Hallo zusammen. Ich hab ein Vorhaben. Ich möchte ein kleines PWM Modul
machen. Ein 8pin PIC bekommt über I²C die Daten und diese werden im
Programm einfach nur in die Register für das PWM-Modul geschrieben.
Jetzt will ich aber so schnell an keine Stromgrenze kommen, wenn ich
gerade jetzt in der Weihnachtszeit ein paar mehr LED-Streifen/Ketten da
anschießen will. Gedacht hab ich mir das folgendermaßen:
Die LED-Streifen bekommen alle die gemeinsame Versorgungsspannung, z.B.
12V. Die Kathodenseite kommt gesammelt an das Modul und wird da mit
einem Transistor gegen Masse geschaltet. Der PWM-Ausgang kommt über
einen Widerstand an die Basis/das Gate.
Zuerst hab ich mir gedacht, ich könnte ja einen TIP131 nehmen, dieser
hat jedoch recht hohe Sättigungsspannungen von um die 2,5 - 3V. Bei 12V
Netzteil bleiben somit aber für die LED-Leisten nur 9 Volt über, das is
ja auch nich Sinn der Sache. Also hab ich mich bei den MOSFETs umgesehen
und habe dort den IRFZ 24N gesehen
(http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfz24npbf.pdf). Dieser
hat einen Rds(on) von 0,07 Ohm, somit würde das doch heißen, bei den
Maximal zulässigen 17A Strom, fällt eine Spannung von 1,19V am MOSFET
ab. Ich habe nicht vor soviel Strom darüber laufen zu lassen, aber es
ist hier schon deutlich zu sehen, dass die Verlustspannung am Transistor
hier viel geringer ist -> mehr Spannung für die LEDs und weniger Wärme
im/am Transistor.
Jetzt wollte ich fragen, ob ich das richtig verstanden habe:
Laut Datenblatt kann ich den IRFZ-24N ja mit 5V am Gate treiben und
anhand dem Diagramm Fig. 1 ist ersichtlich, dass ich mit 5V Vgs maximal
5,nochwas Ampere Ids haben kann, was ja ansich auch ausreicht. Also,
wenn ich mit 5V ans Gate gehe und soviel LED-Leisten habe, dass ich
einen Strom von 5A habe, ist die Verlustspannung Vds um die 1V.
Ist das soweit richtig?
Das was ich nicht rausgefunden habe ist, wieviel Strom ich für eine
Vollaussteuerung in das Gate schicken muss. Da hängt ja der
Widerstandswert von ab und ob der max. Ausgangsstrom vom µC Pin reicht
(sollte aber denke ich, da FETs ja meineswissens wenig Strom brauchen).
Brauche ich überhaupt einen Widerstand? Denn 5V am Gate geht ja
genaugenommen nur ohne Widerstand, da an diesem auch eine Spannung
abfällt. Wie komme ich an diese Info und ist das Vergleichbar mit einem
normalen Transistor, also µC-Ausgang -> Widerstand -> Gate, Source ->
GND und Vdd -> LED-Streifen -> Drain ?
Zusätzlich noch.
Kann ich ohne große Änderung auch einen IRFZ 44N
(http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfz44npbf.pdf) nehmen?
Dieser kann zwar noch mehr Strom, was ansich für mich nicht wichtig ist,
was mich aber interessiert, ist, dass der statt 70mOhm nur 17,5mOhm
Rds(on) hat. Somit hat man bei gleichem Strom Ids eine geringere
Verlustspannung Uds. Und, wenn überhaupt, ab welchem Strom bräuchte man
einen Kühlkörper am MOSFET?
Les dir mal durch wie ein FET aufgebaut ist und wie er funktioniert.
Da gibt's idealisiert betrachtet keinen Strom ins Gate. Nicht ideal
gibts nur Umladestöme, da das Gate als eine Kapazität betrachtet werden
kann.
Der MOSFET verhaelt sich am Gate wie ein Condensator, also wenn er leer
ist zieht er viel Strom, deshalb wuerde ich ihn nicht ohne R an den uC
Portpin haengen.
Der IRFZ44 ist mein Standard uC-> MOSFET (logic Level MOSFET) wenn ich
einiges an Leistung brauche. Den kannst Du getrost am uC verwenden.
Die Kurven aus dem Datenblatt hast Du ja schon einigermassen richtig
gedeutet.
Und den Strom den Du fuer das Gate brauchst ist sehr von der
Schaltfrequenz abhaengig. (siehe Condensator auf/umladen)
Ich glaube aber nicht das Du Deine LED im kHz Bereich schalten willst.
Ju
Stimmt ja, da war ja was. Das heißt ja, dass ich am Anfang vom
Einschalten den höchsten Strom habe, ebenso wie der Anfang vom
Ausschalten. Und je höher der Widerstand, desto kleiner ist dieser Strom
und desto langsamer kann ich Schalten. Also könnte ich doch sagen, dass
ich bei maximal 25mA lieferbaren&senkbaren Strom (Ein bisschen Toleranz
mitgerechnet) 5V/15mA=330 Ohm als Widerstand nehmen kann. Wenn das Gate
dann vollständig "geladen" ist, ist die Spannungsdifferenz ja gegen 0
und somit der Strom auch. Wird der Ausgang dann wieder auf Low gezogen,
dann entläd es sich wieder mit 5V/330 Ohm, also ~15mA.
Soweit richtig?
jup schrieb:> Ich glaube aber nicht das Du Deine LED im kHz Bereich schalten willst.http://www.mikrocontroller.net/articles/Pulsweitenmodulation#Mit_welcher_Frequenz_dimmt_man.3F
Hier steht, dass für LEDs eine Frequenz zwischen 1kHz und 9kHz
angemessen ist. Hatte an so 2kHz gedacht, wobei die Frequenz einstellbar
sein soll.
Ich habe außerdem noch gesehen, dass manchmal ein ziemlich großer
Widerstand zwischen dem Gate und Source ist. Ist der zur Sicherheit drin
bzw erfüllt dieser einen speziellen Zweck?
Vielen Dank schonmal für diese schnellen und nächtlichen Antworten. Ich
hau mich nun auch mal hin.
ich schrieb:> Ist der zur Sicherheit drin bzw erfüllt dieser einen speziellen Zweck?
Der sorgt dafür, dass sich der MOSFET auch anständig benimmt, wenn der
I/O-Pin vom µC noch nicht als Ausgang konfiguriert ist.
> Ist der zur Sicherheit drin bzw erfüllt dieser einen speziellen Zweck?
Dieser Widerstand zieht das Gate auf Masse, damit nicht irgend welche
herumgeisternden Spannungen den Mosfet ungewollt durchschalten lassen
(elektrostatische Aufladung...). Ein Mosfet ist ja praktisch nur
spannungsgesteuert. Nimm 47k .... 100k.
> kann ich den IRFZ-24N ja mit 5V am Gate treiben
Nein, kannst du nicht. Im Datenblatt steht deutlich
Continuous Drain Current VGS at 10 V
und Drain-Source On-State Resistance RDS(on) VGS = 10 V
Das musst du bloss mal zur Kenntnis nehmen,
bevor du auf Digramme mit Schätzwerten guckst.
Der IRFZ24 ist kein LogicLevel MOSFET, der mit 5V
ordentlich angesteuert wäre, dazu braucht es den
IRLZ24.
Den kannst du problemlos an deinen uC schalten, ohne
"Der PWM-Ausgang kommt über einen Widerstand an die Basis/das Gate."
diesen ominösen Widerstand
und bis 10kHz (hey, schon ab 70Hz sieht man kein Flimmern)
hast du auch keinerlei Probleme mit der Kapazität des
MOSFTE Gates zu erwarten und brauchst demnach keine
MOSFET Treiber (den bräuchtest du nur
beim IRFZ24 damit du ihn mit 10-12V ansteuern kannst).
R2 ist sinnvoll, wenn der uC Pin auch ein Eingang sien kann.
Der TIP131 ist ein Darlington, daher die hohen Verluste,
aber ein einfacher NPN Transistore reicht auch nicht, weil
der keine ausreichende Stromverstärkung hätte, es müsste
mindestens noch ein zweiter Bipolartransistor davor, aber
nicht in Darlingtonschaltung, daher ist die Schaltung mit
Bipolartransistoren zu aufwändig.
MaWin schrieb:> Nein, kannst du nicht. Im Datenblatt steht deutlich> Continuous Drain Current VGS at 10 V> und Drain-Source On-State Resistance RDS(on) VGS = 10 V> Das musst du bloss mal zur Kenntnis nehmen,> bevor du auf Digramme mit Schätzwerten guckst.
Ich hab das so verstanden, dass der IRFZ24 einen Rds(on) von 0,07mOhm
bei Ugs=10V hat, da man ja immer die Testbedingung angeben muss. Das
heißt ja aber nicht, dass der MOSFET nicht unter 10V betrieben werden
kann oder das der Rds(on) oder maximal Ids stark abweicht!? In dem
Diagramm Fig.1 ist ja extra eine Kennlinie für Vgs von 5V eingezeichnet.
Wieso sollte die da sein, wenn man den Transistor damit nicht steuern
sollte?
Wenn der IRLZ24 extra ein Logic-Level MOSFET ist, ist der bestimmt
besser geeignet und werde den dann wohl auch nehmen. Doch zum
Verständnis würde ich es gerne verstehen.
MaWin schrieb:> Den kannst du problemlos an deinen uC schalten, ohne> "Der PWM-Ausgang kommt über einen Widerstand an die Basis/das Gate."> diesen ominösen Widerstand
Ganz vergessen: Wieso kann ich diesen Widerstand weglassen (wäer ja R1
in meiner kleinen Schaltung)? Wenn es wie ein Kondensator ist, dann
fließt doch beim "laden" bzw "entladen" quasi ein Kurzschlussstrom. Ist
dieser nicht gefährlich/zu hoch für den µC?
ich schrieb:> Ganz vergessen: Wieso kann ich diesen Widerstand weglassen (wäer ja R1> in meiner kleinen Schaltung)? Wenn es wie ein Kondensator ist, dann> fließt doch beim "laden" bzw "entladen" quasi ein Kurzschlussstrom. Ist> dieser nicht gefährlich/zu hoch für den µC?
Die Dauer dieses Stromes ist aber so kurz, dass die Ausgangstreiber
deines µCs gar keine Zeit dazu haben, sich zu erwärmen. Es ist ja die
Hitze, die sie bei Überstrom kaputtmacht. Was zählt ist der
durchschnittliche Strom, solange die Frequenz nicht zu niedrig ist.
Gruß
Jonathan
> Ich hab das so verstanden, dass der IRFZ24 einen Rds(on) von 0,07mOhm> bei Ugs=10V hat, da man ja immer die Testbedingung angeben muss. Das> heißt ja aber nicht, dass der MOSFET nicht unter 10V betrieben werden> kann oder das der Rds(on) oder maximal Ids stark abweicht!?
Ja, der Hersteller hat getestet und garantiert, daß der MOSFET bei 10V
den angegebenen RDSon unterschreitet. Er hat aber nicht die Digramme
getestet, die dann dan Ansteigen des RDSon darunter darstellen, das kann
ganz rapide gehen, denn die UGSth hat eine Toleranz von 1:2.
Nur wenn der MOSFET in analogen Linearbetrieb mit entsprechend hoher
Verlusteleistung ist, verwendet man den Spannungsbereich darunter, und
muss dann eben bis runter auf die minimale UGSth abregeln können.
> Wieso kann ich diesen Widerstand weglassen
Weil schon ein uC Ausgangs-Pin so 75 Ohm Innenwiderstand hat und eine
Stromabschnürung irgendwo zwischen 20mA und 40mA. Ein Kurzschluss tritt
also nicht auf. Der Widerstand ist überflüssig. Nur wenn man gezeilt in
EMV Effekte eingreifen will, platziert man ihn. EMV wirst du nicht mal
messen.
MaWin hat zwar das Wesentliche schon geschrieben. Da hier aber schon zum
zweiten Mal am gleichen Tag das Missverständnis mit dem Ughth bzw. den
Diagrammen auftaucht, das Ganze noch etwas ausführlicher, insbesondere
für diejenigen, die dem MaWin noch nicht glauben:
ich schrieb:> Ich hab das so verstanden, dass der IRFZ24 einen Rds(on) von 0,07mOhm> bei Ugs=10V hat, da man ja immer die Testbedingung angeben muss.
Richtig.
> Das heißt ja aber nicht, dass der MOSFET nicht unter 10V betrieben> werden kann oder das der Rds(on) oder maximal Ids stark abweicht!?
Nur halbrichtig. Man kann ihn natürlich auch mit weniger als 10V betrei-
ben, hat dann aber von Seiten des Herstellers keine Garantie, dass er
funktioniert.
Das musste der Eröffner dieses Threads
Beitrag "IRLZ44N 1.2V schalten?"
erfahren, als er einen Mosfet mit Ugsthmax=2V, dessen Rdson für Ugs=4V
spezifiziert ist, mit nur 3,3V betreiben wollte. Da ist der Unterschied
sogar noch viel geringer als zwischen 10V und 5V. Und laut Diagramm
müsste bei Ugs=3V Rdson=34mΩ sein. Trotzdem funktionierte er nicht wie
gewünscht.
> In dem Diagramm Fig.1 ist ja extra eine Kennlinie für Vgs von 5V> eingezeichnet. Wieso sollte die da sein, wenn man den Transistor damit> nicht steuern sollte?
Weil unter dem Diagramm steht: "Typical Output Characteristics"
Typische Werte sind immer mit Vorsicht zu genießen. Was zählt, sind die
Maximal- bzw. Minimalwerte.
Für den Rdson bei Ugs=10V ist ein Maximalwert von 0.1Ω angegeben, d.h.
der Hersteller hat ihn nachgemessen oder ist sich seines Produktions-
prozesses so sicher, dass er diesen Wert garantieren kann. Für Ugsth
gibt er sogar einen Maximal- und einen Minimalwert an, weil beide für
den Anwender wichtig sein können. Wie du siehst, liegen die beiden Werte
aber sehr weit auseinander, was ein Hinweis dafür ist, dass diese Bau-
teile stark streuen und damit evtl. auch die anderen Parameter größeren
Schwankungen unterworfen sind.
Der typische Wert von Ugsth wird ungefähr in der Mitte zwischen den an-
gegeben Randwerten, also bei 3V liegen. Für ein solches Exemplar ist das
Diagramm in Fig. 1 gezeichnet. Nun hast du aber vielleicht ein Exemplar
mit Ugsth=4V, also einem Unterschied von 1V, erwischt. In optimistischer
Näherung kann man nun annehmen, dass sich dein Mosfet bei Ugs=6V so
verhält wie der typische bei 5V. Die 6V-Kurve im Diagramm rutscht also
dorthin, wo vorher die 5V-Kurve und die 5,5V-Kurve dorthin, wo vorher
die 4,5V-Kurve war. Die 5V-Kurve wird das Diagramm nach unten verlassen,
und bei 4,5V landet irgendwo, wo der Strom kein Strom mehr, sondern
höchstens noch ein Rinnsal ist.
> Wenn der IRLZ24 extra ein Logic-Level MOSFET ist, ist der bestimmt> besser geeignet und werde den dann wohl auch nehmen.
Ganz bestimmt, denn genau für diesen Zweck werden die Logic-Level-Typen
hergestellt. Wobei man sich auch vom Begriff "Logic" nicht täuschen
lassen darf. "Logic" heißt in diesem Zusammenhang meist 5V-CMOS-Logik
und nicht etwa TTL- oder 3,3V-Logik. Bei 3,3V-Logik muss man das
Datenblatt etwas genauer lesen und nach einem Rdson bei Ugs=2,5…3,0V
Ausschau halten. Fehlt diese Angabe, taugt der Mosfet nicht für 3,3V.
Vielen dank für diese ausführliche Erleuterung. Ich habe vorher noch nie
einen Mosfet benutzt da ein BC547 immer ausreichend war. Aber durch
deine Erklärung ist Licht ins Dunkel gekommen. Nochmals vielen Dank.
Eine Frage hätte ich da noch. Und zwar, wenn ich eine 5V-PWM habe, kann
ich ja den IRLZ24 oder dann bestimmt auch den IRLZ34 nehmen.
Wenn ich aber eine 3V3-PWM habe, müsste ich ja einen MOSFET mit
geringerer Ugs,th haben oder aber die Spannung auf 5V bringen. Dazu hab
ich hier im Artikel
(http://www.mikrocontroller.net/articles/Pegelwandler#3.3V_-.3E_5V) den
Punkt gefunden:
"3,3V auf echte 5V (CMOS) geht am einfachsten mit einem Baustein der HCT
Familie (NICHT HC !). Diese haben TTL-compatible Eingänge und echte CMOS
Ausgänge."
Der 74HCT240 scheint ja geeignet zu sein. Jedoch gibt es bei Reichelt
die HCT-Reihe nicht in SMD-Bauform. Den 74LS244 allerdings schon. Dieser
hat auch eine High-Pegelerkennung ab 2V, kann bis 7V versorgt werden und
schaltet schnell genug. Kann ich diesen nehmen? Ich sehe nichts, was
dagegensprechen würde. Nur der Hinweis auf speziell die HCT-Familie
bringt mich etwas ins zweifeln.
ich schrieb:> Den 74LS244 allerdings schon. Dieser hat auch eine High-Pegelerkennung> ab 2V,
Das schon.
> kann bis 7V versorgt werden
Bis 7V geht er nicht kaputt. Gut funktionieren tut er aber nur von 4,75V
bis 5,25V. Bei 5V liegt aber der High-Ausgangspegel aber auch nur bei
etwas über 3V.
> Kann ich diesen nehmen?
Würde ich nicht. Wenn schon Pfusch, dann lieber mit einem HC-Baustein.
Bei dem ist zwar nicht garantiert, dass er beim High-Pegel eines 3,3V-
Bausteins schaltet, doch liegt sein High-Schwellwert praktisch immer
unter 3V. Auf jeden Fall liefert er die für den IRLZ34 nötige Gatespan-
nung am Ausgang.
Aber ist es nicht viel leichter, sich statt eines zusätzlichen ICs zur
Pegelkonvertierung gleich einen Mosfet für 3V zu schnappen?
Yalu X. schrieb:> Bei 5V liegt aber der High-Ausgangspegel aber auch nur bei> etwas über 3V.
Oh das hab ich garnicht gesehen. Seit wann gibt ein Logik-IC denn eine
soviel niedrige Spannung als die Versorgungsspannung aus?
Yalu X. schrieb:> Aber ist es nicht viel leichter, sich statt eines zusätzlichen ICs zur> Pegelkonvertierung gleich einen Mosfet für 3V zu schnappen?
Das war auch mein erster gedanke und auch meine Hoffnung, doch soeinen
hab ich nicht gefunden und in der Übersicht hier auf dieser Seite hab
ich auch keinen gesehen, der solch eine kleien Spannung kann. Laut dem
FET Artikel hier sollte man einen MOSFET nehmen, dessen maximal Ugs,th
maximal die Hälfte der gewünschten Schaltspannung entspricht.
"Diese Spannung ist technologisch bedingt auch heute noch einer starken
Toleranz unterworfen, typisch 1:2 zwischen Minimum und Maximum. Im
praktischen Betrieb muss man mindestens das Doppelte anlegen, um den
MOSFET voll aufzusteuern."
Ich hatte den IRL 3803 mal gesehen, dessen min. Ugs,th 1V ist, mit der
Toleranz ist also max. Ugs,th 2V und das doppelte wäre 4V.
Kannst du mir vielleicht einen Transistor nennen, der mit einer 3V3-PWM
klar kommt?
Vielen Dank schonmal im Voraus
ich schrieb:> Kannst du mir vielleicht einen Transistor nennen, der mit einer 3V3-PWM> klar kommt?
Schau mal hier
https://ec.irf.com/v6/en/US/adirect/ir?cmd=eneNavigation&N=0+4294841672
und filtere nach den in Frage kommenden Rdsons für "Max 2.5V" oder "Max
2.7V" und ggf. weiteren Anforderungen. Dann musst du nur noch schauen,
welche davon bei Reichelt und Kollegen erhältlich sind.
Hallo,
na das ist ja mal ein informativer und lehrreicher Theard, danke.
Obwohl ich mich durch diverese Tutuorials durchgearbeitet habe gab es
doch einige neue Detailinformationen die mir noch nicht "richtig"
bekannt waren.
z.B.
"Er hat aber nicht die Digramme getestet, die dann dan Ansteigen des
RDSon darunter darstellen, das kann ganz rapide gehen, denn die UGSth
hat eine Toleranz von 1:2."
und
"Der typische Wert von Ugsth wird ungefähr in der Mitte zwischen den an-
gegeben Randwerten, also bei 3V liegen. Für ein solches Exemplar ist das
Diagramm in Fig. 1 gezeichnet. Nun hast du aber vielleicht ein Exemplar
mit Ugsth=4V, also einem Unterschied von 1V, erwischt. In optimistischer
Näherung kann man nun annehmen, dass sich dein Mosfet bei Ugs=6V so
verhält wie der typische bei 5V. Die 6V-Kurve im Diagramm rutscht also
dorthin, wo vorher die 5V-Kurve und die 5,5V-Kurve dorthin, wo vorher
die 4,5V-Kurve war. Die 5V-Kurve wird das Diagramm nach unten verlassen,
und bei 4,5V landet irgendwo, wo der Strom kein Strom mehr, sondern
höchstens noch ein Rinnsal ist."
woher wisst ihr das ?
Im Datenblatt steht das meistens nicht klar und deutlich drin, lehrnt
man sowas aus der Praxis ?
Wären diese Hinweise nicht evtl. eine gute Ergänzung für die
Grundlagenartikel, nicht jeder versteht die Feinheiten bzw. "Tricks" der
Angaben und Diagramme im Datenblatt.
mfg
Noch n' Bastler
soo. Nach längerem gucken hab ich keine geeigneten MOSFETs gefunden bis
auf einen bei Reichelt im so223-3 Gehäuse mit maximal 4A Id. Geguckt in
der Liste hab ich und gesucht bei Reichelt, Conrad, Pollin. Bei digikey
gibt es welche nur sind die 5 mal so teuer wie den IRLZ 34 und die
digikey Versandkosten sind auch nich ohne. Dann nehme ich echt so einen
74HCT440 o.ä. Hat jemand noch einen Tipp oder eine Quelle, wo er/sie
solche MOSFETs kauft?
Ich schrieb:> Nach längerem gucken hab ich keine geeigneten MOSFETs gefunden bis> auf einen bei Reichelt im so223-3 Gehäuse mit maximal 4A Id.
Und der ist nicht gut genug? Was sind denn deine Wünsche (Spannung,
Strom, Gehäuseform)?
> Geguckt in der Liste hab ich und gesucht bei Reichelt, Conrad, Pollin.
Bei CSD und Kessler kannst du auch noch nachschauen. Auch HBE käme evtl.
in Frage, der verkauft Farnell-Artikel an Privatleute.
