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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Verständnisfrage: Last über Transistor schalten


Autor: Michael R. (michir)
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Hallo Forum,

Habe ein kleines Verständnisproblem...

Würde gerne eine Last via. µC mit einem Bipolartransistor schalten (ca. 
5A)

Nun kann ich ja mit den 5A arbeiten und den Vorwiderstand mit dem 
Übersteuerungsfaktor(ü=3-5) und der Gleichstromverstärkung ausrechnen...

Was passiert aber an der Last... bzw mit dem rest der Schaltung wenn nun 
weniger als 5A fließen? Würde das negative Auswirkungen haben?

Danke für eure Hilfe

Lg Michael

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>Was passiert aber an der Last... bzw mit dem rest der Schaltung wenn nun
>weniger als 5A fließen? Würde das negative Auswirkungen haben?

Noe was soll da passieren ?
Ausser das du ein bisschen Leistung in der Basis und dem Vorwiderstand 
verbrauchst nix.

Allerdings nimmt heute fuer sowas in der Regel MOSFETs.


Gruss Helmi

Autor: Michael R. (michir)
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Danke für deine Antwort :)

Mir is nur grad beim Bipolartransistor eingefallen wie ich da was 
berechnen muss... deswegen hab ich das erstma genommen :)

Aber zwecks MOSFET... der is ja Spannungsgesteuert. Brauch ich ja rein 
theoretisch keinen Vorwiderstand oder sowas an den µC hängen. Gibt es da 
Schaltungstechnisch noch was zu beachten um den Lastbetrieb sicher zu 
ermöglichen?

Und welcher typ wäre da für die ca. 5A geeignet?

mfg
Michael

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>Brauch ich ja rein
>theoretisch keinen Vorwiderstand oder sowas an den µC hängen.

Solange du nicht schnell schalten willst brauchs du da keinen 
Vorwiderstand. Wenn du aber jetzt schnell schalten willst schaltet man 
einen kleinen Widerstand zwischen Treiber und Gate. Das wird deshalb 
gemacht um die Lade und Entladeströme der Gatekapazität zu begrenzen.

Als Mosfet brauchst du einen Logik-Level kompatiblen Mosfet der mit 5V 
Gatespannung durchgeschaltet ist.

IRF.com ist da ein bekannter Hersteller.

Autor: Sven P. (haku) Benutzerseite
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Sollte die Last erheblich induktive Anteile haben (Motor, Trafo) wär ne 
Freisaufdiode nicht verkehrt.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Michael R. schrieb:
> Aber zwecks MOSFET... der is ja Spannungsgesteuert. Brauch ich ja rein
> theoretisch keinen Vorwiderstand oder sowas an den µC hängen.

Theoretisch nein, wird aber trotzdem oft gemacht, genannt 
Angstwiderstand. Außerdem kann man dann PWM machen ohne den µC Pin zu 
überlasten.

> Gibt es da Schaltungstechnisch noch was zu beachten um den Lastbetrieb
> sicher zu ermöglichen?

Ja, die meisten Mosfets schalten noch nicht bei 5V durch. Man braucht 
einen Typ mit niedrigem U_GS

> Und welcher typ wäre da für die ca. 5A geeignet?
Jede Menge.
Am besten die parametrische Suche beim Distributor verwenden.

Autor: Fralla (Gast)
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Welche Spannung willst du Schalten?

Autor: Fralla (Gast)
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Weils mir gerade einfällt, vielleicht hilfts, habe letzents den 
verwendet http://www.fairchildsemi.com/ds/FQ/FQD7N10L.pdf (100V/350m)
Logic Level und kleine Gate Ladung (4.6nC) da kannst auch mit dem µC 
oder Logik schnell Schalten. Und gibts im D-PAK.
Kommt aber darauf an was du willst, wenn duch nicht schnell Schalten 
musst gibts bessere...

MFG

Autor: Michael R. (michir)
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Der von dir is ja auch nich verkehrt :) Kannst du mir da nen Preis sagen 
für das Stück?

Habe bei mir zu Hause noch paar IRF520 gefunden... Der kann ja auch 9A 
schalten. Und bei ca. 5A bräuchte ich ja auch nichma nen Kühlkörper.

Schalten möchte ich 12V.

Nur bei dem Modell von mir weiß ich nich ob der bei 5V schon voll 
durchgeschaltet hat...

Freue mich über weitere Tipps :)

mfg
Michael

Autor: Fralla (Gast)
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Der IRF520 ist kein Logic Level, kannst nicht mit dem µC treiben.


Aber Schalten kann er deine Last leicht. Ohne Kühlkörper? ja wenn du ihn 
nicht schnell schaltest.

Aber wie schnell willst du Schalten?
Nur ein/aus im sekundentakt oder mehrere100 000 mal pro Sekunde? Wenn 
letzters würde ich einen geeigneten Treiber verwenden. Ansonsten ein 
BC548/545 Pärchen davorschalten.

MFG

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Michael R. schrieb:
> Habe bei mir zu Hause noch paar IRF520 gefunden... Der kann ja auch 9A
> schalten. Und bei ca. 5A bräuchte ich ja auch nichma nen Kühlkörper.
>
> Schalten möchte ich 12V.
>
> Nur bei dem Modell von mir weiß ich nich ob der bei 5V schon voll
> durchgeschaltet hat...

Nein, bei diesem leider nicht.

>
> Freue mich über weitere Tipps :)


Tipp: Datenblatt online ladbar für solche Teile.
Dann mußt Du hier nicht nach den Daten Deiner Fundstücke fragen.

logic-level  BUZ11L   , ähnlich alt wie Dein IRF520, findet sich 
vielleicht in Deiner Kiste?




>
> mfg
> Michael

Autor: Michael R. (michir)
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So... da bin ich wieder :)

Erstma danke für eure Hilfe!

Konnte durch nette Kollegen ein paar IRLZ34 abzweigen. Sind ja auch 
Logic level Mosfet´s und können ja auch bissl was an Leisung ab.

Und wenn ich die Diagramme im Datenblat richtig deute hab ich ja bei ner 
Belastung von 5A nen R_DS von run 30mOhm... bei 5V U_GS...

Macht ja ne Leistung von 0,030 * 5² = 0,75W... Da könnte man doch 
eigentlich von nem Kühkörper absehen oder? weil platztechnisch is nich 
so viel angebot.

Würde jetzt zum schutz noch nen 1k Widerstanden zwischen µC-Ausgang und 
Gate schalten...

mfg
Michael

Autor: Fralla (Gast)
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Nochmal, Wie schnell schalten?

Autor: Jötze (Gast)
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Ich glaube, Du verwechselst schnell und häufig ...
Also dU/dt an G-S versus 1/s an G-S.

Autor: Michael R. (michir)
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Schnell/ oder häufig will ich nich schalten... also der µC arbeitet 
keine Schaltfolge ab...

Soll einfach nur ne Handschaltung über Taster werden.

mfg

Autor: A. K. (prx)
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Fralla schrieb:

> Weils mir gerade einfällt, vielleicht hilfts, habe letzents den
> verwendet http://www.fairchildsemi.com/ds/FQ/FQD7N10L.pdf (100V/350m)

Für 12V würde ich keinen Hochvolttyp mit entsprechend riesigem Rdson 
verwenden.

Autor: Fralla (Gast)
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>Ich glaube, Du verwechselst schnell und häufig ...
>Also dU/dt an G-S versus 1/s an G-S.

Nein verwechsel ich nicht, hängt aber zusamannen, denn wer häufig 
schaltet sollte dies schnell tun!
Oder schalte mal einen dicken FET 200000mal in Sekunde mit 20mA 
Gatestrom....

MFG

Autor: Michael (Gast)
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Wenn es eine Industrieanwendung werden soll, sollte man die gemachten 
Hinweise durchdenken.
Aber ansonsten geht das einfacher. Natürlich geht auch ein IRF520, der 
hat max 4V GS. Den Vorwiderstand nicht größer als 1K und zusätzlich ein 
10K von G nach S. Man kann die GS Spannung auch leicht messen.
Es geht auch ein FET von einer Hauptplatine. Diese haben >10A (oft 30A) 
und TTL-Eingang.
Sie sind aber nur bis etwa 30V! Also für 12V gut, für 24V kritisch.

Autor: MaWin (Gast)
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Zurück zum biolaren Transistor.
Kann man natürlich auch nehmen.
Für 5A z.B. einen BD244
http://www.fairchildsemi.com/ds/BD/BD244A.pdf
Er hat bei 5A ca. 1.2V Spannungsverlust, also 6W Verlustleistung,
das entspricht einem MOSFET mit 0.24 Ohm RDSon,
dein IRLZ34 hat 1/5tel der Verluste.

Bleiben wir beim BD244, dann steht im Datenblatt,
das er für 5A ca. 0.8A Basistrom sehen will.
So viel liefert dein uC nicht.

Man braucht einen zweiten Transistor als weiteren Stromverstärker,
sagen wir einen BD140
http://www.fairchildsemi.com/ds/BD%2FBD136.pdf
Der nöchte für 0.8A Kollektorstrom ca. 80mA Basisstrom sehen.
Immer noch mehr als der uC liefert.
Also ein dritter Transistor, da reicht ein BC547, der liefert 80mA
aus 4mA Basisstrom. Kein Problem für einen AVR.

Aber die Schaltung
                   +5V
                    |E       +-- Last 5A
           +--50R--|< BD140  |
 uC --1k--|<        +--4R7--|< BD244
           |E               |E
          GND      GND      GND

ist doch aufwändiger als ein einzelner MOSFET. Darlingtons haben noch 
mehr Verluste als die 6W des BD244. Das Problem an bipolaren 
Transistoren ist also die geringe Stromverstärkung wenn man sie als 
gesättigte Schalter verwendet.

> Wenn du aber jetzt schnell schalten willst schaltet man
> einen kleinen Widerstand zwischen Treiber und Gate.

Das ist Unsinn.

Bei jedem Schaltvorgang läuft die Spannung runter und der Strom hoch 
(bzw. umgekehrt) und die (Verlust)leistung ist daher in dem Moment höher 
als sonst.

Wenn man viel schaltet will man die so klein wie möglich halten, aber 
auch wenn man selten schaltet kann das sinnvoll sein. Und damit man die 
Umschaltverluste so klein wie möglich hält, sollte man schnell 
umschalten und dazu braucht man, weil das Gate ein Kondensator ist, 
Strom, viel Strom.

Daher nimmt man zur Verringerung der Schaltverluste gerade keinen 
Gate-Widerstand, sondern einen MOSFET-Treiber (wie MC34151) oder eine 
diskret aufgebaute bipolare Transistorstufe. Die liefer höhere Ströme 
als der uC-Ausgang und bewirkt damit schnelleres Umschalten.

Ohne Gate-Widerstand begrenzt nichts den Stromn aus dem uC zu Anbeginn 
des Umschaltmoments ausser dem uC selbst. Er ist praktisch im 
Kurzschluss und begrenzt den Strom nur durch Abschnuereffekt seines 
Ausgangstransistors. Wenn das stört (weil es z.B. einen Impuls auf der 
Stromversorgung ergibt) dann kann man den Strom mit einem extra 
Widerstand extra begrenzen, aber damit wird der Umschaltvorgang noch 
langsamer, die Verluste demnach noch höher.

Autor: Michael (Gast)
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>Habe bei mir zu Hause noch paar IRF520 gefunden... Der kann ja auch 9A
schalten. Und bei ca. 5A bräuchte ich ja auch nichma nen Kühlkörper.

Das ist ein kleiner Trugschluß! Ein elektronischer Schalter hat die 
kleinste Verlustleistung (Wärme) bei geöffnetem o d e r geschlossenem 
Schalter. Kritisch ist der Bereich dazwischen. Je schneller der Bereich 
durchlaufen wird, umso weniger Wärme. Kann man aus den Datenblättern 
leicht erkennen.
Bei einer PWM-Anwendung 24V/10A (LED)reichte ein Kühlkörper PR32/25,4 
Reichelt. Der FET war ein IRF1010N 55V/68A und GS=3,3V.

Autor: Michael R. (michir)
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Puh...

@ MaWin... Danke für den ausführlichen Beitrag von dir... kann nur 
leider aus den Datenblättern nich ganz erkennen wo du bei den einzelnen 
typen den Basisstrom her hast... über die Stromverstärkung vom 
Transistor?

Nun nochma zu den Verlusten... Würde da ein ULN auch seinen Dienst tun?
Is ja auch ein Darlington-treiber... oder verwechsel ich da jetzt was? 
außer das der GND schaltet was bei mir ja nich so gut wäre wenn ich nen 
N-Kanal FET habe

mfg

Autor: MaWin (Gast)
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Ist angegeben bei der Sättigungsspannung UCEsat, als der Strom, bei dem 
sie gemessen wurde, und dann leicht nach oben oder unten angepasst.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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MaWin schrieb:
> Zurück zum biolaren Transistor.
> Für 5A z.B. einen BD244
> Er hat bei 5A ca. 1.2V Spannungsverlust, also 6W Verlustleistung,
Wenn man nicht gerade einen uralten Typ nimmt, dann sieht es gleich 
deutlich besser aus. zum Beispiel:
ZXTN19020DFF

Vce-sat = 140mV @Ic= 6.5A, Ib= 180mA
(entspricht einem MOSFET mit 0.028ohm RDSon)

Für den Basisstrom von 140mA reicht dann ein weiterer Transistor aus.

> Aber die Schaltung
ist leider nicht ganz richtig, da der BD244 ein PNP ist.

Autor: MaWin (Gast)
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> >  Aber die Schaltung
> ist leider nicht ganz richtig, da der BD244 ein PNP ist.
uups
...also ein BD243 sein sollte.

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