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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MOSFET als Schalter


Autor: Tababluga (Gast)
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Hi!

Habe mir eine PWM programmiert. Möchte damit nun ca. 6A oder mehr
schalten und zwar so, dass am MOSFET keine Spannung zwischen Drain und
Source abfällt. Habe mir mal den BUZ11 rausgesucht und einen Testaufbau
mit einer LED gemacht, die 30mA zeiht. An Gate den 5V PWM ausgang vom
Controller angeschlossen und einen Widerstand für die LED berechnet für
5V Versorgungsspannung. Das dann an Drain angeschlossen und Source auf
Masse. Das klappt nun wunderbar.
Ich habe keine Ahnung vom MOSFETs und möchte nun wissen, wie viel Strom
ich nun über Drain schalten kann, ohne dass da großartig eine Spannung
abfällt. Im Datenblatt steht ja 30A und Rds(on) 0,04 Ohm. Kann ich nun
mit der Schaltung bis 30A schalten, mit einem Spannungsabfall der sich
über die 0,04 Ohm ergibt, oder ändert sich das bei mehr Strom als
30mA????

Hab da mal n Link auf das Datenblatt:
http://www.reichelt.de/inhalt.html?SID=14QI7oONS4A...

Danke Tabi

Autor: Steffen (Gast)
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Der Spannungsabfall ist vom Strom abhängig (R=U/I). Wichtig ist die
Verlustleistung, die entsteht und abgeführt werden muss, sonst verglüht
der Fet in Sekundenschnelle.

Die Verlustleistung ist P=U*I, also Rdson*i² für den durchgeschalteten
Fall. Macht bei 30A satte 36W. Dazu kommen noch die Schaltverluste. Die
sind Frequenzabhängig und sollten nicht unterschätzt werden.

Fazit: Im reinen Schalterbetrieb würden sich die 36W gerade so noch
abführen lassen, bei PWM mit Sicherheit nicht mehr.

!!! Das gilt bei richtiger Ansteuerung mit Ugs=10V (Treiberschaltkreis
oder Transistor Push-Pull Stufe). Bei einer Ansteuerung mit 5V ist der
BUZ11 bei weitem nicht voll durchgesteuert und die verluste sind
wesentlich höher. !!!

Schau dir mal den IRF1405 an. der hat nur 0.0053Ohm Rdson. Selbst da
können aber schon 30A (je nach PWM Frequenz) kritisch werden .Wichtig
ist auch, das der Fet mit einem entsprechend hohem Strom durchgesteuert
wird. Der bewegt sich bei solchen Leistungsteilen zwischen 1,5 ... 6A.

Steffen

Autor: Tababluga (Gast)
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Also wenn ich dich richtig verstanden habe, sachaltet der BUZ11 ab einer
Gatespannung von 10V voll durch und der Spannungsabfall über
Drain-Source ist NUR NOCH von Rds(on) abhängig, richtig? Und wenn die
Gatespannung größer ist, dann ändert sich dieser Widerstand....

"Wichtig
ist auch, das der Fet mit einem entsprechend hohem Strom
durchgesteuert
wird. Der bewegt sich bei solchen Leistungsteilen zwischen 1,5 ...
6A."
Was soll das heissen? Soll ich nicht kleinere Ströme schalten?????

Das mit den 30A habe ich nur aus dem Datenblatt. Ich möchte eigentlich
nur 6A schalten, mit der Option auf evtl. ein wenig mehr.

Tabi

Autor: Viktor (Gast)
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Tag Tababluga,

das der FET mit einem strom von 1,5 bis 5 Amp durgesteuert wird ist
blödsinn. Die beste Eigenschaft des FET ist ja gerade das er nur durch
Spannung angesteuert wird und am Gate sehr geringe Ströme fließen. Der
Tabelle "OUTPUT CHARACTERISTICS" im Datenblatt zufolge ist der FET
auch bei 6V am Gate Schon soweit durchgeschaltet das er ohne Probleme
30Amp leiten kann, 5V sind aber doch etwas wenig.

Einen Kühler würde ich aber nicht vergessen denn schon bei 6A wird das
Ding gut heis.

Gruß Viktor

Autor: Sebastian (Gast)
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Naja, da er ja scheinbar nur I_ds=6A durchleiten möchte, müssen wir ihm
ja nicht die 30A aufschwatzen ... ;-)

6A bei R_ds_on=40mOhm sind 1,44W Verlustleistung. Das sollte mit einem
Kühlblech kein Problem sein. Notfalls empfehle ich den Semitrans SKM
453 A 020 von Semikron. Der schaltet I_ds=450A bei R_ds_on=4,3mOhm.
Über 6A lächelt der nur müde. Nachteil: Das Ding kostet um die 40 Euro.

Autor: crazy horse (Gast)
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@Viktor: das mit 1A oder mehr Gatestrom ist durchaus KEIN Blödsinn, um
bei deiner Sprache zu bleiben. Es ist zwar richtig, dass das Gate
extrem hochohmig ist, aber es hat leider eine erhebliche Kapazität. Und
die will beim Einschalten geladen und beim Ausschalten entladen werden.
"Schleichender" Gatebetrieb hat üble Auswirkungen auf die
Verlustleistung im Kanal. Spielt im statischen Betrieb keine grosse
Rolle, aber bei zyklischer Schaltung (PWM) ist das schon ein Problem.

Autor: Stefan (Gast)
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Hallo Viktor,

Du hast schon recht, daß MOSFETs einen sehr hochohmiogen Eingang haben,
d.h. durch Spannung gesteuert werden. ABER: Der Gate (Steuereingang)
bildet eine recht hohe Kapazität, die beim Ein- und Ausschalten
umgeladen werden muss! Wenn man sehr schnell schalten will (z.B. PWM),
darf das nicht lange dauern, weil sonst der MOSFET während der Umladung
nicht schlagartig auf und zu macht, sondern sehr lange dazu brauchgt.
Dadurch entstehen sehr hohe Verlustleistungen, die 1. den MOSFET
kaputtmachen können und 2. Den Wirkungsgrad der PWM-Ansteuerung
drastisch erniedriegen.
Also wenn es um PWM mit MOSFETs geht, und mehr als nur ein kleines
Lämpchen als Last dranhängt: MOSFET-Treiber davorschalten. Die erzeugen
aus CMOS-kompatiblen 0V/5V die benötigten starken Ströme und Spannungen
. Sowas gibts entweder als fertiges IC (z.B. ICL 7667, 1EUR bei
Reichelt) oder Du baust eine der hier schon irgendwo vorgeschlagenen
Ansteuerschaltungen nach.

Stefan

Autor: Steffen (Gast)
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@Viktor

"das der FET mit einem strom von 1,5 bis 5 Amp durgesteuert wird ist
blödsinn. Die beste Eigenschaft des FET ist ja gerade das er nur durch
Spannung angesteuert wird und am Gate sehr geringe Ströme fließen."

Das gilt aber leider nur für den stationären Fall, also FET
durchgesteuert. Während des Schaltvorganges ändert sich zum einen der
Widerstand des FET nicht schlagartig (bei ohmschen Lasten -->
Lastgerade) und zum zweiten haben Leistungsfets eine nicht zu
verachtende Gatekapazität, die umgeladen werden muss. Die Umladung
sollte natürlich so schnell wie möglich erfolgen, was Ströme in diesen
Bereichen notwendig macht.

Bei entsprechend hohen PWM Frequenzen können die Schaltverluste
teilweise den Bereich der Verluste im On-Zustand erreichen und den
sogar noch übersteigen.

Mit etwas Datenblatt (oder evtl. mein Posting) lesen hättest Du das
vielleich auch herausgefunden ohne vorher andere als Blödmann
hinzustellen!

@Tababluga

Bei 6A ist das alles noch nicht so kritisch, vorrausgesetzt Du willst
nicht mit einer PWM von 50kHz arbeiten. Eine Transistorstufe würde ich
aber mindestens vorsehen. Beispiele dafür gibt es hier einige. Die
Ansteuerung mit 10V ist OK.

Steffen

Autor: Tababluga (Gast)
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Ich hatte gehofft mit 5V hinzukommen, aber wenn ich am Gate mehr
brauche, bin ich völlig frei. Werde dann mal so 12V nehmen - ist ja
Standard.

Ich habe mich übrings vertan. Das sind 6/4A, also 1,5 das würde
eventuell noch mit 5V hinhauen, oder? Naja ist glaube ich besser das
vernünfig zu machen und dann habe ich noch Spiel nach oben, wenn meine
Last größer wird und bin nicht so an meine Vorgaben gebunden.

Ich weiss nicht genau, welche frequenz man bei PWM angibt. Meine
Periodendauer eines PWM-Zyklus beträgt ca. 100Hz, Schaltet also An und
irgendwann wieder aus. Eventuell wollte ich das noch erhöhen, liegt
aber dann im 2-stelligen %-Bereich.

Das hat mir auf jeden Fall sehr geholfen und zum Verständniss
beigetragen. Erst mal vielen Dank für die Mühe und ich werde mal
gucken, ob sich das lohnt die Treiberstufe selbst zu bauen, sonst nehme
ich das IC.

Tabi

Autor: Steffen (Gast)
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OK, 100Hz und doch nur 1,5A, da kannst Du auch einen Logig Level FET
verwenden. Die schalten auch schon bei 5V sicher durch.

Schau mal unter www.irf.com nach. Ich glaube alle Typen mit einem L in
der Bezeichnung waren Logic Level-Typen. Reichelt hat davon übrigens
eine ganze Menge im Angebot.

Solltest Du aber doch in den KHz-Bereich gehen, dann bist Du mit einem
Treiber auf der sicheren Seite.

Steffen

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