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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik N-Channel als Lowside-schalter?


Autor: Christian T. (shuzz)
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Hallo zusammen!

Ich muss euch leider eine saublöde Frage stellen, aber ich kapiere es 
einfach nicht...

Ich lese immer wieder, dass die Ansteuerung von n-Channel MOSFETs 
kompliziert sei weil man eine Ugs von min. 10V benötigt um den MOSFET 
voll durchzusteuern.

Jetzt habe ich mir bei sprut mal die Artikel zu den P- und 
N-Kanal-MOSFETS durchgelesen und bin verwirrt, denn: das sieht total 
einfach aus?!?

In dem n-Kanal Beispiel wird eine Last (Lampe) über einen n-Kanal-MOSFET 
als LowSide-Schalter geschaltet.

Ich hab den Schaltplan mal grob in AACircuit nachempfunden:


    .--------------------.
    |                    |
    |                    -.
    |                   | |
    |       _/          | |
    o-----o/  o--.      '-'
    |            |       |
    |            |       |
   ---  +12V     |    ||-+
    -   GND      |    ||<-
    |            '----||-+
    |                    |
    '--------------------'

Nun frage ich mich: Warum soll das nicht funktionieren?
Kann man nicht z.B. nen Motor (Lüfter) mit so einer Schaltung schalten?

bzw. wo liegt mein Denkfehler? Darf man n-Kanal aus irgend einem Grund 
nicht auf die LowSide hängen?!? oO

Bitte klärt mich auf!

(Und ja, ich habe hier im Forum gelesen und gesucht, aber nix gefunden 
was mich erhellt bzw. was ich verstanden hätte...)


Grüße,

Christian

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Christian T. schrieb:
> Ich lese immer wieder, dass die Ansteuerung von n-Channel MOSFETs
> kompliziert sei weil man eine Ugs von min. 10V benötigt um den MOSFET
> voll durchzusteuern.

Hallo,

in deinem Beispiel wird ja auch eine Spannung von +12V auf das Gate 
geschaltet. Eine Prozessor oder ein Logikgatter kann das aber nicht, da 
kommen bei Hi so etwa 3 V raus, bestenfalls nicht ganz 5.

Gruss Reinhard

Autor: HildeK (Gast)
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>(Und ja, ich habe hier im Forum gelesen und gesucht, aber nix gefunden
>was mich erhellt bzw. was ich verstanden hätte...)
Das kann ich nicht glauben!

Natürlich geht das so - du solltest noch einen Pull-Down ans Gate 
anchließen, dass es auch wirklich auf Null geht, wenn du den Schalter 
öffnest.

>kompliziert sei weil man eine Ugs von min. 10V benötigt
Naja, was wäre an 10V den kompliziert? Es gibt übrigens viele MOSFET, 
die auch schon mit 3.3V oder 5V voll durchgesteuert sind (sog. 
Logic-Level-Fets). Da geben die jeweils passenden Datenblätter 
ausreichend Auskunft.

Autor: Generell (Gast)
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Generell ist es möglich einen solchen Mosfet als lowside Driver zu 
verwenden.

Je nach Typ und Stromstärke reicht ein U_GS von z.B. 5 V  oder sogar nur 
3,3 V (wie sie bei manchen Microcontrollern üblich sind). Manchmal geht 
es sogar mit weniger. Bei deiner Schaltung dürfte die Spannung 
ausreichen.

Je nach Transistor brauchst du auch noch eine extra Freilaufdiode, die 
parallel zum Transistor ist und "in die falsche Richtung".
Evtl brauchst du noch einen Widerstand zwischen dem Schalter und dem 
Transistor.

Autor: JensM (Gast)
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Deine Schaltung stimmt im Prinzip schon.

Das Problem liegt darin, dass die Ansteuerung oft mit Logikbausteinen
oder Mikroprozessoren erfolgt.
Dann hat man nur eine Spannung von 3,3V oder 5V zur Verfügung.
Das ist das angesprochene Problem.

Lösungswege sind dann z.B. LogikLevel Transisoren oder Treiberstufen.

Deine Schaltung hat noch das Problem, dass die Last nicht mehr
abgeschalten werden kann. Wenn der Schalter ein mal geschlossen war, so 
ist das Gate aufgeladen und der Transistor leitet.
Wird der Schalter nun geöffnet, so bleibt das Gate aufgeladen und der
Transistor leitet weiterhin.

Ich habe einmal testweise das Gate eines nicht eingebauten 
Feldeffekttransistors aufgeladen und einige Tage gewartet.
Selbst nach mehreren Tagen war der Transistor noch leitend.
Ein kurzes Berühren des Gates mit dem Finger reichte natürlich um das
Gate zu entladen und der Transistor wieder zu sperren.

Gruss JensM

Autor: MaWin (Gast)
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> Warum soll das nicht funktionieren?

Weil du das Gate von deinen MOSFET zwar auf 12V auflädst,
aber nicht mehr entlädst, wenn du den Schalter öffnest.

Es muß noch mindestens ein Widerstand zwischen Gate und Masse.

Ansonsten haben genug Leute was zu 3V vs. 12V gesagt.

Autor: Christian T. (shuzz)
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Danke für die Hinweise.

Was ich im Grunde vorhabe ist folgendes:

Ich will die Schaltung hier: 
http://www.modding-faq.de/moddingfaq/lueftersteuer...
so modifizieren, dass sie mit einem N-Kanal MOSFET funktioniert.

So wie ich euch bisher verstanden habe muss ich dazu ja "nur" den 
P-Kanal MOSFET durch ein N-Kanal Modell ersetzen und den Lüfter vor den 
FET statt dahinter setzen, oder?

C1 und R1 fliegen in meiner Version vermutlich eh raus da ich keine hohe 
Anlaufspannung benötigen werde.
(Spannungsbereich soll per Poti auf 5-12V eingestellt werden.)

Ich weiss, dass diese Schaltung hier im Forum nicht beliebt ist weil sie 
den FET linear ansteuert und somit Verluste auftreten. Trotzdem möchte 
ich das Ding gerne mal ausprobieren... ;)

Habe ich da noch was übersehen?

Autor: HildeK (Gast)
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>Habe ich da noch was übersehen?

Ganz bestimmt!
1. der OPA muss an den Eingängen vertauscht werden
2. mit hoher Wahrscheinlichkeit wird die Schaltung schwingen, da der FET 
in der neuen Schaltung als Verstärker arbeitet - das ist im OPA nicht 
mitkompensiert. Im Original ist er als Sourcefolger geschaltet.

Autor: Matthias W. (fralla)
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>Je nach Transistor brauchst du auch noch eine extra Freilaufdiode, die
>parallel zum Transistor ist und "in die falsche Richtung".

schon wieder so einer.... dass ist einfach falsch!
Wie oft beklagen sich Leute, dass der Fet heiß wird und arguemetieren 
eine Freiluafdiode ist eh "dabei".

1. Eine inverse Diode ist in jedem FET vorhanden (die hat man da nicht 
"eingebaut", die ensteht Prinzibedingt durch den Aufbau eines Fets)

2. Diese Body-Diode, (auch wenn man eine extern dazuhängt) ist niemals 
eine Freilaufdiode. Dreh mal die Spannung an der Last um und überlege 
wie der Strom jetzt weiterfließt. Weiterfließen will er, enweder wird er 
durch den Fet einen Avalanche Durchbruch verursachen und je nach Energie 
überlebt der Fet oder eben nicht.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/9/90/Catchdiode.png


MFG

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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HildeK schrieb:
> 2. mit hoher Wahrscheinlichkeit wird die Schaltung schwingen, da der FET
> in der neuen Schaltung als Verstärker arbeitet - das ist im OPA nicht
> mitkompensiert. Im Original ist er als Sourcefolger geschaltet.

Könntest du das näher ausführen.

Autor: Christian T. (shuzz)
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@HildeK: Hmmm, müsste ich da nicht eher einfach die Ansteuerung des OPs 
verändern? Der n-Channel schaltet doch dann durch wenn ich eine hohe 
Spannung anlege (+10V Ugs), der p-Channel bei einer niedrigeren (-10V 
Ugs) oder verwechsle ich da jetzt wieder was grundlegendes?

Die Geschichte mit dem Aufschwingen würde mich auch näher interessieren, 
hast Du dazu einen Link der das etwas genauer erklärt? :)

Ich habe halt bisher nur mit bipolaren Transistoren gebastelt, FETs sind 
mehr oder weniger Neuland für mich... ;)

@fralla: Freilaufdiode gehört parallel (und "falschrum") zum 
Motor/Lüfter oder?
Würde ich die parallel zum FET hängen dann würde ich die 
Induktionsströme vom Lüfter ja in den Rest der Schaltung wieder 
reinblasen... oO

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