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.
Angehängte Dateien:
-
PWM_MOSFET.PNG
5,4 KB
Ja, das ergibt Sinn. Ich hab mal einen Schaltungsausschnitt angehängt. Ginge es so?
> 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?
Du hast schon Recht mit R1, aber MaWin mag den einfach nicht ... 330 Ω sind trotzdem schon arg viel.
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.
Achso. Dann hab ich das denke ich soweit verstanden. Danke an alle Helfenden. Ich werd mein bestes geben und probieren.
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.
Ahh. Bei HBE und Kessler wurde ich fündig. Vielen Dank. Frohes Fest allen.
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