Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik MOSFET zum Schalten von 3A Verbraucher


von Sven H. (jacklondon)


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Hallo zusammen,

ich möchte gern eine 5V Modellbaupumpe mit ca. 3A schalten.

Da ich keine 3A an meinen AT Mega328-PIN hängen möchte, will ich die 
Pumpe(der aktuelle Plan) mit einem MOSFET einschalten. Irgendwo hier im 
Forum habe ich gelesen das der Verbraucher eine größere Spannung nutzen 
muss damit das P oder N (?) MOSFET richtig schalten kann. Leider habe 
ich den Beitrag

1. nicht verstanden
2. finde ich den nicht wieder und
3. weiß ich jetzt nicht ob ich ein P oder N MOSSFET nehmen muss...

Kann mir jemand einen Tipp geben oder besser noch mir das erklären?

Aktuell habe ich mir dieses Bauteil ausgesucht:
IRF 540N :: Leistungs-MOSFET N-Ch TO-220AB

Vielen Dank und Viele Grüße
Sven

von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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Sven H. schrieb:
> 1. nicht verstanden

Ich auch nicht: Eine größere Spannung als was?

> 2. finde ich den nicht wieder

Egal: Eh sinnlos.

Sven H. schrieb:
> IRF540N

Diesen N MOSFET kannst Du nehmen. Mache antiparallel zur Modellbaupumpe 
noch eine Freilaufdiode, da die Pumpr eine induktive Last ist.

Sven H. schrieb:
> oder besser noch mir das erklären?

Hast Du zum Artikel FET eine Frage?
https://www.mikrocontroller.net/articles/FET

: Bearbeitet durch User
von MaWin (Gast)


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Du brauchst die Schaltung rechts
https://www.mikrocontroller.net/articles/Datei:Relais_npn.png
mit Pumpe statt Relais,
und IRLML6244 als MOSFET.

von MaWin (Gast)


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Torsten C. schrieb:
>> IRF540N
>
> Diesen N MOSFET kannst Du nehmen.

Um ihn von einem ATmega328 aus anzusteuern ?
Gibt es einen Grund in diesem Forum zu trollen
und Fragende in die Irre zu leiten ?

von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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MaWin schrieb:
> und IRLML6244 als MOSFET

Warum geht Deiner Meinung nach der IRF540N nicht?

von Sven H. (jacklondon)


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Hallo Torsten,

danke für die Antwort.

zu 1. ich meinte das der Verbraucher eine größere Spannung als die 5V am 
Gate haben muss.

zu 2. Stimmt :-)

zu 3. Werd ich lesen...

Gruß
Sven

von Felix P. (fixxl)


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Torsten C. schrieb:
> MaWin schrieb:
>> und IRLML6244 als MOSFET
>
> Warum geht Deiner Meinung nach der IRF540N nicht?

Weil dessen On-Widerstand für eine Gate-Source-Spannung von 10 V 
spezifiziert ist und das kein ATmega direkt von einem Portpin aus 
liefern kann.

: Bearbeitet durch User
von MaWin (Gast)


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Torsten C. schrieb:
> Warum geht Deiner Meinung nach der IRF540N nicht?

5V reichen nicht um ihn durchzuschalten.

Im Datenblatt steht nicht ohne Grund RDS(on) @ UGS=10V.

Man braucht schon einen LogicLevel Typen.

von Sven H. (jacklondon)


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ich danke euch für die Infos

von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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Sven H. schrieb:
> Aktuell habe ich mir dieses Bauteil ausgesucht

Nur ausgesucht oder in der Bastelkiste vorrätig? Falls Du noch bestellen 
musst, nimm einen Logic-Level Typen, wie MaWin sagt. Es gibt auch welche 
mit Through-Hole, falls Du kein SMD willst,
siehe ➩ MOSFET-Übersicht.

MaWin schrieb:
> Im Datenblatt steht nicht ohne Grund RDS(on) @ UGS=10V.

OK, der IRF540N wird etwas wärmer als der IRLML6244. Ich würde auch den 
IRLML6244 nehmen. Aber gehen müsste es. Das Datenblatt schweigt sich 
über eine R_DS(on)-Kennlinie aus. Da ist nur die "Fig 3. Typical 
Transfer Characteristics". Demnach geht der IRF540N.

Kannst Du aus dem Datenblatt die "Power-Dissipation" bei 3A und 4V U_GS 
ermitteln? Das ist mir nicht gelungen. Aber falls der TO eh bestellen 
muss, ist es nun auch egal.

MaWin schrieb:
> Gibt es einen Grund in diesem Forum zu trollen
> und Fragende in die Irre zu leiten ?

Ich kenne keinen. Warum fragst Du?

: Bearbeitet durch User
von Peter D. (peda)


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Sven H. schrieb:
> IRF 540N :: Leistungs-MOSFET N-Ch TO-220AB

VGS(th) = 2..4V könnte knapp gehen.
Ein Logik-FET ist besser geeignet, VGS(th) = 1..2V.

von Ulrich F. (Gast)


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Peter D. schrieb:
> VGS(th) = 2..4V könnte knapp gehen.
Ja, wenn man zufällig einen mit 2V Vgs erwischt.

von Dennis X. (Gast)


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Peter D. schrieb:
> Sven H. schrieb:
>> IRF 540N :: Leistungs-MOSFET N-Ch TO-220AB
>
> VGS(th) = 2..4V könnte knapp gehen.
> Ein Logik-FET ist besser geeignet, VGS(th) = 1..2V.

Für solche direkte Anwendungen mit bereits vorhandenen Logikleveln nimmt 
man immer einen IRLxxx oder vergleichbare Mosfets. Um den On Widerstand 
zu minimieren dann noch einen N-Kanal. Dann ist man auf der sicheren 
Seite. Die Logiklevel Mosfets sind natürlich bei Ugs Spannungen größer 
5V auch noch besser, aber sie sind durchaus akzeptabel um damit im 
Logiklevel Bereich zu arbeiten. Die meisten Mosfets benötigen eben Pegel 
bis zu +-15V (ganz grob, kommt ganz auf den Typ an) und damit benötigt 
man immer eine Push-Pull Treiberstüfe, welche man mit einem µC ansteuern 
kann.
IRLZ34N liest man noch ganz oft hier im Forum.

von MaWin (Gast)


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Torsten C. schrieb:
> Da ist nur die "Fig 3. Typical
> Transfer Characteristics". Demnach geht der IRF540N.

Nein, natürlich nicht, jede Woche derselbe Mist.

UGS(th) ist NICHT die Spannung ab der er leitet, sondern unter der er 
zuverlässig sperrt.

Die "typical" Diagramme beziehen sich nicht auf DEINEN MOSFET, sondern 
auf irgendeinen den du nicht hast.

Wenn wie beim IRF540 die UGS(th) von 2V bis 4V reicht, dann wird das 
"typische" Modell 2.88V haben (sqrt(2)).

Wenn dein zufällig von Reichelt geliefertes Teil real aber 2V UGS(th) 
hat, dann funktioniert er zufällig.

Geht er kaputt und der nächste von Reichelt gelieferte MOSFET hat 4V 
UGS(th), dann benötigt er für die "typische" Kurve eben die 1.414-fache 
Gate-Spannung. Die Linie für 4.5V wird dann zu der Linie für 6.36V. So 
viel liefert ein 5V uC aber nicht.

bei 4V fliessen gerade mal 250uA, bei 5V werden noch nicht 3A fliessen 
können, sondern vielleicht (Diagramm fehlt) 30mA. Damit funktioniert es 
nicht.

Ein und dieselbe Schaltung geht also mit einem Transistor und geht mit 
dem nächsten mit dersleben Typennummer nicht mehr.

So was ist Murks.

So baut man keine Schaltungen auf.

So was empfiehlt man keinem Bastler !

So was ist trollend in die Irre leiten.

Jede Woche kommt hier aber so ein Depp der die Fragenden mit seinem 
Unfug den er selbst nicht verstanden hat in die Irre leitet.

von Sven H. (jacklondon)


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Ich find echt nett, dass man hier so viel Antworten bekommt, zumal oft 
ähnlich Fragen gestellt werden.

Da ich noch kein SMD gelötet habe, liegt nun der IRLIZ44N im Warenkorb 
und könnte das noch auf den IRLIZ34N ändern. Wenn ich das hier jetzt 
richtig verstanden habe, wäre dies aber nicht nötig, oder?

Meine Schaltung für die Pumpe sieht nun so aus wie im Anhang


An den Pinheader wird die Pumpe angesteckt und SCHIFT_PUMP_0 geht halt 
zum AtMega.

von Dennis X. (Gast)


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Für deine Anwendungsfälle absolut egal, such dir den günstigeren raus ;)

von OhNo (Gast)


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Sven H. schrieb:
> Ich find echt nett, dass man hier so viel Antworten bekommt, zumal oft
> ähnlich Fragen gestellt werden.

Ich finde es echt Scheiße, daß hier immer wieder die gleichen Fragen 
gestellt werden, die Leute entweder zu dumm oder zu faul sind die Suche 
zu benutzen.
Leider gibt auch immer wieder Leute, die die ständigen Wiederholungen 
auch noch beantworten.
Manchmal denke ich uC.net ist ein Ableger oder eine Aussenstelle von 
Google.

von Christoph Brennig (Gast)


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Falls du noch nicht bestellt hast: Ich habe schon mehrfach den IRLU024N 
mit Erfolg im Einsatz. Ist ein Logic-Level-MOSFET (VGS = 1...2V), 
günstig (etwa ein halber €) und kann auch bissel Strom (wenn vernünftig 
angesteuert). Gibts bei den gängigen Distributoren...

von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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Sven H. schrieb:
> Meine Schaltung für die Pumpe sieht nun so aus wie im Anhang

Die 1n4148 hat einen "Repetitive peak forward current: max. 450mA".

Da der 3A-strom durch eine Induktivität erstmal "weiter fließen will", 
bevor er sich abbaut, bekommt die Diode kurzzeitig auch 3A ab.

Nimm wenigstens eine 1N4001 oder such Dir selbst eine aus und achte 
auf den Strom.

MaWin schrieb:
> … (Diagramm fehlt) 30mA. Damit funktioniert es nicht.

Aha, war für mich nicht erkennbar, das Diagramm fehlt. Aber dafür sind 
Foren ja da: Man kann von den Erfahrungen anderer profitieren und lernt 
dazu. Es ist oft nur schwer zu unterscheiden, was "dumme Sprüche", 
"heiße Luft" oder "brauchbare Erfahrungen" sind.

MaWin schrieb:
> So was ist trollend in die Irre leiten.

Im Sinne der Definition aus Wikipedia ist ein Funken Wahrheit dran:
> … erfolgt mit der Motivation, eine Reaktion der anderen Teilnehmer zu
> erreichen …

In diesem Fall war es Deine Reaktion: Es hätte ja auch sein können, dass 
bei 4.8V noch 3A fließen. Nun sind wir alle ein Stück schlauer. Ich 
dachte zunächst, dass der TO den IRF540N schon vor der Nase liegen hat. 
Das hatte ich falsch verstanden.

Auch wenn es mir bei Deiner Ausdrucksweise schwer fällt, mich bei Dir zu 
bedanken: Danke für Deine Hinweise.

: Bearbeitet durch User
von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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PS:
Und dann kommt noch dazu, dass die "Fig 3. Typical Transfer 
Characteristics" für 50V U_DS gilt, und nicht für 5V.

Klar: die Paralellverschiebung (blau) ist natürlich nicht exakt das 
echte Verhalten für ein Exemplar mit U_GS(th) = 4V. Sie soll zum 
Verständnis helfen und U_GS(th) = 4V haben vermutlich eh nur ein 
Promille der IRF540N.

PPS: U_GS(th) sinkt mit steigender Temperatur, das passt auch zum 
Diagramm. Ein Stück weit "regelt" sich das Problem also aus.

Ist aber alles nur Theorie, um die Zusammenhänge besser zu verstehen, 
bevor jemand denkt, es geht hier ums "Recht haben wollen".

: Bearbeitet durch User
von Harald W. (wilhelms)


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Peter D. schrieb:

>> IRF 540N :: Leistungs-MOSFET N-Ch TO-220AB
>
> VGS(th) = 2..4V könnte knapp gehen.
> Ein Logik-FET ist besser geeignet, VGS(th) = 1..2V.

VGS(th) ist nicht der Wert, nach dem man suchen soll.
Man sieht besser in die Zeile, in der der R ds(on)
steht. Da steht dann normalerweise auch die Spannung
Ugs für den dieser Rds(on) wert gilt.

von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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@Harald Wilhelms: Du bringst es nochmal auf den Punkt, nur nicht so
plump wie MaWin schrieb:
> Im Datenblatt steht nicht ohne Grund RDS(on) @ UGS=10V.

Da kann sich MaWin 'ne Scheibe von abschneiden.

von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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U_GS(th) ist ja die Spannung unter der der MOSFET zuverlässig sperrt.

Hat jemand eine Idee, wozu die obere Toleranz-Angabe für U_GS(th) im 
Datenblatt gut ist? Eigentlich interessiert doch nur die untere, oder?

von m.n. (Gast)


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Harald W. schrieb:
> VGS(th) ist nicht der Wert, nach dem man suchen soll.
> Man sieht besser in die Zeile, in der der R ds(on)
> steht.

Dazu muß man aber auch zwischen den Zeilen lesen wollen/können.
Nimmt man das Datenblatt von IRF, Figure 1, sieht man bei Vgs = 5 V den 
Schnittpunkt Vds = 1 V @ 20 A. Auch ohne Taschenrechner kommt man damit 
auf RDSon von 50 mOhm als typ. Wert. Bei 3 A gibt es somit kein Problem, 
selbst wenn RDSon durch Streuungen etwas höher ausfallen sollte.

@Sven H.
Mit den N-Kanal MOSFETs kannst Du arbeiten, wenn Deine Pumpe nicht 
zwingend mit GND (Masse) verbunden sein muß. Fall Du die 
+Versorgungsspannung schalten mußt(willst), brauchst Du einen P-Kanal 
MOSFET; eine gute Alternative wäre auch ein BTS462, der Schutzfunktionen 
für Überlast und Übertemperatur eingebaut hat, und dennoch recht günstig 
ist. 
http://www.reichelt.de/BTS-462/3/index.html?&ACTION=3&LA=446&ARTICLE=115934&artnr=BTS+462&SEARCH=bts462

von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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m.n. schrieb:
> Dazu muß man aber auch zwischen den Zeilen lesen wollen/können.

Das ist bei fast allen Datenblättern so. Dieser Thread hilft gerade, 
dass Mitleser ihre Fähigkeiten beim "Datenblätter lesen" verbessern.

> Nimmt man das Datenblatt von IRF, Figure 1

Auch hier:
Das sind die "Typical Output Characteristics" für U_GS(th) = 2,88V
              ¯¯¯¯¯¯¯
… also grün in IRF540N_a.png.

Weil der part-Link nicht richtig geht:
https://www.mikrocontroller.net/part/IRF540N

Was man an Fig. 1 aber gut sieht: Die "Transfer Characteristics" sind 
bei geringen GS-Spannungen bis hinunter zu 1V ziemlich unabhängig von 
U_DS.

Es fragt sich noch, wie der Verlauf in Fig. 3 für ein Einzel-Exemplar 
mit U_GS(th) = 4V aussieht. Irgendwo im blauen Bereich, würde ich sagen.

Für "Typical" stimmen die Punkte in beiden Diagrammen überein: Grüne 
Kringel bei U_DS = 50v (gelb).

Rot ist 3 Ampere. Es könnte also sein, dass 'worst-case' 5,3V für 3A 
nötig sind.

Ich befürchte, mit dem Datenblatt allein kommt man nicht weiter.

Oder weiss noch jemand was?

: Bearbeitet durch User
von MaWin (Gast)


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m.n. schrieb:
> Nimmt man das Datenblatt von IRF, Figure 1, sieht man bei Vgs = 5 V den
> Schnittpunkt Vds = 1 V @ 20 A.

Kaum beginnt der Erste hier im Thread zu verstehen, Torsten C,
kommt garantiert der Zweite, der nichts verstanden hat und bisher nichts 
gelesen hat, und der ganze Scheiss geht noch mal von vorne los, genau 
wie im Drehgeber-Thread wo Troll m.n. auch bis heute völlig merkbefreit 
rumtrollt.

Auch für m.n.: Figure 1 ist TYPICAL, die reale für die Kurve benötige 
UGS kann 1.414 mal so gross oder 0.707 mal so gross sein.

von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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Ist das so?

Falls ja, kann man sich den Verlauf bei 25°C herleiten, also im 
'worst-case' und bevor der MOSFET warm wurde, so wie in der blauen 
Linie.

: Bearbeitet durch User
von m.n. (Gast)


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Torsten C. schrieb:
> Ich befürchte, mit dem Datenblatt allein kommt man nicht weiter.

Warum nicht? Für Einzelstücke sind die typischen Werte problemlos 
brauchbar. Dem Chiphersteller braucht man sein Datenblatt nicht neu zu 
schreiben.
Ferner gibt es so viel schöne MOSFETs, daß man sich seinen Typen nach 
Belieben aussuchen kann. Und falls schon einer zufällig in der Kiste 
liegt, er ist schnell geprüft und für gut befunden. Alles kein Problem!

von m.n. (Gast)


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m.n. schrieb:
> er ist schnell geprüft

Ganz vergessen, mein Schnelltest:
Ohmmeter zwischen Source und Drain und dann eine 3 V Lithiumzelle 
zwischen Source und Gate halten. Dann sieht man schnell, was los ist.

von Felix P. (fixxl)


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m.n. schrieb:
> m.n. schrieb:
>> er ist schnell geprüft
>
> Ganz vergessen, mein Schnelltest:
> Ohmmeter zwischen Source und Drain und dann eine 3 V Lithiumzelle
> zwischen Source und Gate halten. Dann sieht man schnell, was los ist.

Stellt sich nur die Frage, ob der Widerstand bei dem winzigen Prüfstrom 
dann auch dem bei mehreren Ampere entspricht. Der Messwert sagt ja 
nichts darüber aus, wo auf der Ugs-Id-Kennlinie man sich befindet und 
wie weit der Kanal schon offen ist. Zudem muss man aufpassen, dass man 
nicht die Diode zwischen Source und Drain misst.

Ich halte es nach wie vor für die sauberste Lösung, sich einen MOSFET zu 
suchen, dessen On-Widerstand für eine Gate-Source-Spannung spezifiziert 
ist, die unterhalb der Spannung liegt, die ich am Gate anzulegen 
gedenke.

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