Ohm. Jetzt
> ist I²*R ja die Verlstung über den MOSFET. also ca. 1,8Watt.
> Der MOSFET wird wenn ich die Spule länger im Betrieb habe schon
> ziemlich warm. Ist das Ok so?

1,8 Watt ist halt schon was. Daß er dabei warm wird, ist normal.
Verbessern könntest du das mit einem FET mit niedrigem RDSon, denn
knapp ein halbes Ohm ist schon recht viel. Schau mal in die
MOSFET-Liste im Wiki. Da findest du bessere.

> Die 9A die er verträgt sind ja sowieso mit Kühlkörper oder???

Ja. Evtl. ist es nicht mal die Dauerlast.

> PS: Es ist auch so, wenn ich den Magnet direkt an 18V gebe
> benötigt er fast 2,3A wenn ich Ihn über den MOSFET schalte bekommt
> er nur 2A. Wieso wird da der Strom so begrenzt, wenn er doch voll
> durchschalten müsste mit UGs=18V??

Naja, "voll durchschalten" heißt halt, daß da trotzdem noch das RDSon
ist. An deinem FET gehen 0,45 Ω * 2 A = 0,9 V verloren. Durch die
verringerte Spannung sinkt natürlich auch der Strom.

Autor: Rolf Magnus (Gast)
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Ach mann, kann das nicht mal behoben werden? Das Ω hätte eigentlich
ein schönes Omega sein sollen.

Autor: Brunni (Gast)
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Hallo Rolf,

DU hast Recht, hätte nur einen Spagsteiler aufzeichnen  und den
Spgsabfall über den MOSFET ausrechnen müssen ,also knapp 1V, daher
Strom durch die Spule dann I=17V/Widerstand der Spule.

Ja ich habe auch schon ein paar verschiedene MOSFET gekauft sogar
welche mit nur wenigen mOhm.

Werd mal die ausprobieren und schaun wie die Wärmeentwicklung mit
diesen ist. Obwohl in meinem Fall es eigentlich nicht so tragisch ist
da ich den E-Magnet nur kurz im Betrieb habe und die E-Motoren auch nur
kurz.

Jedenfalls möchte ich micht bei allen für die bereits erhaltenen
Antworten bedanken!! Großes Lob nochmals an das Forum.
Schönen Abend noch, Brunni

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