Hallo zusammen,
ich würde gerne mit einem N Channel Mosfet einen LED Streifen ansteuern,
allerdings ist es mir wichtig das ich eine galvanische trennung des
steuersignals zur last habe. deshalb hatte ich die überlegung angestellt
das gate des mosfets mit einem optokoppler zu schalten. Da ich auch PWM
Dimmung nutzen wollte habe ich mich für einen mit herausgeführter basis
entschieden.
Soweit alles gut..
jedoch habe ich zwei fragen zur beschaltung. Die erste wäre ob es sich
empfiehlt das Gate vom Mosfet über einen zusätzlichen transistor
anzusteuern (Variante 2), dessen basis vom Optokoppler angesteuert wird
oder ob es auch direkt möglich ist. wenn ich das richtig sehe habe ich
ja bei der Variante 2 eine darlignton schaltung, was aber bei 12V
bezüglich der 1 Volt spannung die abfällt keine probleme machen sollte.
Welche Variante ist eher zu empfehlen?
Die zweite frage wäre bezüglich des gate Widerstandes. Ist der in meinem
fall nötig? prinzipiell ja da sonst beim einschalten kurz hohe ströme
fließen die die gate kapazität aufladen oder irre ich da? wie groß
sollte ich den gate widerstand deimensionieren? sind 10 Ohm in ordnung?
wäre für paar tipps und anregungen dankbar :)
Das gate wird über 100k nur recht langsam entladen, wärenddessen ist der
FET im Linearbetrieb und muss ne Menge Leistung verbraten. Bei einem nF
Gatekapazität macht das schon 100us Zeitkonstante, bei schneller PWM
kommt der über haupt nicht mehr richtig zum Sperren.
Schau dir mal eine "totem-pole" Schaltung aus PNP / NPN an. Damit gehts
besser.
Malte S. schrieb:> wäre für paar tipps und anregungen dankbar :)
Deine Low-Ansteuerung des FET über 100kΩ ist für PWM viel zu hochohmig.
Ob der Optokoppler eine vernünftige High-Ansteuerung hinbekommt, hängt
auch vom Typ ab.
Malte S. schrieb:> Welche Variante ist eher zu empfehlen?
Keine.
100k um das MOSFET-Gate wieder zu entladen ist SEHR hochohmig.
Eher 1k wenn die PWM Frequenz im hörbaren Bereich liegt.
Das sind bei 12V aber 12mA, die der Optokoppler schalten muss, und dazu
brauchen die guten Optokoppler wie CNY17-3 mit 100% mindestens 12mA
durch die LED.
Also:
1
+---+--- +12V
2
| |
3
|< LED
4
|E |
5
+--|I
6
| |S
7
1k |
8
| |
9
+---+--- GND
Nein, man braucht keinen extra Gate-Widerstand.
Wenn man weniger als 12mA durch die Sende-LED schicken will, nimmt man
keinen Darlington-Optokoppler, weil der noch langsamer ist, und wenn man
mehrere Kilohertz PWM Frequenz haben will, baut man es auch anders.
Malte S. schrieb:> Der Optokoppler ist ein 4N26
Scheiss Salamischeiben.
Tonne auf, Koppler rein, Tonne zu, der Schrott hat gerade mal 20% CTR,
braucht also um 12mA schalten zu können glatt 60mA LED-Strom, warum
kaufen Leute erst Schrott und fragen dann ?
Die Auswahl der Bauteile ist zwar nicht optimal, aber es geht damit
schon, wenn die PWM-Frequenz nicht zu hoch ist!
Lass den Gate-Widerstand und den Pull-Down an der Basis des Optokopplers
weg und nimm 4k7 statt 100k Pull-Down am Gate. Ansteuerstrom ca. 20mA.
Im Anhang eine Simulation mit 1kHz PWM. Die mittlere Verlustleistung am
Transistor (hatte gerade kden Originaltyp nicht zur Hand...) beträgt
hier ca. 200 mW.
Optkoppler sind allerdings auch recht träge, vor allem wenn sie nur mit
geringen Strömen belastet werden. Die abgeflachten Flanken der
Umschaltvorgänge werden den Transistor thermisch belasten.
Statt Transistoren, schalte lieber einen Schmitt-Trigger (CD4584)
zwischen Optokoppler und Mosfet. Dann hast du gute Flanken.
Man kann es treiben, und man kann es auch übertreiben. Man muss sich
halt immer die Frage nach dem Kosten-Nutzen-Verhältnis stellen. D.h.
hier, was kosten die zusätzlichen Bauteile und wieviel Nutzen hat man
durch ein paar -zig gesparte Milliwatt?
Die Treiber-Transistoren kosten einige Cent, die Kilowattstunde kostet
ca. 25 Cent. Wenn man durch Bauteile für 25 Cent z.B. 50 mW Leistung
einspart, braucht es 20000 Betriebsstunden, bis sich die Kosten
rechnen...
Billiger ist es ggf., die Verlustleistung über eine niedrigere
PWM-Frequenz zu reduzieren. 500 Hz sind vermutlich immer noch
ausreichend, halbieren aber die Verluste durch Schaltvorgänge.
Geschickter wäre es auch, einen FET mit niedrigerem Rdson zu nehmen. Die
Verluste bei statisch eingeschaltetem FET sind nämlich schon höher, als
die Schaltverluste.
Natürlich kann man auch super-steilflankige und starke Treiber für 'ne
simple LED-Beleuchtung mit 100 kHz PWM nehmen nehmen und sich jede Menge
EMV-Probleme einhandeln!
Malte S. schrieb:> Könnt ich auch den CNY17-4 nehmen?
Ja! Damit kannst Du den Steuerstrom verringern oder den Gate-Pulldown
kleiner machen, um schneller zu schalten (oder auch beides). Der CNY ist
auch in der LTSpice Bibliothek, ich würde Dir empfehlen, es selbst damit
durchzuspielen...
So müsste das soweit in ordnung sein oder? (im Anhang).
Eine sache ist mir da grade noch ins auge gefallen, wahrscheinlich meint
''stefan us'' das gleiche. Wenn ich keine sauberen flanken habe habe ich
doch beim H-L Übergang einen Kurzschluss weil beide Tranistoren
teilweise durchschalten oder? Wie ist das mit dem Pull Down Widerstand
am Mosfet? der kann weggelassen werden da der PNP bei einem
nichtvorhandenem eingangssignal das gate auf masse zieht richtig?
Mir war grade als ,,Stefan Us'' den schmitt trigger genannt hatte noch
eongefallen das man ja prinzipiell auch einen impedanzwandler mit nem
OPV nutzen könnte, bzw ne verstärkerschaltung mit nem OPV anstelle der 2
komplimentären transistoren
ach der gate widerstand gehört da nicht hin ^^
Wenn du sowieso bereit bist, neue OK zu bestellen, nimm doch gleich
richtige Gatedriver Optokoppler. Du steuern so einen MOSFet zügig und
schnell an und das ganze ist eine 3-Bauteillösung (OK, Gatewiderstand,
MOSFet).
HCPL3120 wird bei 12V der richtige sein. Und er macht locker 50-100kHz.
Malte S. schrieb:> Könnt ich auch den CNY17-4 nehmen?
Ja, er ist noch besser als gefordert.
Malte S. schrieb:> Wenn ich keine sauberen flanken habe habe ich> doch beim H-L Übergang einen Kurzschluss weil beide Tranistoren> teilweise durchschalten oder
Nein, die Schaltung ist so ausgelegt, daß kein Kurzschluss stattfinden
kann und kein 10k pull down vor dem MOSFET nötig ist.
Stefan Us schrieb:> Optkoppler sind allerdings auch recht träge
Stimmt, wenn ich da an mein letzte Isolationsstufe mit einem ACSL-6400
denke. Der konnte auch nur 15MBd ;-)
Malte S. schrieb:> Wenn ich keine sauberen flanken habe habe ich> doch beim H-L Übergang einen Kurzschluss weil beide Tranistoren> teilweise durchschalten oder?
Nein, einen Kurzschluss kann es bei dieser Schaltung nicht geben.
> Wie ist das mit dem Pull Down Widerstand> am Mosfet? der kann weggelassen werden da der PNP bei einem> nichtvorhandenem eingangssignal das gate auf masse zieht richtig?
Richtig, würde ich auch so sehen.
Mit den Treiber-Transistoren würde ich aber wieder einen
Gate-Serienwiderstand zur Strombegrenzung einbauen (z.B. 100 Ohm), da
die Einschalt-Flanke recht steil werden kann.
>> Mir war grade als ,,Stefan Us'' den schmitt trigger genannt hatte noch> eongefallen das man ja prinzipiell auch einen impedanzwandler mit nem> OPV nutzen könnte, bzw ne verstärkerschaltung mit nem OPV anstelle der 2> komplimentären transistoren
s.o.: "man kann es treiben..." (im doppelten Sinne)
Matthias Sch. schrieb:> Wenn du sowieso bereit bist, neue OK zu bestellen, nimm doch gleich> richtige Gatedriver Optokoppler. Du steuern so einen MOSFet zügig und> schnell an und das ganze ist eine 3-Bauteillösung (OK, Gatewiderstand,> MOSFet).> HCPL3120 wird bei 12V der richtige sein. Und er macht locker 50-100kHz.
naja den kriege ich bei reichelt nicht, jedenfalls habe ich ihn dort
nicht gefunden. Aber so etwas in der Art war auch meine nächste idee
gewesen, das ich einen fet nehme dessen gate durch den Optokoppler
angesteuert wird (bs170 oder so) und der dann halt den Power MOSFET
Ansteuert...
Malte S. schrieb:> naja den kriege ich bei reichelt nicht, jedenfalls habe ich ihn dort> nicht gefunden.
Aber potibrutzler hat den TLP250 genannt, scheint ein echtes Schnäppchen
zu sein und hat einen idealen Spannungsbereich. Werde ich mir auch mal
welche bestellen.
Potibrutzler schrieb:> Hi,> nimm einen TLP250, Optpkoppler mit Fet-Treiber, 1 € bei Reichelt.>> Grüße
An den könnte ich dann direkt das gate von dem MOSFET hängen oder?
Eine andere mal allgemeine frage zu dem basisanschluss von Optokopplern.
Der ist ja eig dazu da die Flankensteilheit zu verbessern damit der
Fototransistor schneller sperrt. meine frage wäre nun: gibt es
optokoppler (oder kann man das auch machen) welche dafür gedacht sind
das die basis an Vcc kommt? das wäre dann wie ein normaler transistor in
dessen basis noch ein fotowiderstand geschaltet ist.
Matthias Sch. schrieb:> Malte S. schrieb:>> naja den kriege ich bei reichelt nicht, jedenfalls habe ich ihn dort>> nicht gefunden.>> Aber potibrutzler hat den TLP250 genannt, scheint ein echtes Schnäppchen> zu sein und hat einen idealen Spannungsbereich. Werde ich mir auch mal> welche bestellen.
okay danke :) da steht ja etwas von 2,5A drüber... kann man mir dem
geringere Lasten ZB von 500mA auch direkt schalten?
Malte S. schrieb:> kann man mir dem> geringere Lasten ZB von 500mA auch direkt schalten?
ein paar µs lang ja, aber danach wird es ihm zu viel. Bei der 1,5A
Angabe im Datenblatt steht gleich daneben, dass sie für eine Pulswidth
<= 2,5µs gilt.
Das Teil ist dazu gedacht, ein Gate als Last umzuschalten (also einen
kurzen, hohen Strompuls zu liefern). Einen ernsthaften Dauerstrom kann
es nicht liefern.
Thomas Elger schrieb:> Die Treiber-Transistoren kosten einige Cent, die Kilowattstunde kostet> ca. 25 Cent. Wenn man durch Bauteile für 25 Cent z.B. 50 mW Leistung> einspart, braucht es 20000 Betriebsstunden, bis sich die Kosten> rechnen...
Da gehts nicht ums Sparen. Wenn der Mosfet z.B. nur so weit geöffnet
ist, dass er 6V USD hat, verbrät er in dieser Schaltung etwa 6W. Ohne
Kühlung wird er in Sekunden zerstört.
Hier ist auf jeden Fall eine kippende Schaltung (Schmitt-Trigger)
notwendig, um das für den Mosfet notwendige schnelle Umschalten
sicherzustellen.
Entweder diskret aufgebaut oder in der Form dass die 6 Schmitt-Trigger
eines CMOS-IC parallel geschaltet sind oder durch Optokoppler mit
Treiber.
Malte S. schrieb:> Eine andere mal allgemeine frage zu dem basisanschluss von Optokopplern.
Antwort: Man kann andre Schaltschwelle, andre Geschwindigkeit,
Kippverhalten durch zusätzliche Beschaltung erreichen.
Z.B. den Fototransistor bereits Teil des Schmitt-Triggers werden lassen,
wenn die Basis zugänglich ist.
Peter R. schrieb:> Da gehts nicht ums Sparen. Wenn der Mosfet z.B. nur so weit geöffnet> ist, dass er 6V USD hat, verbrät er in dieser Schaltung etwa 6W. Ohne> Kühlung wird er in Sekunden zerstört.
Ich gehe davon aus, daß die Optokoppler-LED im PWM-Betrieb sauber mit
ordentlichem Strom in Rechteckform im Bereich <= 1kHz angesteuert wird.
Da wird bei direkter Ansteuerung des Gates selbst mit dem schwachen 4N26
nix zerstört! (Schaltung wie oben in der Sim)
Davon abgesehen: 6W über dem Transistor sind mit einem (weissen) 12V/2A
LED-Streifen nie möglich, egal, welche Spannung am Gate anliegt.
Realistisch sind weniger als 2W, die überhaupt am Transistor verbraten
werden können.
Also ich habe noch mal ein bisschen rumüberlegt und habe jetzt 2
varianten näher eingegrenzt. eine variante mit nem schmitt trigger und
die variante von oben. Das müsste soweit stimmen oder?
der grund ist einfach das ich einen niedrigen pull down widerstand
vermeiden möchte da ja über den auch ströme fließen. Desweiteren haben
die varianten beide den vorteil das keine größeren ströme über den
optokoppler fließen, ich also auch für die LED im Optokoppler wenig
Leistung aufwenden muss. Die 47K bei der variante mit dem schmitt
trigger sind nicht zu hoch dimensioniert oder? die sollen ja den eingang
ledeglich bei keinem signal auf high halten sodass der inv. schmitt
trigger das gate vom Mosfet sicher auf low hält. Eine andere frage wäre
da ob ein 100K Pulldown Widerstand direkt am gate (zur sicherheit, falls
der Schmitt trigger aus irgendeinem grund ein hochohmiges signal
ausgibt) die schaltungaseigenschaften verschlechtern würde. eigentlich
ja nicht oder?
Eine andere frage - ich würde als schmitt trigger gerne den 4584 nehmen
(den stefan us vorgeschlagen hatte). im datenblatt sind 10mA als
ausgangsstrom angegeben. Das aufladen der gatekapazität müsste der
aushalten oder?
schlicht einfach der preis. 8 euro finde ich für so etwas schon echt
heftig und bei reichelt habe ich so etwas nicht finden können. Und
Conrad ist definitiv zu teuer.
Dazu kommt das die geschichte nicht nur ein mal ausgeführt werden soll
sondern ungefähr 15 fach aufgebaut werden soll. Insebsondere bei RBG LED
Streifen bräuchte ich da 3 stück, das wären pro streifen 24 euro.
Malte S. schrieb:> schlicht einfach der preis. 8 euro finde ich für so etwas schon echt> heftig
dann rechne noch mal nach,
MOSFET, Optkoppler, Zusatzbeschaltung, + ewige Suche mit Versuchsaufbau
und jedesmal Porto für Bestellung.
Malte S. schrieb:> und habe jetzt 2 varianten näher eingegrenzt.
Beide gehen.
> Die 47K bei der variante mit dem schmitt> trigger sind nicht zu hoch dimensioniert oder?
Wir wissen nicht, wie schnell deine PWM ist, langsamer wird's damit
schon.
> Eine andere frage - ich würde als schmitt trigger gerne den 4584 nehmen> (den stefan us vorgeschlagen hatte). im datenblatt sind 10mA als> ausgangsstrom angegeben. Das aufladen der gatekapazität müsste der> aushalten oder?
Er geht nicht kaputt, liefert aber auch kaum mehr als diese 10mA, was
bei tonfrequenz-PWM ausreicht.
Malte S. schrieb:> ich habe grade noch andere Optokoppler
Das sind sehr langsame Darlingtons.
Malte S. schrieb:> schlicht einfach der preis.
am Ende der Schlacht werden die Toten gezählt.....
würde mich mal interessieren wenns fertig ist ob du echt günstiger
warst.
Joachim B. schrieb:> Malte S. schrieb:>> schlicht einfach der preis. 8 euro finde ich für so etwas schon echt>> heftig>> dann rechne noch mal nach,>> MOSFET, Optkoppler, Zusatzbeschaltung, + ewige Suche mit Versuchsaufbau> und jedesmal Porto für Bestellung.
- MOSFETs: 0,40 (bereits vorhanden)
- Optokoppler zB: CNY17: 0,28
- MOS4584 (inv. 6-Fach Schmitt trigger): 0,39 (bereits vorhanden)
- Widerstand 47K: 0,033 (bereits vorhanden)
- Widerstand 100K: 0,033 (bereits vorhanden)
Kosten pro Einheit:
0,4+0,28+(0,39:6)+0,033+0,033= 0,81 Euro pro Einheit
Das ist fast ein faktor von 10, also von daher. Bei reichelt bestelle
ich eh gebündelt regelmäßig, da sollten die versanfkosten keine rolle
spielen.
Abgesehen davon ist alles andere außer der Oprokoppler da und zum testen
eignet sich sicherlich auch ein 4N25/4N26/LTV827
Malte S. schrieb:> Kosten pro Einheit:> 0,4+0,28+(0,39:6)+0,033+0,033= 0,81 Euro pro Einheit
hast du nicht was vergessen?
bis jetzt suchst du noch und nix läuft!
MaWin schrieb:> Malte S. schrieb:>> und habe jetzt 2 varianten näher eingegrenzt.>> Beide gehen.
Okay gut dankeschön :) dann werde ich wahrscheinlich die Variante mit
dem Schmitt Trigger nehmen, da ich das ganze eh in der regel 5 mal auf
eine platine baue.
>> Die 47K bei der variante mit dem schmitt>> trigger sind nicht zu hoch dimensioniert oder?>> Wir wissen nicht, wie schnell deine PWM ist, langsamer wird's damit> schon.
Das weiß ich selber noch nicht, ich hatte an einen bereich um die 1KHz
gedacht. Andernfalls wird halt die PWM Frequenz einfach angepasst.
>> Eine andere frage - ich würde als schmitt trigger gerne den 4584 nehmen>> (den stefan us vorgeschlagen hatte). im datenblatt sind 10mA als>> ausgangsstrom angegeben. Das aufladen der gatekapazität müsste der>> aushalten oder?>> Er geht nicht kaputt, liefert aber auch kaum mehr als diese 10mA, was> bei tonfrequenz-PWM ausreicht.
Okay gut danke :) andernfalls hätte ich mit aus nem OPV einen aufgebaut.
> Malte S. schrieb:>> ich habe grade noch andere Optokoppler> Das sind sehr langsame Darlingtons.
okay war irwie klar das da irgend etwas faul ist :D
dankeschön auf jeden fall für die hilfe, das gilt auch an die anderen.
Joachim B. schrieb:> Malte S. schrieb:>> Kosten pro Einheit:>> 0,4+0,28+(0,39:6)+0,033+0,033= 0,81 Euro pro Einheit>> hast du nicht was vergessen?>> bis jetzt suchst du noch und nix läuft!
Teile sind (fast) alle da - steckboard auch. Wenn die geschichte mit
einem 4N25 funktioniert dann mit einem besseren Optokoppler garantiert
auch
Ich frage mich grade auch was das grade bringen soll, bzw wieso ich
unbedingt die schweineteuren optischen treiber bei conrad kaufen soll
Tom schrieb:> Dann bestell ihn dir bei DigiKey - bei 15 Stk. sogar portofrei.> http://www.digikey.de/product-detail/de/AQV112KL/AQV112KL-ND/2709458
falscher Link? -> AQV112KL
Belastungsstrom 500mA
Digi-Key Teilenummer 255-1791-5-ND
Hersteller
Panasonic Electric Works
Hersteller-Teilenummer
AQV252G
Beschreibung RELAY OPTO 60VAC/DC 2500MA 6-DIP
Bleifreier Status RoHS Status Bleifrei RoHS-konform
HAUS_Flurlichttreiber.png
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