Hat schonmal jemand einen µC mit einem direkten Anschluss an ein FET-Gate gegrillt?

Noch nie über einen längeren Zeitraum ohne ausprobiert, mit 10 Ohm am 
Gate aber über Jahre keine Ausfälle bei 10kHz.

Problem ist beim Schalten, dass Du zwischen Gate und Drain eine 
Kapazität hast und es dir bei schnellen Schaltvorgängen die Gatespannung 
über 5V anheben kann.

Reiner schrieb:
> Laut AMR darf man einen IO-Pin mit maximal 40mA belasten. Ein
> empfohlener Maximalwert fehlt jedoch.

Wie ein empfohlener Maximalwert?
Bis 40mA bleibt er garantiert heile, ab 40mA kann er sofort kaputt 
gehen.
Was willst Du da mehr empfohlen bekommen?

> Konkret geht es um einen 24A

Was ist das, ein neuer Mercedes?

> Es fliessen dann gut 100mA, jedoch nur einige us lang.

Glaube ich Dir nicht. Ich habe mal den Kurzschluss-Strom bei 5V an 
mehreren AVR µC gemessen, und alle lieferten dabei ungefähr 50mA.

Und was steht im Datenblatt als maximal erlaubter Wert? bei den meisten 
ist es 200mA. Also alles im grünen Bereich. Solange du das nicht mit 
vielen Pins gleichzeitig machst.

Allerdings können so starke Stromschwankungen die Stabilität der 
Versorgungsspannung beeinträchtigen.

Deine 40mA rühren eher von dem Anspruch, dass dabei noch gültige 
Logikpegel aus dem Ausgang heraus kommen. Bei mehr als 40mA ist damit 
nicht mehr zu rechnen. Das ist aber egal, sonage du an den selben 
Ausgang nicht noch weitere Bauteile hängst, die saubere Logikpegel 
benötigen.

Beim direkten Anschliessen an meinen MOSFET kann es vorkommen, dass der 
uC neu startet. In seltenen Fällen kann auch der Pin zerstört werden. 
Auf jeden Fall einen in Serie geschalteten Widerstand verwenden!

> Beim direkten Anschliessen an meinen MOSFET kann es vorkommen, dass
> der uC neu startet.

Eben weil:

> Allerdings können so starke Stromschwankungen die Stabilität der
> Versorgungsspannung beeinträchtigen.


> Auf jeden Fall einen in Serie geschalteten Widerstand verwenden!

Besser ist das. Wenn man keinen Plan hat, welcher das sein soll, würde 
ich mal mit 100 Ohm anfangen.

Mick schrieb:
> Beim direkten Anschliessen an meinen MOSFET kann es vorkommen, dass der
> uC neu startet

Man sollte nie irgendetwas an einen µC direkt anschließen solange er 
läuft.

Stefan U. schrieb:
> Und was steht im Datenblatt als maximal erlaubter Wert? bei den meisten
> ist es 200mA. Also alles im grünen Bereich. Solange du das nicht mit
> vielen Pins gleichzeitig machst.

Du solltest mal das Handbuch genauer lesen. Es ist nämlich ziemlich 
peinlich, wenn man eine grosse Fresse hat und dann trotzdem Bullshit 
redet. Du verwechselst hier nämlich offensichtlich den erlaubten Strom, 
der durch einen Vcc Pin fliessen darf mit dem Strom, der durch einen 
IO-Pin fliessen darf.

Des weiteren ist der Kurzschlussstrom bedingt durch Serienschwankungen 
nicht generell zu beziffern. Ich habe schon tinys mit 67mA und 75mA 
gehabt. Das liegt alles über den AMR.

Ok, bei 75mA hätte ich auch Schiss.

Reiner schrieb:
> grosse Fresse

gehts auch ohne Beleidigungen?

Ich glaube dem Reiner das mit den 75mA. Kann druchaus sein.

Unabhängig davon lautet meine Antwort auf die urspüngliche Farge, daß 
ich noch nie einen Mikrocontroller durch Kurzschluss einzelner Pins 
kaputt bekommen habe.

74er TTL IC's sind da erheblich empfindlicher.

Wahrscheinlich läuft es für immer, insbesondere bei einem Einzelstück.

Worauf es ankommt ist die Gateladung.

Es macht einen gewaltigen Unterschied, ob man einen Leistungs-MOS mit 
100mC treiben will, oder einen 2N7002 mit irgendwas pC.

Einen 2N7002 oder BSS123 kann man bedenkenlos mit einem Controllerpin 
treiben. Die liegen bei <1nC.
Einen FET mit 100nC mit 10kHz wohl nicht.

Wenn man das tun will, darf man sich ein echtes Geschoß von einem FET 
mit gewaltigem Merit zulegen. Da ist der Gatetreiber billiger :-)

Wer einen Leistungs-MOS mit 24A sauber steuern will, wird einen 
Gatetreiber nehmen. Oder mindestens einen Gatewiderstand.
So einfach dranflanschen ist Pfusch.

MurksMurksMurks schrieb:
> Worauf es ankommt ist die Gateladung.

Kannst du ja umrechnen. Für die diversen CMOS und TTL-Familien ist ein 
"FAN-Out" angegeben, der angibt, wieviele Eingänge mit einem Ausgang 
steuerbar sind.
Bei CMOS sind die Eingänge ebenfalls Gates.

Aus einer TI-Appnote für 74HCT : Fan-Out von ~1000 bei 
(extrem-Worst-Case) 15 pF pro Gate geht noch einigermaßen.

d.H. 15nF Last am Ausgang gehen noch, ohne dass dabei die 
Rise/Fall-Zeiten um mehr als 500ns verschlechtert werden.

Und das ohne Angst-Widerstand dazwischen.
--> Appnote "HCMOS Design Considerations" von TI.
oder von vermutlich jedem anderen Hersteller.

die AVR-IOs sind da nicht sooo verschieden von, vermutlich sogar noch 
kräftiger.

Ich hab hier einen IRFP460Z mit 0.6 mm Cu verlaengert fuers
Brotbrett. Der bekommt sein Gate-Signal u.a. auch regelmaessig
von (5V-)Controller-PINs. Kaputt gegangen ist da noch nie etwas.

Wegen fehlender Freillaufdiode hat der IRFP460Z dabei auch schon
Spannungen von 600 V am Drain ueberlebt.

Mit einem Labor-NT das nicht mehr als 1 A am Ausgang schafft,
ist das schon ziemlich unkaputtbar.

(º°)·´¯`·.¸¸.·´¯`·.¸¸.·´¯`·.¸¸.·´¯`·.¸¸.·´¯`·.¸¸.· schrieb im Beitrag 
#5092474:
> Wegen fehlender Freillaufdiode hat der IRFP460Z dabei auch schon
> Spannungen von 600 V am Drain ueberlebt.

Alle FET haben den Avalanche-Breakdown, der ist reversibel. Bei einigen 
FET ist das eigens erlaubt und sogar spezifiziert (Avalanche rated), bei 
anderen nicht spezifiziert, aber trotzdem vorhanden.
Ich habe noch keinen FET gesehen, der bei (normalen) induktiven Lasten 
wie einem Relais daran eingegangen wäre. Heiß werden sie schnell, kaputt 
nicht so schnell.

Drum wundert es mich nicht.
Sowas nutzen tut man aber üblicherweise nicht so gerne. Erstens benötigt 
man avalanve-rated FET, zweitens konzentrieren sich die Verluste vom 
Entmagnetisieren UND schalten im FET.

Michael B. schrieb:
> JEDER uC kann kurzfristig am Aussgangspin einen Kurzschluss ab,

Mööööööp. Siehe auch:
Beitrag "PIC24FV32KA301 - Ports nicht kurzschlussfest?"
Ist kein Einzelfall. Ich hatte es auch schon. Bei unterschiedlichen 
Herstellern....

Michael B. schrieb:
> das können weil er andere CMOS Eingänge treiben soll, die ebenfalls wie
> Kondenstaoren wirken und erst mal aufgeladen werden müssen.

Es ist ja ok, wenn man seine Bastelprojekte so baut. Aber wer alle, die 
seriöse Empfehlungen geben im aggresiven Proletenton beleidigt, ist ein 
richtige Depp, sorry das so schreiben zu müssen.

Ich nehm in Serie einen Widerstand nach Ausgangsspannung/Maximalstrom 
des µC-Pins. Damit ist garantiert, daß auch im Einschaltmoment nichts 
überschritten wird.

Das geht so extrem aber auch nur, weil ich bei der konkreten Anwendung 
keine Schaltzeiten zu beachten brauche, und vor allem weil keine PWM 
genutzt wird. Wenn man den Widerstand zu hoch nimmt und dann die PWM zu 
schnell, kann es sein, daß man den FET im Zwischenbereich betreibt, wo 
er dann je nach Laststrom ziemlich warm werden kann. Das sollte man bei 
der Kombi von Serienwiderstand und PWM überprüfen.

Ach ja, und nach Masse nen 56k nehm ich auch noch.

MurksMurksMurks schrieb:
> Es ist ja ok, wenn man seine Bastelprojekte so baut.

ALLE Schaltungsdesigns hängen an CMIS Ausgänge auch mehrere CMOS 
Eingänge und bekommen dadurch kurzfristig Umladeströme die dem 
Kurzschlussfall entsprechen, und die AusgangsMOSFETs in den 
Abschnürstrombereich treiben.

Das ist normales Schaltungsdesign, und was deutlich anderes als 
Dauerkurzschluss der dann zu thermischen Schäden führt - wie wohl auch 
in deinem verlinkten thread.

MaWin schrieb:
> ALLE Schaltungsdesigns hängen an CMIS Ausgänge auch mehrere CMOS
> Eingänge und bekommen dadurch kurzfristig Umladeströme die dem
> Kurzschlussfall entsprechen, und die AusgangsMOSFETs in den
> Abschnürstrombereich treiben.
>
> Das ist normales Schaltungsdesign, und was deutlich anderes als
> Dauerkurzschluss der dann zu thermischen Schäden führt - wie wohl auch
> in deinem verlinkten thread.

Naja, es mach schon einen Unterschied, ob man da 100pC herausdrücken 
muss, oder 100nC oder mehr (wie bei Leistungsmos nicht unüblich).

Dass der Pin davon im Schnitt nicht kaputtgehen wird, schrieb ich ja 
schon.

Das größere Problem ist aber, dass es etwas dauert, bis der arme winzige 
Pin die 100nC herausgedrück hat. In der Zeit fallen am FET teils enorme 
Verluste an, weil er im Linearbetrieb werkelt.

Verdammt noch mal, lasst eure Absoluten Wahrheiten mal stecken. FET != 
FET, Arduino-huschpfusch-Makerdreck != sauberes Serienprodukt.

MurksMurksMurks schrieb:
> Verdammt noch mal, lasst eure Absoluten Wahrheiten mal stecken. FET !=
> FET, Arduino-huschpfusch-Makerdreck != sauberes Serienprodukt.

Für das Serienprodukt kann man einfach berechnen, wie groß das 
Mosfet-Gate sein darf, dass ohne Widerstand an deinen IO-Pin darf.
Hängt von der gewünschten Schaltfrequenz, maximalen Rise/Fall-Zeiten 
usw. ab.
Die Formeln dafür sind kein Geheimnis, stehen nur nicht in jedem 
einzelnen Datenblatt, sondern in Family-Datasheets und Appnotes.
Meistens ist genug Luft, dass man sich garnicht damit beschäftigen muss.

Überschlagsmäßig,

Electrical Characteristics × Milchmädchen / Pi × Daumen =>

bis 50 nC Gate Charge sind für einen normalen AVR-IO-Pin bei 
AVR-typischen PWM-Frequenzen kein Thema.

Da kommt man mit einem Power-FET leicht drüber, aber für 24A (wie im 
Eröffnungs-Post verlangt) gibt's auch passendes. IRLU2905 wär evtl. ganz 
knapp auf Kante geeignet. Ein Tiny85 treibt den mit 125kHz PWM ohne 
Probleme.

Nop schrieb:
> Ich nehm in Serie einen Widerstand nach Ausgangsspannung/Maximalstrom
> des µC-Pins.

Damit schreibst du nur "Ich hab nicht verstanden, wie FETs 
funktionieren" in deinen Schaltplan.
Schlimmer noch, je nachdem was geschaltet werden soll, kann es sein dass 
sich dein FET wegen der Miller Kapazität ungewollt einschaltet oder nur 
sehr  verzögert ausschaltet, weil dein Widerstand das Abfließen der 
Gate-Ladung verhindert. Dann brennt der FET auch gerne mal durch.


Ja, auch in "Profi-Schaltplänen" ist ab und zu ein Gate-Vorwiderstand. 
Der ist meistens im Bereich weniger Ohm, und dient dazu, Schwingungen zu 
dämpfen. Nicht als IO-Pin-Schutz.

> Alle FET haben den Avalanche-Breakdown, der ist reversibel. Bei einigen
> FET ist das eigens erlaubt und sogar spezifiziert (Avalanche rated), bei
> anderen nicht spezifiziert, aber trotzdem vorhanden.

IRFP460:

Features
Repetitive avalanche energy rated

Womoeglich hab ich dieses "Feature" auch nicht genutzt, weil:

Maximum Ratings
VDSS TJ= 25°C to 150°C 500 V

Die induktive Last war eine recht grosse Ringkerndrossel
(so ca. 70 mm Durchmesser).

Aber danke fuer die Erklaerung.

AntiMaker schrieb:

> Damit schreibst du nur "Ich hab nicht verstanden, wie FETs
> funktionieren" in deinen Schaltplan.

Wieso, halt spannungsgesteuert am Gate. Und im Moment des Einschaltens 
ist die Eingangskapazität eben ein Kurzschluß nach Masse.

> Schlimmer noch, je nachdem was geschaltet werden soll, kann es sein dass
> sich dein FET wegen der Miller Kapazität ungewollt einschaltet

Wo soll dafür das Spannungslevel am Gate dauerhaft herkommen? Und wieso 
sollte er einschalten, wenn er über 56k eh nach Masse gezogen wird?

> oder nur
> sehr  verzögert ausschaltet, weil dein Widerstand das Abfließen der
> Gate-Ladung verhindert.

Deswegen schrieb ich, daß man damit keine PWM machen sollte und auch 
nichts, wo die Schaltzeiten wichtig sind. Um einen langsamen Verbraucher 
ein- und auszuschalten, ist das kein Thema.

Nop schrieb:
> Wieso, halt spannungsgesteuert am Gate.

Eben. Damit fehlt dir das Verständnis für die FETs der 
CMOS-Ausgangsstufe, und warum diese eine Kapazitive Last umladen können.

Vielleicht hilft eine einfache Faustregel:
"IO-Pins geben Spannung aus, FET-Gates sind Spannungsgesteuert, man kann 
deshalb beides direkt verbinden".

Nop schrieb:
> Wo soll dafür das Spannungslevel am Gate dauerhaft herkommen?

Wer hat was von dauerhaft gesagt? Das wird kapazitiv eingekoppelt.
"Grundlagenwissen Kondensatoren" fehlt leider in den Arduino-Tutorials.
Und nein, 56k leiten das nicht schnell genug ab.

Nop schrieb:
> keine PWM machen

Dann ist ein Vorwiderstand erst recht nutzlos.

AntiMaker schrieb:
> Ja, auch in "Profi-Schaltplänen" ist ab und zu ein Gate-Vorwiderstand.
> Der ist meistens im Bereich weniger Ohm, und dient dazu, Schwingungen zu
> dämpfen. Nicht als IO-Pin-Schutz.

Genau so ist es. Ich hab auch schon Datenblätter gesehen, wo zwar immer 
Gatewiderstände eingezeichnet waren, als Wert aber 0 Ohm empfohlen 
wurde.

MfG Klaus

AntiMaker schrieb:

> Eben. Damit fehlt dir das Verständnis für die FETs der
> CMOS-Ausgangsstufe, und warum diese eine Kapazitive Last umladen können.

Wenn meine Anwendung es ermöglicht, nicht nur im Mittel, sondern zu 
jedem Zeitpunkt in den Spezifikationen des Controllers zu bleiben, dann 
tue ich das auch.

> Wer hat was von dauerhaft gesagt? Das wird kapazitiv eingekoppelt.

Was soll da eingekoppelt werden, wenn man keine PWM macht? Einen FET mit 
Vorwiderstand, wenn man keine PWM macht und keine kurzen Schaltzeiten 
braucht, wozu mag man das einsetzen? Als Schalter vielleicht?

> "Grundlagenwissen Kondensatoren" fehlt leider in den Arduino-Tutorials.

Deine Glaskugel befindet sich noch im Prototypenstadium, wie es 
aussieht. Stattdessen hättest Du mein Posting lesen können, dann wäre 
Dir folgender Abschnitt vielleicht aufgefallen:

"Das geht so extrem aber auch nur, weil ich bei der konkreten Anwendung
keine Schaltzeiten zu beachten brauche, und vor allem weil keine PWM
genutzt wird. Wenn man den Widerstand zu hoch nimmt und dann die PWM zu
schnell, kann es sein, daß man den FET im Zwischenbereich betreibt, wo
er dann je nach Laststrom ziemlich warm werden kann. Das sollte man bei
der Kombi von Serienwiderstand und PWM überprüfen."

> Und nein, 56k leiten das nicht schnell genug ab.

Die reichen, daß es nicht von selber einschaltet. Wenn der Controller 
noch gar nicht initialisiert ist, reichen die genau dazu nämlich auch.

> Dann ist ein Vorwiderstand erst recht nutzlos.

Siehe oben.

Abgesehen davon ist der Gatewiderstand eh eine Glaubensfrage, und das 
übliche "ich liege richtig, weil Du keine Ahnung hast" zählt hier im 
Forum zum belanglosen Grundrauschen.

Ich versuche mal, das mit der Eingekoppelten Spannung über die Kapazität 
zu erklären.

1

                     D

2

                 ||--------[Last]------o Vcc

3

GND |----[===]---||

4

          100k   ||-----| GND

5

                     S

Der Transistor soll ein N-Kanal Mosfet sein. Der MOSFET hat eine 
Kapazität zwischen D und G, sowie eine weitere zwischen G und S. Nun 
schalten wir die Versorgungsspannung schlagartig von 0 auf 100V ein.

Wie haben nun zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren, die sich von 0 
auf 100V aufladen:

1

GND |------||------+-------||------o Vcc

2

          S-G      G       G-S

Die beiden Kondensatoren bilden einen Kapazitiven Spannungsteiler. Beide 
laden sich auf, bis sie zusammen gerechnet die 100V erreicht haben. Wenn 
dabei der Kondensator zwischen S und G zu viel Spannung erreicht, 
schaltet der MOSFET ungewollt den Laststrom ein.

Der Pull-Down Widerstand kann dabei helfen, diesen Effekt zu 
unterdrücken. Dazu muss er aber deutlich weniger als 100k Ohm haben. 
Oder man steuert den MOSFET ausreichend niederohmig an:

1

                     D

2

                 ||--------[Last]------o Vcc

3

µC o-----[===]---||

4

         33 Ohm  ||-----| GND

5

                     S

Wenn der µC beim Einschalten einen Low Pegel liefert, wird ein Teil des 
Ladestroms über den 33 Ohm Widerstand und den Ausgangstreiber des µC 
nach GND abgeleitet. Der G-S Kondensator kann sich so nicht mehr zu weit 
aufladen.

Das Ganze nützt aber wenig, wenn der Ausgang des µC wie üblich im 
Einschaltmoment hochohmig ist. Deswegen muss man manchmal einen 
niederohmigen Pull-Down Widerstand verwenden, bzw, eine aktive 
Treiberschaltung die das Gate runter (auf GND) zieht.

Die internen Kapazitäten des MOSFET stören auch beim Abschalten des 
Laststromes, besonders bei Induktiven Lasten und bei hohen 
Versorgungsspannungen.

Im Abschaltmoment kann die Spannung am Gate durch den Ladestrom des D-G 
Kondensators zu hoch geraten, wosurch der Transistor wieder Leitend 
wird. Bei Induktiven Lasten kann dies zu einem unerwünschten 
Schwingkreis führen.

Alles klar jetzt?

Nop schrieb:
> zu
> jedem Zeitpunkt in den Spezifikationen des Controllers zu bleiben, dann
> tue ich das auch.

Dann hast du noch nie einen µC in einen Sockel gesteckt? Oder in ein 
Breadboard? Oder auf eine Platine gelötet?

Das alles bewirkt nämlich zusätzliche Kapazität, die im Datenblatt nicht 
explizit erlaubt ist!

OMG! die µC-Pins selber haben auch Kapazität! Sofort abknipsen!

Oh! Das Datenblatt trifft Aussagen über Temperatur, aber nicht zur 
maximalen Umgebungshelligkeit? d.H. VERBOTEN!

Einzig erlaubter Betriebszustand: Ohne Beinchen, Ohne Strom, Ohne Licht 
in einer ESD-Schutzkiste?

Oder kann es vielleicht doch sein, dass die Datenblatt-Schreiberlinge 
von einem beim Leser vorhandenen minimalen Grundwissen ausgehen?


Wenn du in deinem Sonderfall da einen Widerstand verbauen kannst der die 
Funktion nicht beeinträchtigt, und auch verstehst warum der Widerstand 
nicht stört, ist das ja in Ordnung, auch wenn der Widerstand überflüssig 
ist.

was mich stört sind die Leute die behaupten, dass vor das Gate ein 
Widerstand muss, als einzige Quelle haben: "Weil der 12-Jährige 
Akne-Bubi von arduino-1337-haxxor.blogspot-fakebook.com das so in seinem 
Youtube-Video gesagt hat", und dann gegen jede Begründung, egal ob aus 
den physikalischen Grundlagen hergeleitet, aus Appnotes, aus Büchern, 
aus Eval-Board-Schaltplänen, aus Wikipedia oder sonstwo hergeholt, 
absolut Beratungsresistent sind.

Ist eine ähnliche Krankheit wie der bescheuerte Aref<>AVcc Kurzschluss, 
der ständig immer neu im Internet auftaucht.

Und nein, da kann man nicht "pädagogisch wertvoll" mit 
könnte/sollte/wäre schön drum herumreden, da braucht es klare Ansagen.

Ja, ich führe diese Diskussion nicht zum ersten Mal.
Ist nicht gut für meinen Blutdruck, darum: Raus, auf's Fahrrad, in die 
Sonne.

EOD für mich.


PS. Danke @Stefan, hast dir viel Mühe gegeben. Hoffentlich hilfts :)

Stefan U. schrieb:
> Ich versuche mal, das mit der Eingekoppelten Spannung über die Kapazität
> zu erklären.

Erstmal, danke für das ausführliche Posting.

> Der Pull-Down Widerstand kann dabei helfen, diesen Effekt zu
> unterdrücken. Dazu muss er aber deutlich weniger als 100k Ohm haben.

Das ist einsichtig. Den Fall habe ich selber nicht, weswegen 56k 
reichen, weil ich nicht mehr Strom als nötig vergeuden will.

> Das Ganze nützt aber wenig, wenn der Ausgang des µC wie üblich im
> Einschaltmoment hochohmig ist.

Weswegen der Gatewiderstand dann auch irrelevant ist. Abgesehen davon 
würde ich grundsätzlich keinen Controller zum Ableiten von Störimpulsen 
benutzen wollen.

> Deswegen muss man manchmal einen
> niederohmigen Pull-Down Widerstand verwenden

Der dann wiederum den Controller-Pin ständig belastet, wenn selbiger auf 
high ziehen will. Zudem sind reine Pull-Widerstände eben deswegen nicht 
niederohmig, sondern normal so im Kiloohm-Bereich.

> bzw, eine aktive
> Treiberschaltung die das Gate runter (auf GND) zieht.

Das wäre das einzig Saubere, wenn man diese Situation hat. Das hat dann 
aber mit dem Gatewiderstand und der Frage, ob man den FET an den 
Controller anschließen kann, nicht mehr soviel zu tun.

> Die internen Kapazitäten des MOSFET stören auch beim Abschalten des
> Laststromes, besonders bei Induktiven Lasten und bei hohen
> Versorgungsspannungen.

Das ergibt Sinn - solche Lasten hatte ich nicht auf dem Schirm. In dem 
Fall kommt man aber im Grunde allein schon aus EMV-Gründen nicht um 
Zerocrossing herum. Weswegen ich auch nicht wirklich auf die Idee 
gekommen bin, daß jemand sowas schalten will, indem er einen FET direkt 
an einen Controller setzt.

> In dem Fall kommt man aber im Grunde allein schon aus EMV-Gründen
> nicht um Zerocrossing herum.

Bei PWM willst du sicher kein Zerocrossing verwenden.