Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MOSFETs durchschalten: Treiber nötig?


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von Dennis (Gast)


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Hallo Leute,

ich möchte einen 3,3V CortexM3 verwenden um ein LED Licht kurz (0,1ms) 
zu blitzen.
Stromversorgung ist ein normales PC-Netzteil mit 12V, 5V und 3,3V.

Da ich noch keinen µC bestellt habe wollte ich erstmal die Schaltung mit 
Taster-Schalter testen und bin auf komische Effekte gestoßen. Evtl kann 
mir jemand helfen das Verhalten zu verstehen?

Ich habe auf http://www.led-rechner.de/ mit Betriebsspannung 12V, 3 
LEDs, LED Spannung 3,5V und LED Strom 700mA errechnet dass mein 
Vorwiderstand ca 2Ohm betragen sollte. Soweit funktioniert alles. 
Schließe ich die 3 LEDs mit Vorwiderstand direkt an 12V leuchtets super 
hell.

Da ich aber zwischen ON und OFF mit einem digital IO von 3,3V µC 
entscheiden möchte habe ich mir 5 dieser Logic-Level Power MOSFETs 
gekauft, die quasi als "Schalter" fungieren sollen:
http://www.mikrocontroller.net/part/IRLR8743

1) Hier nun meine erste Frage: (Anhang Bild 1)
Wenn ich Gate mit 5V versorge und über 100kOhm (Pulldown) an Masse 
verbinde werden die LEDs bei weitem nicht so hell wie vorher direkt an 
12V.
Wieso?
Ich habe mal aufgeschnappt, dass es MOSFET-Treiber gibt und das MOSFETs 
schön durchschalten  müssen - aber sind 5V für den obigen Typ nicht weit 
mehr als genug? Gate_threshold_Voltage_Max wird mit 2,35V angegeben.
Links im Bild sind 5V um einen Digital-IO zu simulieren, rechts 12V als 
Versorgung für LEDs.

Ganz naiv habe ich mir überlegt dass ich ja zum schalten des MOSFETs 
auch 12V benutzen könnte. Dies hat funktioniert. Dh schließe ich direkt 
die +12V der LEDs an das Gate sind die LEDs wieder super hell wie direkt 
an 12V.

2) Hier kommt nun meine zweite Frage: (Anhang Bild 2)
Da ich von obigem MOSFET noch 4 liegen habe dachte ich mir ich baue 
einen "Schalter für den Schalter".
Dh mit 5V bzw später 3,3V schalte ich den ersten Mosfet der dann 12V 
durchlässt. Diese 12V schalten den zweiten welcher dann den LED Strom 
durchlässt.

Dies funktioniert auch super, sofern ich 5V für den ersten MOSFET 
verwende. Nehme ich aber nur 3,3V leuchten die LEDs ganz ganz kurz hell 
auf und glimmen dann nur noch lächerlich dunkel.
Wieso?

Viele Dank im Voraus fürs lesen und beantworten!

von MaWin (Gast)


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Dennis schrieb:
> Da ich aber zwischen ON und OFF mit einem digital IO von 3,3V µC
> entscheiden möchte habe ich mir 5 dieser Logic-Level Power MOSFETs
> gekauft,

Du wisst also, daß du nur 3.3V hast, und hast dir mit voller Absicht 
nagelneue MOSFETs gekauft, die nur bei 4.5V sicher einschalten ?
RDS(on) @ VGS = 4.5V, ID = 20A

Was willst du damit erreichen ?

Warum nimmst du nicht MOSFETs, die bei 2.7V sicher einschalten ?

> Gate_threshold_Voltage_Max wird mit 2,35V angegeben

Das ist die Spannung, UNTER der der MOSFET GARANTIERT sicher AUS ist.

Deine zweite Schaltung verdoppelt die benötigte Schaltspannung noch.

von Christian S. (christianstr)


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Er wird im Datenblatt wohl auf das 175°C Diagramm geguckt haben. Muss 
gestehen: Im ersten Moment ist mir das auch gerade passiert ;)
Hol dir nen anderen MOSFET, schau da dann ins richtige Diagramm ;)

Gruß Christian

von Dennis (Gast)


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Vielen Dank, da habe ich heute aber schon viel gelernt ;)

> Du wisst also, daß du nur 3.3V hast, und hast dir mit voller Absicht
> nagelneue MOSFETs gekauft, die nur bei 4.5V sicher einschalten ?
> RDS(on) @ VGS = 4.5V, ID = 20A
> Was willst du damit erreichen ?
> Warum nimmst du nicht MOSFETs, die bei 2.7V sicher einschalten ?

Nun ich muss gestehen: Das war mir absolut nicht bewusst. Ich kann mit 
den ganzen Werten im Datenblatt nichts anfangen.
Ich habe in der MOSFET Übersicht 
http://www.mikrocontroller.net/articles/MOSFET-%C3%9Cbersicht geguckt wo 
ID/A besonder groß ist (maximaler Strom?) und gleichzeitig UGS(th)/V 
möglichst klein. Die 1,9V des IRLR8743 habe ich für mich interpretiert 
als "3,3V reichen dann locker" und habe daher diesen gewählt.

> Er wird im Datenblatt wohl auf das 175°C Diagramm geguckt haben. Muss
> gestehen: Im ersten Moment ist mir das auch gerade passiert ;)
> Hol dir nen anderen MOSFET, schau da dann ins richtige Diagramm ;)
Ich habe bei der Wahl des MOSFETS hauptsählich das Diagramm auf Seite 3, 
Fig3 angesehen: x-Achse zeigt VGS Drain-to-Source-Voltage (V) und 
y-Achse zeigt Drain-to-Source-current (A).
Dort habe ich das so interpretiert, dass auch schon 3,3V reichen müssten 
um ~40A zu schalten.

Bevor ich jetzt mit falschen Bauteilen rummurkse kaufe ich auch gerne 
was neues.

Könntet ihr mir helfen einen passenden Treiber zu wählen? Gibt es 
"Mehrkanaltreiber"? Ich würde gerne zB 8 Lichter unabhängig voneinander 
über jeweils einen eigenen IO-Pin schalten.
Hierfür brauche ich also wahrscheinlich 8 MOSFETs und 8 Treiber bzw 
Treiber mit mehreren Kanälen?

Ist mein MOSFET ansonsten eine gute Wahl? Er soll am besten ungekühlt 
25A aushalten und die Größe bzw Preis spielen keine Rolle.

Die maximale Strom-An-Dauer wären zB 100 Blitze/sekunde mit jeweils 2ms, 
also 100*2/1000 ~= 20%

von MaWin (Gast)


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Dennis schrieb:
> Er soll am besten ungekühlt 25A aushalten

Eben grad waren es noch 700mA, aber auch für die reichen keine ULN2803, 
also brauchst du eh Einzeltransistoren wie IRF6201, ganz ohne Treiber.
Deine bisherigen kannst du an einfache mit 5V versorgte 74HCT04 oder 
74ACT04 anschliessen.

von Stefanus (Gast)


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> x-Achse zeigt VGS Drain-to-Source-Voltage (V) und
> y-Achse zeigt Drain-to-Source-current (A).

VGS ist die SPannung zwischen Source und Gate.
Die Draim-to-Source-Voltage wäre VDS, welche für Deinen Anwendungsfall 
uninteressant ist.

Du suchst einen Transistor, der etwas weniger als 3,3V den vollen 
Laststrom von 25A schalten kann. Also suchst Du im Datenblatt das 
Diagramm, in dem das Verhältnis von VGS zu IDS dargstellt wird.

25A bei 3 Volt könnte schwierig werden. Die MOSFETS, die ich bislang 
verbaut habe, machen bei dieser Spannungs alle weniger als 5A.

von Stefanus (Gast)


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Deine Treiberschaltung (2. Bild aus dem ersten Beitrag) setzt voraus, 
dass die Spannung des Last-Stromkreises nicht höher ist, als die des 
Mikrocontroller. Mit anderen Worten: Sie ist sinnlos.

Wie wäre es damit:
1
                                   10k
2
                +-----------------[===]-----+
3
                |                           |
4
                |          ||-----[Last]----+---o 12V
5
                +----------||
6
                |          ||---+ 
7
      4,7k    |/                |
8
µC o--[===]---|  BC548          |
9
              |\>               |
10
                |               |
11
               GND             GND

Bei der niedrigen Schaltfrequenz, um die es da geht, sollte es so 
einfach noch klappen - scätze ich. Die Last geht an, wenn der Ausgang 
des µC auf Low geht.

von Stefanus (Gast)


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> ungekühlt 25A

Toller Witz. Transistorem im TO220 Gehäuse vertragen ungekühlt ca 1 
Watt.

Maximaler erlaubter Spannungsabfall ist: 1W / 25A =  0,04V.

Maximaler Widerstand ist: 0,04V / 25A = 0,0016 Ohm

Ich glaube nicht, dass du MOSFETS mit so geringem RDSon finden wirst. 
Vielleicht gibt es sie im Umfeld von Antriebstechnik, z.B. bei 
Gabelstaplern. Aber sicher nicht in der Größe und für den Preis, der Dir 
vorschwebt.

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