Transistorauswahl um über PWM 600mA zu steuern

[Fabian L. (fabls)]

Hallo liebe Forum Mitglieder,

habe ein kleines Problem, denn ich möchte etwa 40 LEDs die insgesamt 
600mA Strom fließen über PWM steuern, um die Helligkeit zu ändern.

Meine Frage ist jetzt welchen Transistor ich lieber benutzen sollte für 
diese Anwendung (die LEDs betreibe ich mit 6V) einen NPN/PNP , MOSFET 
oder gar einen Darlingtontreiber?


Bedanke mich jetzt schon mal im Voraus.

MfG
Fabian

[spontan (Gast)]

FET klingt schon mal sehr gut. 600 mA ist ja nicht die Welt. Um welche 
Frequenzen gehts denn so?

[Harald W. (wilhelms)]

Fabian L. schrieb:

> Meine Frage ist jetzt welchen Transistor ich lieber benutzen sollte für
> diese Anwendung (die LEDs betreibe ich mit 6V) einen NPN/PNP , MOSFET
> oder gar einen Darlingtontreiber

Das kannst Du nach Deinem persönlichen Geschmack auswählen.
Oder danach, welche Bauelemente Du gerade in der Kiste hast.
Gruss
Harald

[Fabian L. (fabls)]

spontan schrieb:
> FET klingt schon mal sehr gut. 600 mA ist ja nicht die Welt. Um
> welche
> Frequenzen gehts denn so?

Danke für die Antworten.

Also die Frequenz wird nicht all zu hoch sein denke so um die 50Hz, muss 
es dann testen wie es am besten ausschaut. Die PWM wird dann ja nur 
benötigt um die Helligkeit zu dimmen.

Wüsstet ihr welche MOSFETs ich nehmen sollte?

[JojoS (Gast)]

hast du schon in die Mosfet Übersicht hier geschaut? 
http://www.mikrocontroller.net/articles/MOSFET-%C3%9Cbersicht
Kriterien sind noch SMD oder mit Beine? Bei 40 einzeln angesteuerten 
würde ich kleine SMD Teile in SOT23 nehmen, für THT sowas wie IRLD024 im 
HEXDIP Gehäuse.
Für die direkte Ansteuerung mit µC solltest du noch darauf achten das 
die LogicLevel kompatibel sind, also mit kleiner Ugs auskommen für 
volles Durchsteuern.
LED PWM Frequenzen sind niedrig und liefern keine Einschränkung bei der 
Auswahl. Allerdings sind deine 50 Hz zu niedrig, ich empfehle dir >100 
Hz. Schaue mal eine LED die mit 50 Hz 'blinkt' und bewege die Augen nach 
rechts und links, dann weisst du warum.

[Fabian L. (fabls)]

JojoS schrieb:
> hast du schon in die Mosfet Übersicht hier geschaut?
> http://www.mikrocontroller.net/articles/MOSFET-%C3...
> Kriterien sind noch SMD oder mit Beine? Bei 40 einzeln angesteuerten
> würde ich kleine SMD Teile in SOT23 nehmen, für THT sowas wie IRLD024 im
> HEXDIP Gehäuse.

Es sollte schon SMD Gehäuse sein, muss aber nicht!


> Für die direkte Ansteuerung mit µC solltest du noch darauf achten das
> die LogicLevel kompatibel sind, also mit kleiner Ugs auskommen für
> volles Durchsteuern.

Das PWM erzeuge ich mittels eines STM32 somit bekomme ich einen 
maximalen Logiklevel von <= 3,3V, deswegen wollte ich gerne mal Wissen, 
welchen ich am besten nehmen sollte (NPN/PNP oder MOSFET P-/N-Kanal)

> LED PWM Frequenzen sind niedrig und liefern keine Einschränkung bei der
> Auswahl. Allerdings sind deine 50 Hz zu niedrig, ich empfehle dir >100
> Hz. Schaue mal eine LED die mit 50 Hz 'blinkt' und bewege die Augen nach
> rechts und links, dann weisst du warum.

Ja das habe ich schon fast vermutet das es zu wenig ist ;)



EDIT:

Der Transistor sollte die 6V Versorgungsspannung durchschalten.

[JojoS (Gast)]

dann vielleicht sowas:
http://www.reichelt.de/IRL-IRFZ-Transistoren/IRLML-0030/3//index.html?ACTION=3&GROUPID=2896&ARTICLE=132137&SHOW=1&START=0&OFFSET=16&;

schaltet bei 3V schon ein paar A und ist mit 18 ct. auch günstig. Oder 
in deinem Lieblingsshop in der Mosfet Liste was günstiges raussuchen. 
Dann im Datenblatt kontrollieren ob der ab 2,5V schon 1A schaltet.
Wenn man RGB-LED hat muss man noch aufpassen ob die eine gemeinsame 
Anode oder Kathode haben, davon hängt dann ab ob es zwangsweise ein N- 
oder P-Kanal Typ sein muss. Sonst sind die N-Kanaler meist günstiger.

[Blackbird (Gast)]

> habe ein kleines Problem, denn ich möchte etwa 40 LEDs die insgesamt
> 600mA Strom fließen über PWM steuern, um die Helligkeit zu ändern.

> (die LEDs betreibe ich mit 6V)


600mA / 40 = 15mA pro LED?

Da reichen 40 Billigtransistoren.


Blackbird

[Fabian L. (fabls)]

Blackbird schrieb:
>> habe ein kleines Problem, denn ich möchte etwa 40 LEDs die
> insgesamt
>> 600mA Strom fließen über PWM steuern, um die Helligkeit zu ändern.
>
>> (die LEDs betreibe ich mit 6V)
>
> 600mA / 40 = 15mA pro LED?
>
> Da reichen 40 Billigtransistoren.
>
> Blackbird

NEIN! Die Ansteuerung der LEDs betreibe ich mittel eines Darlington 
Treiber, hier geht es nur um die Ansteuerung der gesamten 
Versorgungspannung aller LEDs.

MfG

[JojoS (Gast)]

da wäre eine Skizze wie das Aussehen soll schon hilfreich. Wozu der 
zusätzliche Darlington Treiber?

[Helge A. (besupreme)]

Ah! Wenn du auf der (+) Seite schalten willst, brauchst du zuerst eine 
Pegelanpassung. Dann geht bei 6V 'irgendein' p-Kanal MOSFET oder pnp 
Transistor am einfachsten anzusteuern.

Ein wenig eleganter wäre natürlich, wenn die PWM gleich auf die schon 
vorhandene Ansteuerschaltung wirken könnte.

[Blackbird (Gast)]

> Der Transistor sollte die 6V Versorgungsspannung durchschalten.

Von +6V an alle (gemeinsamen) Anoden der LEDs?

Dann eine NPN-PNP-Kombination.
µC -> NPN (C an +6V) -> PNP (E an +6V)


Blackbird

[Fabian L. (fabls)]

JojoS schrieb:
> da wäre eine Skizze wie das Aussehen soll schon hilfreich. Wozu
> der
> zusätzliche Darlington Treiber?

So sollte es in etwa aussehen, natürlich habe ich jetzt nur eine 
Lampe/Led gezeichnet weil es dann zu aufwändig wäre. Da ich nicht 40 
Timer zur Verfügung habe, muss ich die komplette Versorgungsspannung der 
LEDs dimmen.

[Fabian L. (fabls)]

Blackbird schrieb:
>> Der Transistor sollte die 6V Versorgungsspannung durchschalten.
>
> Von +6V an alle (gemeinsamen) Anoden der LEDs?
>
> Dann eine NPN-PNP-Kombination.
> µC -> NPN (C an +6V) -> PNP (E an +6V)
>
> Blackbird

Ja genau so was ähnliches habe ich gesucht! Könnte man es nicht mit 
einem einfachen MOSFET machen?

[Harald W. (wilhelms)]

Fabian L. schrieb:

>> Dann eine NPN-PNP-Kombination.
>> µC -> NPN (C an +6V) -> PNP (E an +6V)
>>
>> Blackbird
>
> Ja genau so was ähnliches habe ich gesucht! Könnte man es nicht mit
> einem einfachen MOSFET machen?

Nein. Betrachte doch mal die beiden Pegel zwischen Gate und Source
bei ein- und ausgeschalteten µC.
Gruss
Harald

[Fabian L. (fabls)]

Also sollte ich einen NPN-PNP Kombination nehmen... An sich kann ich 
dann direkt einen 1-Kanal Darlington-Treiber einsetzten oder?

[Dietrich L. (dietrichl)]

Fabian L. schrieb:
> An sich kann ich
> dann direkt einen 1-Kanal Darlington-Treiber einsetzten oder?

Wenn Du einen High-Side-Treiber mit 3,3V Ansteuerung findest, ja.

Aber beachte auch die Summe der Spannungsabfälle an diesem Treiber + am 
Darlington-Treiber nach GND, damit es bei 6V für die LEDs + 
Vorwiderstände noch reicht.

Gruß Dietrich

[Fabian L. (fabls)]

Dietrich L. schrieb:
> Fabian L. schrieb:
>> An sich kann ich
>> dann direkt einen 1-Kanal Darlington-Treiber einsetzten oder?
>
> Wenn Du einen High-Side-Treiber mit 3,3V Ansteuerung findest, ja.
>
> Aber beachte auch die Summe der Spannungsabfälle an diesem Treiber + am
> Darlington-Treiber nach GND, damit es bei 6V für die LEDs +
> Vorwiderstände noch reicht.
>
> Gruß Dietrich

Leider habe ich keinen High-Side-Treiber mit 3,3V Ansteuerung gefunden.

Am besten wäre es doch:

uC --> NPN (C an Gate & E an GND) --> N-Kanal MOSFET an +6V

Wäre es so möglich???

Danke im Voraus

[Dietrich L. (dietrichl)]

Fabian L. schrieb:
> uC --> NPN (C an Gate & E an GND) --> N-Kanal MOSFET an +6V
>
> Wäre es so möglich???

Nein. Es müsste ein P-Kanal FET sein, außerdem fehlt noch ein Widerstand 
zwischen C/Gate und +6V.
Der Wert hängt von der PWM-Frequenz und der Gate-Kapazität des FET ab. 
Die muss ja schnell genug entladen werden, damit der FET sperrt.

Gruß Dietrich

[Fabian L. (fabls)]

Dietrich L. schrieb:
> Fabian L. schrieb:
>> uC --> NPN (C an Gate & E an GND) --> N-Kanal MOSFET an +6V
>>
>> Wäre es so möglich???
>
> Nein. Es müsste ein P-Kanal FET sein, außerdem fehlt noch ein Widerstand
> zwischen C/Gate und +6V.
> Der Wert hängt von der PWM-Frequenz und der Gate-Kapazität des FET ab.
> Die muss ja schnell genug entladen werden, damit der FET sperrt.
>
> Gruß Dietrich

Danke für die schnelle Antwort!

Habe versucht mich im Internet schlau zu diesem Thema zu machen, doch 
leider komme ich nicht ganz zu recht! Bin leider kein Hardware Experte!

Wie sollte dann die Schaltung aussehen bzw. wie muss ich die Widerstände 
dimensionieren?

[Fabian L. (fabls)]

Hallo zusammen,

ich habe bei ltSpice diese Schaltung aufgebaut! Wie ich es jetzt 
verstanden habe sollte die Schaltung so aussehen.

Nun weiß ich jedoch nicht wie ich den Widerstand für den P-Kanal MOSFET 
dimensionieren muss, wäre super wenn mir da jemand helfen könnte..


Dankeeee schon mal für die Antworten

[Wolfgang (Gast)]

Fabian L. schrieb:
> Habe versucht mich im Internet schlau zu diesem Thema zu machen, doch
> leider komme ich nicht ganz zu recht!

Dann guck doch mal im Forum Mikrocontroller.net
Da wurde das Thema im Zusammenhang mit Multiplexanzeige schon gefühlte 
1000 Mal durchgekaut.

[Wilhelm F. (Gast)]

Wolfgang schrieb:

> Fabian L. schrieb:
>> Habe versucht mich im Internet schlau zu diesem Thema zu machen, doch
>> leider komme ich nicht ganz zu recht!
>
> Dann guck doch mal im Forum Mikrocontroller.net
> Da wurde das Thema im Zusammenhang mit Multiplexanzeige schon gefühlte
> 1000 Mal durchgekaut.

Vor einiger Zeit entwickelte ich noch für einen User, der was ähnliches 
brauchte, so eine Komplementärstufe aus NPN-Treiber und 
PNP-Leistungstransistor. Der wollte auch mit einem µC eine Spannung von 
24V schalten, und hatte LEDs mit 1A Strom.

Der Mann baute die Schaltung auf dem Steckbrett auf, und bedankte sich 
für die hervorragende Funktion.

Leider merke ich mir aber auch nicht alle Threads, wo ich sowas postete, 
und man findet sie dann aber auch per Forensuche nicht.

Es kann natürlich sein, daß Bipolar-Leistungstransistoren für den selben 
Strom eine kleinere Bauform haben, die ja gefordert ist. Da bin ich im 
Augenblick nicht so im Bilde.

[Fabian L. (fabls)]

> Vor einiger Zeit entwickelte ich noch für einen User, der was ähnliches
> brauchte, so eine Komplementärstufe aus NPN-Treiber und
> PNP-Leistungstransistor. Der wollte auch mit einem µC eine Spannung von
> 24V schalten, und hatte LEDs mit 1A Strom.
>
> Der Mann baute die Schaltung auf dem Steckbrett auf, und bedankte sich
> für die hervorragende Funktion.
>
> Leider merke ich mir aber auch nicht alle Threads, wo ich sowas postete,
> und man findet sie dann aber auch per Forensuche nicht.
>
> Es kann natürlich sein, daß Bipolar-Leistungstransistoren für den selben
> Strom eine kleinere Bauform haben, die ja gefordert ist. Da bin ich im
> Augenblick nicht so im Bilde.

Bevor ich diesen Beitrag geschrieben habe, habe ich natürlich viele 
viele Threads mir angeschaut, doch leider habe ich keine gefunden die zu 
meinem Fall passten. Ich kann manche verstehen die sich aufregen, weil 
solche Fragen oft vorkommen, doch leider würde ich so eine Frage nicht 
stellen, wenn es nicht unbedingt nötig ist.

Für den Basiswiderstand des NPN weis ich mittlerweile wie es geht, wurde 
sehr gut hier beschrieben:
http://www.mikrocontroller.net/articles/Basiswiderstand

Meine Frage ist eher wie ich den Gate Widerstand dimensionieren soll, da 
ich leider keine Erfahrung habe was ich alles beachten soll!

[Wilhelm F. (Gast)]

Fabian L. schrieb:

Sorry, mir ist hier ein Fehler unterlaufen:

>> Es kann natürlich sein, daß Bipolar-Leistungstransistoren für den selben
>> Strom eine kleinere Bauform haben, die ja gefordert ist. Da bin ich im
>> Augenblick nicht so im Bilde.

Es sollte hier heißen: Leistungs-MOSFET sind wahrscheinlich in der 
Bauform kleiner als Bipolar-Leistungstransistoren.

> Für den Basiswiderstand des NPN weis ich mittlerweile wie es geht, wurde
> sehr gut hier beschrieben:
> http://www.mikrocontroller.net/articles/Basiswiderstand
>
> Meine Frage ist eher wie ich den Gate Widerstand dimensionieren soll, da
> ich leider keine Erfahrung habe was ich alles beachten soll!

Wie soll es denn jetzt aus sehen? Ein kleiner NPN-Bipolartransistor am 
µC-Ausgang, und dahinter ein P-Kanal-FET?

Da ist doch im einfachsten Fall einfach nur ein Lastwiderstand vom 
Kollektor an Plus nötig. Das Gate verbindet man ebenfalls mit dem 
Kollektor. Allerdings hat man an der Abschaltflanke keine aktive 
Umladung der Gatekapazität. Bei niedrigen Betriebsfrequenzen wie z.B. 
100Hz muß dies allerdings nicht sehr viel ausmachen.

[Michael (Gast)]

Fabian L. schrieb:
> Meine Frage ist eher wie ich den Gate Widerstand dimensionieren soll, da
> ich leider keine Erfahrung habe was ich alles beachten soll!

Nach Abschalten des Steuertransistors muss sich die Gatekapazität des 
Schalt-FETs über den Gate-Ableitwiderstand so weit entladen, dass der 
FET sperrt. Die Zeitkonstante läßt sich wie bei jedem RC-Glied berechnen 
und sollte so gewählt sein, dass der FET durch die Verlustleistung 
während der Umschaltphase nicht zu warm wird. Da geht also die 
Schaltfrequenz proportional mit ein.

[Wilhelm F. (Gast)]

Michael schrieb:

> Fabian L. schrieb:
>> Meine Frage ist eher wie ich den Gate Widerstand dimensionieren soll, da
>> ich leider keine Erfahrung habe was ich alles beachten soll!
>
> Nach Abschalten des Steuertransistors muss sich die Gatekapazität des
> Schalt-FETs über den Gate-Ableitwiderstand so weit entladen, dass der
> FET sperrt. Die Zeitkonstante läßt sich wie bei jedem RC-Glied berechnen
> und sollte so gewählt sein, dass der FET durch die Verlustleistung
> während der Umschaltphase nicht zu warm wird. Da geht also die
> Schaltfrequenz proportional mit ein.

Das wäre die nächste Frage. Wie hoch ist die Gatekapazität des 
Transistors, den wir ja noch gar nicht kennen? Je nach dem kann man den 
Lastwiderstand der Vorstufe etwas variieren.

Evtl. könnte man ins Gate noch in Serie einen Schutzwiderstand vor 
sehen. Denn ein Transistor mag normalerweise keine geschalteten 
Kapazitäten, wegen einer eventuellen Einschaltspitze.

Wenn die Sache wegen der Verlustleistung der Flanke nicht fluppt, muß 
man dann etwas mehr Schaltungsaufwand betreiben.

[Fabian L. (fabls)]

Vielen vielen Dank für eure Beiträge!

Habe nun Superflux LED Blau getestet und mir ist aufgefallen, dass die 
LEDs nicht zwingend 20mA pro Stück benötigen! Man kann diese problemlos 
mit 1mA betreiben und sind für meine Zwecke hell als genug, jedoch 
möchte ich trotzdem die LEDs für 20mA dimensionieren.

>Wie soll es denn jetzt aus sehen? Ein kleiner NPN-Bipolartransistor am
>µC-Ausgang, und dahinter ein P-Kanal-FET?

Genau so wollte ich es eigt betreiben, aber es könnte statt den P-Kanal 
FET auch ein PNP sein.
Also ist die Schaltung die ich um 13:11Uhr angehängt habe an sich 
richtig beschaltet??

[Wilhelm F. (Gast)]

Fabian L. schrieb:

> Genau so wollte ich es eigt betreiben, aber es könnte statt den P-Kanal
> FET auch ein PNP sein.

Beide Transistoren Bipolartypen geht natürlich auch.

> Also ist die Schaltung die ich um 13:11Uhr angehängt habe an sich
> richtig beschaltet??

Hast du mal versucht, die zu simulieren? Ich fürchte, das macht erst mal 
Peng.

Also noch mal, um es jetzt nicht selbst zu zeichnen, vielleicht bekomme 
ich es in Worten gut erklärt:

Die NPN-Schaltung ist an der Basis und am Emitter richtig. Vom Kollektor 
führt erst mal nur ein Lastwiderstand an Plus der 6V. Damit wäre die 
Vorstufe fertig.

Nächster Schritt: Source des FET mit 6V verbinden, Drain an die LEDs. 
Dann das Gate an den Kollektor des NPN. Evtl. den genannten 
Schutzwiderstand noch in die Gateleitung.

Kannste ja mal so in LTspice malen, und noch mal zeigen.

[Dietrich L. (dietrichl)]

Fabian L. schrieb:
> Wie ich es jetzt verstanden habe sollte die Schaltung so aussehen.

Nein.
- R2 muss zwischen Kollektor von Q1 und V2(+) und das Gate geht direkt 
an den Kollektor.
- M1 (PMOSFET) ist falsch herum (Drain und Source vertauscht; Drain an 
die LEDs und Source an V2(+).

Den Wert von R2 kann man ausrechnen, wenn Du mitteilst
- PWM-Frequenz
- Typ des PMOSFET

Gruß Dietrich

[Fabian L. (fabls)]

Soooo jetzt habe ich es glaube ich richtig gemacht oder??

Die PWM Frequenz schätze ich um 100-150Hz und den Typ des PMOS habe ich 
noch keinen ausgewählt, da  aus der Masse der vielen Transistoren ich 
nicht weis, welcher für meinem Fall gut ist.

Liebe Grüße
Fabian

[Wilhelm F. (Gast)]

Fabian L. schrieb:

> Soooo jetzt habe ich es glaube ich richtig gemacht oder??

Ja, das sieht grundsätzlich brauchbar aus. Evtl. kann in die Gateleitung 
noch ein niederohmiger Begrenzungswiderstand hinein, z.B. 100 Ohm.