Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Einfache FET Treiberschaltung gesucht 3A


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von Frank (Gast)


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Hallo,

ich möchte mehrer kleine Reflektorlampen (12V / 36W) mit einem µC 
(STM32) ansteuern. Der Ansteuerpegel beträgt 3,3V. Es soll möglich sein, 
die Lampen per PWM (16kHz) anzusteuern.

Wenn ich z.B einen IRF7416 nehme, könnte ich mit dem Controller das Gate 
direkt ansteuern (3,3V). Die Frage ist, was sonst noch für eine 
Beschaltung nötig ist? (Gate Vorwiederstand ?). Aufbau als LowSide ?

Es soll eine möglichst einfache Stufe werden. Ist privat, nichts 
kommerzielles.

Hat jemand sowas schom mal entwickelt und kann mir dazu etwas sagen?

Gruß
Frank

von Harald W. (wilhelms)


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Frank schrieb:

> Wenn ich z.B einen IRF7416 nehme, könnte ich mit dem Controller das Gate
> direkt ansteuern (3,3V).

Nein, der FET braucht typisch 10V zur Ansteuerung (siehe Datenblatt).
ausserdem ist der leistungsmäßig etwas knapp ausgelegt für 30A
Einschaltstrom.

von Dietrich L. (dietrichl)


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Frank schrieb:
> Es soll möglich sein,
> die Lampen per PWM (16kHz) anzusteuern.

Willst Du das wirklich? 16kHz erfordern einen leistungsfähigen 
Gate-Treiber.

> Wenn ich z.B einen IRF7416 nehme

Abgesehen von Haralds Bemerkung, dass 3,3V zu wenig ist: das ist ein 
P-Kanal Fet, mit LowSide ist also nichts.
Wenn Du aber wirklich +12V schalten willst, brauchst Du noch einen 
Pegelwanler. Dann hast Du allerdings auch genug Spannung zur 
Gate-Ansteuerung.

Gruß Dietrich

von Frank (Gast)


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Danke für Eure Hinweise.

Gibt es denn FETs, die man mit 3,3V direkt ansteuern kann?

Ich wollte auch nicht 30A sondern 3A schalten (36W @ 12V = 3A). Oder hab 
ich da was übersehen???

Die 16Khz waren angedacht, damit meine Stufe nicht Geräusche macht.

von Dietrich L. (dietrichl)


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Frank schrieb:
> Ich wollte auch nicht 30A sondern 3A schalten (36W @ 12V = 3A). Oder hab
> ich da was übersehen???

Halogenlampen haben eine Kaltwiderstand kleiner als 1/10 des 
Betriebswiderstandes. Daher ist der Einschaltstrom > als 30A. Und beim 
Dimmen "auf kleiner Flamme" hast Du auch deutlich mehr als 3A.

Gruß Dietrich

von Thomas F. (igel)


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Frank schrieb:
> Gibt es denn FETs, die man mit 3,3V direkt ansteuern kann?

Schon gelesen? 
http://www.mikrocontroller.net/articles/MOSFET-%C3%9Cbersicht


> Ich wollte auch nicht 30A sondern 3A schalten (36W @ 12V = 3A). Oder hab
> ich da was übersehen???

http://de.wikipedia.org/wiki/Einschaltstrom#Verbraucher_mit_Kaltleiter-Verhalten

von Frank (Gast)


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O.k. Das mit dem hohen Einschaltstrom war mir nicht bewußt. Danke für 
den Hinweis.

Wenn ich einen Typen für 3,3V suche dann ist das doch die UGS Spannung? 
Dann würde ich einen "IRL3103" mit 64A auswählen.

Muss denn dann auch ein Gate-Treiber zwischen den µC und den FET?

von Helge A. (besupreme)


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Bei 16kHz oder nur 3,3V ist ein Treiber sinnvoll. Schau dir die 
Kennlinien im Datenblatt des Transistors an, bei höherer Steuerspannung 
sind die Verluste geringer. Außerdem sind bei 16kHz und Ansteuerung über 
einen uC-Pin die Schaltverluste höher.

Denk noch an eine kleine schnelle Schutzdiode (z.B. SB130), die 
Leitungen zur Lampe haben auch Induktivität.

von Harald W. (wilhelms)


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Frank schrieb:

> Wenn ich einen Typen für 3,3V suche dann ist das doch die UGS Spannung?
> Dann würde ich einen "IRL3103" mit 64A auswählen.

Ich glaube, Du kuckst immer an den falschen Stellen ins Datenbl.att.
Sinnvoll wäre z.B. die Zeile R DS(on). Dort stehen dann auch die
Messbedingungen:"V GS =10V, I D =34A".

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Frank schrieb:

> ich möchte mehrer kleine Reflektorlampen (12V / 36W) mit einem µC
> (STM32) ansteuern. Der Ansteuerpegel beträgt 3,3V. Es soll möglich sein,
> die Lampen per PWM (16kHz) anzusteuern.

"Reflektorlampe (12V / 36W)" klingt nach Halogenglühlampe. Richtig? Die 
sind dermaßen träge, die kannst du auch mit 100Hz noch PWM-dimmen.

> Wenn ich z.B einen IRF7416 nehme, könnte ich mit dem Controller das Gate
> direkt ansteuern (3,3V).

Nein. Es gibt keine bezahlbaren MOSFETs, die bei 3.3V Gate-Source- 
Spannung den Kaltstrom der Glühlampe schaffen. Und ein µC hat 
typischerweise nicht genug Power um das Gate schnell genug umzuladen. 
Schon gar nicht bei 16kHz.

Aber da du anscheinend 12V Gleichspannung hast, kannst du ja ganz 
normale MOSFETs nehmen und denen Gate-Treiber vorschalten. Also sagen 
wir mal (nur als Hausnummer) IRLZ44 MOSFETs und TC427 / MAX427 als 
MOSFET-Treiber.

von Frank (Gast)


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Axel Schwenke schrieb:
> Aber da du anscheinend 12V Gleichspannung hast, kannst du ja ganz
> normale MOSFETs nehmen und denen Gate-Treiber vorschalten. Also sagen
> wir mal (nur als Hausnummer) IRLZ44 MOSFETs und TC427 / MAX427 als
> MOSFET-Treiber.

Die Hausnummern scheinen aber gut zu passen :-)

Was spricht dagegen den IRLZ44 und einen TC427 zu verwenden? Für meine 
Anwendung scheinen die beiden doch absolut geeignet.

Ist eine Schutzdiode wirklich nötig? Ich bin davon ausgegangen, das dies 
nur bei Relais nötig ist. Ausserdem scheint der o.g. FET eine Diode 
bereits intern zu haben.

von chris (Gast)


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Moin moin,

nimm nen P-Ch-Fet z.B. IRF4905 Rdson = 20mOhm und Dauerstrom 52A, Spitze 
sind 74A, und den mit einen NPN als Treiber.

UB-----------------------------------------
                     |                  |
                     |                  |
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                     |                  |
                     R                  S
                     |------------------G P-CH-IRF4905
                     C                  D
  Controller 5V--R---B NPN              |
                     E                  |
                     |                  |
                     |                  |
GND------------------------------------------

von Max H. (hartl192)


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chris schrieb:
> nimm nen P-Ch-Fet
Als Sourcefolger? Besser nicht. Wenn P-Ch, dann sollte man schon 
Highside schalten.

Frank schrieb:
> Ausserdem scheint der o.g. FET eine Diode
> bereits intern zu haben.
Diese Diode hat jeder MOSFET, sie wirkt aber leider nicht als 
Schutzdiode beim Schalten von induktiven lasten.

: Bearbeitet durch User
von Axel S. (a-za-z0-9)


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Frank schrieb:
> Axel Schwenke schrieb:
>> Aber da du anscheinend 12V Gleichspannung hast, kannst du ja ganz
>> normale MOSFETs nehmen und denen Gate-Treiber vorschalten. Also sagen
>> wir mal (nur als Hausnummer) IRLZ44 MOSFETs und TC427 / MAX427 als
>> MOSFET-Treiber.
>
> Die Hausnummern scheinen aber gut zu passen :-)

Ja. Komisch, oder?

> Was spricht dagegen den IRLZ44 und einen TC427 zu verwenden? Für meine
> Anwendung scheinen die beiden doch absolut geeignet.

Da spricht nix dagegen. Außer natürlich du hast bereits andere passende 
Teile in der Schublade. Oder dein Elektronik-Dealer kann andere passende 
Teile billiger liefern.

> Ist eine Schutzdiode wirklich nötig? Ich bin davon ausgegangen, das dies
> nur bei Relais nötig ist.

Für die reine Glühlampe ist die Diode in der Tat nicht nötig. Aber die 
Zuleitung zur Glühlampe hat ja möglicherweise schon genug Induktivität. 
Schaden wird die Freilaufdiode jedenfalls nicht.

von Frank (Gast)


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Axel Schwenke schrieb:
>> Die Hausnummern scheinen aber gut zu passen :-)
>
> Ja. Komisch, oder?

Hast Du mir nett rausgesucht ;-) Danke!
Die Sachen gibts bei Völkner. Dort habe ich eine Versandkostenflatrate 
:-)

Ich werd die Teile so verwenden. Danke für die hilfe.

von senke (Gast)


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Axel Schwenke schrieb:
> Reflektorlampe (12V / 36W)" klingt nach Halogenglühlampe. Richtig? Die
> sind dermaßen träge, die kannst du auch mit 100Hz noch PWM-dimmen.

Mit dieser Aussage wäre ich bei PWM-dimmen vorsichtig!
Ich hab vor Jahren einem Kollegen eine 30W Philips Masterline ES als 
Fahrradlampe dimmbar gemacht. Die hat man im Wahrsten Sinne des Wortes 
"leuchten" gehört!

von Timm R. (Firma: privatfrickler.de) (treinisch)


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Hallo,

Axel Schwenke schrieb:

> Nein. Es gibt keine bezahlbaren MOSFETs, die bei 3.3V Gate-Source-
> Spannung den Kaltstrom der Glühlampe schaffen.

hmm, ist das eine Art Regel? Woraus leitet sich das ab?

Ich habe hier gerade IPB180N03S4L liegen, gut, der wird bestimmt einige 
10 µs brauchen, bis ein µC das Gate aufgeladen hat, aber vom Prinzip her 
hätte ich schon gedacht, dass der bei 3.3 V Ugs die 30 A relativ 
entspannt schaffen müsste?

Woran kann ich denn sehen, dass er das nicht tut?

Vlg
 Timm

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Timm Reinisch schrieb:
> Axel Schwenke schrieb:
>
>> Es gibt keine bezahlbaren MOSFETs, die bei 3.3V Gate-Source-
>> Spannung den Kaltstrom der Glühlampe schaffen.
>
> hmm, ist das eine Art Regel? Woraus leitet sich das ab?

Das ist ein Erfahrungswert. Der wird natürlich früher oder später von 
der technologischen Weiterentwicklung egalisiert werden ...

heute jedoch noch nicht ;)

> Ich habe hier gerade IPB180N03S4L liegen, gut, der wird bestimmt einige
> 10 µs brauchen, bis ein µC das Gate aufgeladen hat, aber vom Prinzip her
> hätte ich schon gedacht, dass der bei 3.3 V Ugs die 30 A relativ
> entspannt schaffen müsste?
>
> Woran kann ich denn sehen, dass er das nicht tut?

Na z.B. daran, daß R_ds_on für V_gs=3.3V gar nicht spezifiziert ist. Den 
typischen(!) Kurven nach könnte es knapp gehen. Für meinen Geschmack 
(und den des Herstellers offensichtlich auch) aber zu knapp. So richtig 
knackig sehen die Kurven erst für V_gs=3.5V aus. Für 3.0V sind sie schon 
eher schlapp. Selbst ein typisches Exemplar ist bei 3.3V grenzwertig.

Für eine Abschätzung, wieviel schlechter ein "schlechtes" [1] Exemplar 
sein kann, reicht ein Blick auf den typischen und maximalen Wert von 
V_gs_th. Das sind 1.5V und 2.2V. Also 0.7V Differenz. Das schlechte 
Exemplar würde sich bei V_gs=3.3V also ca. so verhalten wie ein 
typisches Exemplar bei V_gs=2.6V. Da sind Kurven für 2.5V in manchen 
Diagrammen. Schau selber.

[1] statt von "gut", "schlecht" und "typisch" sollte man vielleicht 
besser von Exemplaren vom unteren resp. oberen Ende des Toleranzbandes 
sprechen. Bzw. aus der Mitte desselben.

: Bearbeitet durch User
von Harald W. (wilhelms)


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Timm Reinisch schrieb:

> Ich habe hier gerade IPB180N03S4L liegen, gut, der wird bestimmt einige
> 10 µs brauchen, bis ein µC das Gate aufgeladen hat, aber vom Prinzip her
> hätte ich schon gedacht, dass der bei 3.3 V Ugs die 30 A relativ
> entspannt schaffen müsste?

Ohne zweiten Durchbruch?

von Bernd K. (bmk)


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Axel Schwenke schrieb:
>>> Es gibt keine bezahlbaren MOSFETs, die bei 3.3V Gate-Source-
>>> Spannung den Kaltstrom der Glühlampe schaffen.
>>
>> hmm, ist das eine Art Regel? Woraus leitet sich das ab?
>
> Das ist ein Erfahrungswert. Der wird natürlich früher oder später von
> der technologischen Weiterentwicklung egalisiert werden ...
>
> heute jedoch noch nicht ;)

Vielleicht doch?
http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?genericPartNumber=csd17312q5&fileType=pdf

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Bernd K. schrieb:
>> Das ist ein Erfahrungswert. Der wird natürlich früher oder später von
>> der technologischen Weiterentwicklung egalisiert werden ...
>>
>> heute jedoch noch nicht ;)
>
> Vielleicht doch?

[CSD17312]

Wow. Das ging aber schnell ;)

Ja, die Specs von dem Teilchen sind beeindruckend. Vor allem auch die 
geringe Gate-Ladung.

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