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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik R_ds Logic-Level FET


Autor: Gille (Gast)
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Hallo,

ich möchte mit einem Mikrocontroller (I/O Ports mit 3.3V und so ca. bis
10-15mA belastbar) eine Last mit 5V und 150mA schalten (DC Pumpe). Ich
will einen Logic-Level FET, N-Kanal, verwenden (sowas wie den IRL3803
http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irl3803.pdf), das Gate
häng ich an den Ausgang des uC, Source an GND und Drain an die Last,
den anderen Anschluss der Last an Vcc = 5V.

1) In den Datenblättern des FET sind die Kennlinien (I_d über U_gs),
die zeigen, dass der FET bei so ca. U_gs=2V durchschaltet. Jetzt steht
da aber, dass der Drainstrom I_d bei U_gs = 3V so ca. 30A beträgt. So
eine Stromstärke verträgt aber meine Pumpe nicht mehr. Macht dieser
Strom jetzt die Pumpe kaputt? Oder richtet sich der Strom durch die
Pumpe und den FET nach der Pumpe? Besser als ein Kurzschluss kann der
FET doch im Prinzip nicht werden oder? Insofern müsste das doch so
klappen wie ich das vorhab, oder? Was soll aber dann die Kennlinie?

2)Desweiteren sollte ich an der Pumpe möglichst die 5V haben. Der
Widerstand R_ds = 1 Ohm des FET ist nur für einen Ausgangstrom von ca.
120A angegeben. Kann ich darauf vertrauen, dass er bei I_d = 150mA auch
so klein ist oder verändert er sich da? (im Durchgeschalteten Zustand
U_gs = 3.3 V).

3)Brauch ich eigentlich noch nen Gatevorwidestand, wenn ja in welcher
Größe?

Ich hab gestern ewig viel Zeit schon in diese Punkte investiert, aber
ich komm grad net weiter. Hab auch leider grad keinen FET zur Hand zum
ausprobieren. Ich wäre euch sehr dankbar wenn mir mir jemand meine
Irrtümer aufdecken könnte.


Klar mit einem Signal-Relais und nem normalen NPN könnt ich das ganze
auch realisieren, aber ich wollt das ganze mit nem FET machen (weniger
Schaltungsaufwand, kein mech. Verschleiß). Oder habt ihr einen anderen
Vorschlag?


Vielen Dank schon mal für eure Ratschläge!

Autor: Μαtthias W. (matthias) Benutzerseite
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Hi

erstmal:
Das nenn ich mal ne Frage. Wirklich ausreichend Informationen, ein
direkter Link aufs Datenblatt und gut struktoriert. Da könnte sich
manch einer ne Scheibe abschneiden.

Zurück zum Thema:
zu 1)
Die 30A beziehen sich darauf wenn der FET direkt zwischen Vcc und GND
hängt. Es ist der maximale Strom den der FET bei 3V Ugs leiten kann.
Wenn der FET diesen Zustand erreicht ist er gesätigt. Deine Pumpe
begrenzt natürlich diesen Strom.

zu 2)
Den Widerstand deines FETs bei 3V Ugs kannst du auch aus dem Diagramm
auf Seite 3 entnehmen. Bei 0,2V Uds hast du einen Strom von etwa 10A.
Macht einen Rds von ca. 20mOhm. Bei 0,1V Uds fließt ein Strom von 6A.
Macht einen Rds von 16mOhm. Wenn man das ganze jetzt linear nach links
interpoliert ergibt sich bei deinen Bedingungen ein Rdson von um die
15mOhm.

zu 3)
Nutzt du den FET nur als Ein/Aus-Schalter (also kein PWM)? Dann würde
ich so 470Ohm Gatevorwiderstand und 100k Ableitwiderstand nach Masse
vorsehen. Bei PWM müssten wir erstmal die Frequenz wissen.

Matthias

Autor: Gille (Gast)
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Hallo Matthias,

vielen Dank für deine Schnelle und präzise Antwort.

zu 1) da bin ich erleichtert dass du meine Vermutung bestätigst!

zu 2) ok, super das ist ja klasse. ich hab die lineare Extrapolation
mal nachvollzogen und komm in etwa auch auf deine Werte. Jetzt will ich
an einem anderen Pin eine andere Last mit 50mA bei 5V schalten (sonst
alles wie oben). Da komm ich auf ca. R_ds = 16mOhm (U_ds = 800uV @ I_d
= 50mA) lieg ich da richtig? wäre dieser Betriebszustand noch
zulässig?

zu 3) Ja, ich will nur schalten (keine PWM). Geh ich richtig in der
Annahme, dass der Ableitwidertstand am Gate zur Masse dazu dient den
FET wieder auszuschalten, wenn der Pin auf low geht (also um das Gate
zu entladen)?
 Wozu dient der Vorwiderstand? Wie berechnest du denn den
Gatevorwiderstand? Ist er für die andere Last mit 50mA und 5V auch zu
470Ohm wählen?

super gute Antwort von dir, hat mir jetzt echt schon ein großes Stück
weitergeholfen!
Gruß Gille

Autor: Μαtthias W. (matthias) Benutzerseite
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Hi

zu 2)
Der Rdson bleibt nach unten hin konstant. Du kannst dir das etwa so
vorstellen das der Rdson direkt von der Steuerspannung Ugs abhängig ist
und konstant bleibt solange du Ugs nicht änderst und der Strom noch ein
gutes Stück vom Sättigungsstrom entfernt ist.

zu 3)
Der Ableitwiderstand ist hauptsächlich dafür gedacht das sich der FET
nichts einfängt wenn dein Pin des Prozessors hochohmig ist (also z.B.
wenn das Programm noch nicht läuft). Der Vorwiderstand ist dazu da das
der FET nicht zu schnell aufgesteuert wird (-> Störungen). Die 470 Ohm
ergeben sich so Pi mal Daumen (Erfahrungswert, hat gut funktioniert)
Der Vorwiderstand ist relativ lastunabhängig.

Matthias

Autor: Gille (Gast)
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Hallo Matthias,

ok, dann gut zu wissen dass es so grundsätlich funktionieren müsste.
Also meinst du das ganze klappt auch für die Last mit 50mA und 5V?

(dafür ist ein FET fast ein bissle überdimensioniert, ich will aber am
liebsten die gleiche Ansteuerung verwenden und den geringen R_dson
ausnützen :) )

thx

Autor: Μαtthias W. (matthias) Benutzerseite
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Hi

der FET ist nicht nur ein bischen überdimensioniert aber das ist
erstmal kein Hindernis ihn auch für 5V/50mA einzusetzen.

Matthias

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