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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik (MOS)FET richtig beschalten


Autor: Christian Ege (Gast)
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Hallo,
ich habe da mal ein paar Fragen. Der Schaltplan im Anhang soll dazu
dienen mittels eines AVRs via PWM einen Lüfter zu steuern.

Im Moment habe ich das Problem der Dimensionierung des Gatewiderstandes
(R1) und des Entladewiderstandes (R2). Werden die so genannt oder ist
das reine Willkür? R3 (Lüfter) soll die Last darstellen.

Oder ist die Schaltung prinzipiell falsch?

Ich weiß ich könnte die Schaltung auch ohne die beiden Widerstände
betreiben.

Wenn ich es richtig verstanden habe bilden R1 und die Gatekapazität
einen Tiefpass. Leider werde ich aus den Daten des MOSFETs nicht so
wirklich schlau kann den Widerstand also nicht dimensionieren, da mir
die Gatekapazität fehlt. Hier das Datenblatt: http://tinyurl.com/aoggo
Es handelt sich hierbei um einen STP36NF06 ich wollte eigentlich den
BUZ11 bekam aber den. ;-(

Die Größe der Beiden Widerstände R1 und R2 bestimmen die
Entladegeschwindigkeit der Gatekapazität und somit wie schnell der FET
die D/S Strecke schließt. Zusätzlich sollte darauf geachtet werden das
der Strom durch den AVR nicht zu groß wird, falls der FET durchbrennt.
Das heißt die beiden Widerstände R1 und R2 sollten dahingehend
optimiert werden.

Kann mir da jemand helfen?

Gruß
Christian

Autor: Christian Ege (Gast)
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Sorry der direkte Link zum Datenblatt des STP36NF06:
http://tinyurl.com/cc9qv

Gruß
Christian

---
http://www.cybertux.org

Autor: konrad (Gast)
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Hallo Christian,
Einige Punkte.
1. Die Freilaufdiode kannst du dir sparen, die ist schon im MOSFET
drin.
2. Wenn du viel Strom schalten willst, solltest du den MOSFET mit mind.
10V ansteuern, Da er sonst nicht ganz durchschaltet.
3. Eigentlich reicht ein Ladewiderstand einige 10 Ohm max. in Reihe mit
dem Gate, wenn du einen Gegentaktausgang als Treiber hast. Der zieht ja
nach Masse runter beim Ausschalten.

Konrad

Autor: Christian Ege (Gast)
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Zu 1.) Okay das ist dann wohl die Avalanchediode.
Zu 2.) Das habe ich schon einige Male gelesen ;-) Aber wie komme ich
auf den solche Werte ;-) irgendwie muss man das doch dimensionieren
können.

Vielen Dank für die schnelle Antwort.

Autor: Michael Konder (Gast)
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Zu 2.) Du kannst einen LL (logic-level) MOSFET nehmen, der steuert auch
bei 5V sicher durch.

Autor: icke (Gast)
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Gelegentlich -speziell bei höheren Schaltfrequenzen- kann es schon Sinn
machen, die integrierte Diode zu 'deaktivieren' und eine schnellere
zu benutzen. Das kann auch Wärme ersparen. Bzw. u.U. stirbt die, wo
eine geeignete externe keine Probleme hätte.

Müsste man sich konkret überlegen. Wie gesagt bei hohen Frequenzen eher
- die internen haben da häufig eine zu kleine Erholzeit.

Die Gate Spannung kannst du dir überschlagen, wenn du weißt, wie
schnell der Fet öffnen soll. Mit der Gateladung kann man dann -relativ-
gut mit linearem Stromanstieg Q=I*t rechnen.

Autor: Christian Ege (Gast)
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Sorry meinte bei Zu 2.) eher Zu 3.)

Das mit den 10V ist mir klar aber der kleine Lüfter braucht nicht mehr
wie 5A ;-) eher 500mA

Gruß Christian

Autor: Christian Ege (Gast)
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@All vielen Dank für die schnellen Antworten.

Das heißt ich kann den Entladewiderstand weglassen und den
Gatewiderstand z.B mit 100 Ohm dimensionieren.

Aber das dürfte dem AVR beim durchbrennen des FET nicht gut tun.

Irgendwie finde ich es schade das ich im Datenblatt keine Anhaltspunkte
dazu finde wie ich den Gatewiderstand dimensionieren kann.

Vielleicht wirft ja jemand von euch mal nen Blick ins Datenblatt.

@icke
Wird die interne Diode deaktiviert durch die externe oder benötigt man
dazu eine spezielle Beschaltung?

Gruß
Christian

Autor: Benedikt (Gast)
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>Irgendwie finde ich es schade das ich im Datenblatt keine Anhaltspunkte
dazu finde wie ich den Gatewiderstand dimensionieren kann.

Angaben findest du schon, nur steht da nicht explizit dabei wie groß
der Widerstand sein muss. Das musst du selbst ausrechnen:
Im Datenblatt finden sich Angaben wie Gate Charge, Input Capacity usw.

Autor: Christian Ege (Gast)
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Hi,
Jetzt habe ich mich doch tiefer mit der Materie beschäftigt. Aber es
sind immer noch ein paar Punkte unklar. Zu erst zu den Punkten die ich
hoffentlich richtig verstanden habe.

1.Die threshold oder Schwellenspannung oder auch „Pinch-off“ Spannung
gibt an ab wann der Kanal (Drain / Source Strecke) leitfähig wird. In
meinem Fall wird diese mit VGS(th) Gate Threshold Voltage VDS = VGS ID
= 250 μA 2 V angegeben somit sollte der FET bei 5V aufmachen.
2.Die Forward Transconductance gibt die Steilheit des FETs an. Das
Heißt die Änderung des Drain-Stroms in Abhängigkeit der
Gate-Source-Spannung.
3.Die Input Capacitance ist mein Gate-Source Kondensator, hier hatte
mich die Angabe VGS=0 etwas irritiert aber das stimmt ja auch ;-)

Jetzt der Punkt der mir noch nicht ganz klar ist.

Da ich mich im Dynamischen Bereich bewege und nicht im Statischen
sollte ich meinen Widerstand in Serie zum Gate doch so dimensionieren
das die Grenzfrequenz des Tiefpasses über meiner PWM-Frequenz liegt,
oder gibt es da noch mehr zu beachten?

Gruß
Christian Ege

Autor: Sebastian Jooß (bassti)
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Da ich mich im Dynamischen Bereich bewege und nicht im Statischen

ähm nein.
Du willst das Ding doch entsprechend der PWM schalten ->statisch.

ich würde keinen Widerstand vorschalten, der ausgangsport lädt und
entlädt die gatekapazität, ein widerstand hindert ihn nur dabei.
Wie hoch ist den die PWM-Frequenz?

Autor: Christian Ege (Gast)
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HM Ich verstehe das so dadurch das sich bei der PWM das Signal mit einer
Frequenz ändert befinde ich mich im Dynamischen Bereich. Statisch wäre
es in meinen Augen wenn die "Frequenz" < 1Hz wäre.

Meines Wissens nach wird die Gatekapazität erst bei höheren Frequenzen
interessant.

Mir ist klar das ich den Widerstand weglassen kann. Dann habe ich aber
das Problem das falls der FET durchgeht mein AVR auch sterben wird.

Außerdem habe ich schon oft in diesem Forum gelesen mann solle eben
nicht auf den Vorwiderstand verzichten.

Meine Frage ist ja auch nicht ob ich ihn weglassen kann sondern wie er
zu dimensionieren ist ;-)

Gruß
Christian.

Autor: Christian Ege (Gast)
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Anmerkung:
Welche Frequenz meine PWM haben wird weiß ich noch nicht wollte da
etwas rumspielen was sich am besten eignet bin noch neu auf dem Gebiet.

Autor: buz11 (Gast)
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Guck Dir mal das Datenblatt von ICL7667 an ...
Vielleicht wird Dir einiges klarer .

Autor: Stefan Seegel (Gast)
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@Christian:

Ich glaube du hast noch ein kleines grundsätzliches Verständnissproblem
mit der Lüfter-PMW-Steuerung. Der MOSFET sollte natürlich schon
"statisch" betrieben werden, also entweder GANZ geöffnet oder GANZ
geschlossen sein. Mit anderen Worten: Er soll eigentlich nur das
Rechtecksignal Deines AVRs verstärken. Ich habe den Eindruck dass du
irgendwie aus Gatekondensator und Vorwiderständen ein  Filter bauen
willst, damit du dann am Gateeingang eine der PWM entsprechende
Gleichspannung hast. So wird das nix, dann brauchst du ziemlich viel
Kühlung für deinen MOSFET, weil selbiger dann sehr viel Verlustleistung
verheizen muss.

Stefan

P.S. Der Vorwiderstand ist ziemlich unkritisch, nimm einfach (wie oben
schon jemand geschrieben hat) so 10 - 30 Ohm...

Autor: Sebastian Jooß (bassti)
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Auch mit 10-30 Ohm vorwiderstand wird dir der AVR mitsterben...
Ultraelegant wäre ein Optokoppler...
Oder du schaltest über einige kiloohm noch nen operationsverstärker
dazwischen (einfacher spannungsfolger)

Autor: Christian Ege (Gast)
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@Stefan
Das ich immer HI und Low Schalte ist mir vollkommen bewusst. Aber
sobald ich das in höheren Frequenzen mache, wird sich die Gatekapazität
bemerkbar machen. Da gilt Xc = 1/(2*Pi*f*C) das heißt es fließt jetzt
ein Strom über den Kondensator ab was im "statischen" Fall, nur ab
und zu an und aus, bis auf einige Piko Ampere nicht der Fall ist. Der
zweite Punkt ist das ich mit einem Vorwiderstand (Und sei es nur der
Innenwiderstand des AVRs) und der Kapazität einen Tiefpass habe. Dieser
wird dann kritisch wenn die Grenzfrequenz des Tiefpasses unter der
Frequenz der PWM liegt. Du meinst den Tiefpass den viele am Ausgang
Drain Source anbringen um eine "Gleichspannung" zu erzeugen zwecks
pfeifen und brummen nein das meine ich nicht ;-)



Leider habe ich hier kein Oszi rumfahren sonst würde ich etwas
rummessen. ;-(

@buz11
Danke für den Tipp mit dem ICL7667. Ich denke ich werde selbigen
verwenden und mir keine Gedanken mehr über Kapazitäten mehr machen.

Gruß
Christian

---
http://www.cybertux.org

Autor: icke (Gast)
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Ähem, hast die Grenzfrequenz durch die Cgs und Cgd mal berechnet???
Welchen Ausgangswiderstand vom avr hats du angenommen???
Oder geht es dir lediglich darum, sich bewusst zu machen, daß da
später, vieeeel später ein TP wirksam wird?

Autor: Christian Ege (Gast)
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@icke
ich habe mir mal ein Elektrotechnik Skript von einem unserer Profs
besorgt und er hat sich über eben diese Tiefpasscharakteristik
ausgelassen. Ich habe die Datenblätter des AVRs noch nicht so intensiv
studiert das ich den Innenwiderstand kennen würde. Wie gesagt am
liebsten wäre es mir die Sache mal mit nem Oszi zu messen um zu sehen
ob sich der Tiefpass wirklich bemerkbar macht.

Am besten gehe ich nach den Semesterferien zu besagtem Prof und frag
dem Löcher in den Bauch.

Gruß
Christian

Autor: Unbekannter (Gast)
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Warum rechnest Du nicht einfach mal?

Schau mal wie groß die Gate-Kapazität des Mosfets ist und dann rechne
mal die Grenzfrequenz mit dem hier vorgeschlagenen 10 bis 50 Ohm aus,
da kommst Du nämlich locker in den MHz-Breich...

Naja, und wegen AVR schützen: Wie teuer ist so ein popliger AVR? Wie
hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass der Mosfet genau so kaputt geht,
wie Du Dir das überlegt hast? Wie werden die Millionen bis Milliarden
elektronischen Geräte, die die Menschheit um sich hat, so gebaut?

So lange Du keine militärische, medizinische oder Raumfahrt-Anwendung
baust, ist die Frage nach Schutz der einzelnen Komponenten einer
Schaltung gegen Defekte anderer Komponenten völlig unwichtig. Du hast
so viele andere Gefahren, da kommt es auf dieses kleine Problem auch
nicht mehr an.

Fazit: Vergiss den Worst-Case-Schutz. Den kannst Du eh nicht so trivial
bauen, vor allem dann nicht, wenn Dir ein einfacher Widerstand im Gate
eines Mosfets so viel Kopfzerbrechen bereitet.

Autor: Christian Ege (Gast)
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@Unbekannter
Okay Du hast recht mit der Frequenz und der Blindwiderstand ist auch
groß genug das da kein zu großer Strom durch den AVR geht. ;-)

Deine Einstellung zu den Bauteilen teile ich aber nicht. Da ich damit
die Lüfter meines PCs steuern will, zwar nicht den CPU Lüfter aber
trotzdem können größere Folgeschäden entstehen wie die 3 Euro für AVR
und FET ;-)

Gruß
Christian

Autor: buz11 (Gast)
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Ist ja nicht verboten ,
aus den Datenblättern der Chiphersteller abzukupfern ...  ;-)

... 3. Use a 10&#8486; to 30&#8486; resistor in series with the output
of the
ICL7667. Although this reduces ringing, it will also slightly
increase the rise and fall times.

( Intersil Data Sheet )

Autor: buz11 (Gast)
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hmmm , ja , die Vorschaufunktion fehlt immer noch .

die " &#8486; " soll Ohm darstellen ...

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