Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik MOSFET oder Relais?


von abc (Gast)


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Hi,
Ich will einen Verstärker ein-/ausschalten, je nachdem, ob Musik läuft 
oder nicht. Jetzt frage ich mich, ob ich das lieber mit einem Relais, 
oder einem MOSFET mache.

Zum Verstärker: 24V, max. 3-4A

Wenn ich das Datenblatt von zB dem IRLZ44N richtig deute, kann ich damit 
mit 3V schon über 10A schalten, das sollte ja eigentlich reichen...

Gibt es dennoch einen Grund, lieber ein Relais zu nehmen?

von wattis (Gast)


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lies dir das nochmal in ruhe durch und frage dich selbst ob darauf 
jemand eine antwort geben kann.

was willst du?

von abc (Gast)


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Ähm... Ich will einen Schalter für eine Last mit 24V, max 4A bauen

von Flip B. (frickelfreak)


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Die Größe Musik kann bisher leider weder unmittelbar ein Relais noch 
einen Schalttransistor steuern.  Oder gibt es einen Schalter? Dann geht 
beides. (Wieso dann aber noch ein extra schaltelement?)  Ich rate zum 
Transistor.

: Bearbeitet durch User
von Dietrich L. (dietrichl)


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abc schrieb:
> Gibt es dennoch einen Grund, lieber ein Relais zu nehmen?

Beim Relais brauchst Du Dich nicht um das Bezugspotenzial zwischen dem 
steuernden Teil (Musikerkennung) und dem gesteuerten Teil (Verstärker) 
kümmern, da das beim Relais potentialgetrennt ist. Außerdem ist ein 
Relaiskontakt robuster bei Überstrom/Überspannung.

Nachteil des Relais: Geräusche und Verschleiß.

Gruß Dietrich

von abc (Gast)


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Ahh, jetzt sehe ich, wo ihr mich nicht versteht. Ich will keine 
Musikerkennung bauen. Die Musik wird über einen Pi abgespielt. Da kann 
ich einfach per Software rausfinden, ob Musik läuft. Falls ja -> 
Verstärker an, sonst -> Verstärker aus.

Also generell würde der o.g. MOSFET reichen, ja? Bin mir bei 
Datenblättern oft nicht sicher, ob ich die richtig deute. Fig.1 sagt 
quasi, bei 3V Steuerspannung kann ich fast 20A schalten, richtig? Warum 
hören die Linien schon bei ~25V auf? Ich dachte, das Teil kann mit bis 
zu 55V umgehen? Und was hat es mit der Pulsewidth auf sich? Heißt das, 
die Werte stimmen nur, wenn ich 20uS lang Strom fließen lassen will? Ich 
will ja durchgehend den Schalter schließen...

Viele Grüße

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Vermutlich wird der Verstärker noch mehr oder minder große Kondensatoren 
an seiner Versorgungsspannungleitung enthalten, die einen ganz 
erheblichen Einschaltstrom verursachen. Relaiskontakte verschweißen da 
gerne, Transistoren/MOSFETs brennen durch. Deswegen muss man entweder 
den Einschaltstrom begrenzen oder den Schalter massiv 
überdimensionieren.

Für solche Zwecke würde ich heutzutage eher auf einen vollintegrierten 
Schalter mit Überlastschutz und Begrenzung der Anstiegsgeschwindigkeit 
setzen, z.B. eine MOSFET-Halbbrücke Infineon BTN8982TA. Um die 
Versorgungsspannung nicht kurzzuschließen, sollte man aber nicht mittels 
IN schalten, sondern mittels INH.

von doedel (Gast)


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wenn Du schon einen PI hast und damit Gleichspannung schalten willst, 
ist in 99% der Fälle der MOSFET das Mittel der Wahl. Und bei 45 Cent pro 
Stück (ab 10 Stück) ist der IRLZ44 auch biliger. Ggf. reicht aber auch 
ein IRLZ34 ... da sparst Du nochmal 10 Cent pro Stück :-)

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Ein n-Kanal-MOSFET wie der IRLZ44N wird vermutlich ungeeignet sein, da 
man ihn nur dann als High-Side-Treiber einsetzen kann, wenn eine höhere 
Spannung als die zu schaltende Spannung für die Ansteuerung des Gates 
zur Verfügung steht. Schaltet man mit ihm jedoch die Masseleitung des 
Verstärkers, zerstört man mutmaßlich dessen Eingangsstufe, die je nach 
vorhandenem Koppelkondensatoren in ausgeschaltetem Zustand mit einer 
deutlich negativen Eingangsspannung oder hohen Pulsspannungen beim Ein- 
und Ausschalten belastet würde.

Daher entweder einen p-Kanal-MOSFET oder einen vollintegrierten 
High-Side-Schalter bzw. eine Halbbrücke einsetzen.

von Peter S. (psavr)


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>Für solche Zwecke würde ich heutzutage eher auf einen vollintegrierten
>Schalter mit Überlastschutz und Begrenzung der Anstiegsgeschwindigkeit
>setzen...

=> Ja, unbedingt! Sehr gut geeignet: Infineon BTS50085

von Peter R. (pnu)


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Wo schaltest Du die (nominell) 3-4A?

In der Zuleitung zum Verstärker, bei den 24V? Dann muss der Schalter 
noch die Einschaltstrom- Werte des Verstärkers vertragen. Da wirds dann 
schon etwas kritisch.

Hinter den Ladekondensatoren der Stromversorgung, in der Versorgung des 
Verstärkers, z.B. in den Kollektorleitungen der Endstufe? Dann wirds mit 
der Potentialtrennung schwierig.

Technisch am saubersten, wäre es, wenn zuerst der Ton für den Verstärker 
abgeschaltet würde und anschließend die Endstufe, etwa durch Umstellen 
des Ruhestroms der Endstufe auf Null.

Vielleicht reichts aber, einfach den Ton wegzuschalten und den 
Verstärker ohne Ansteuerung in einem Ruhezustand zu belassen.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Peter S. schrieb:
> Sehr gut geeignet: Infineon BTS50085

Da dieser Baustein kennen Anschluss für ein Bezugspotential hat, muss 
sein Eingang IN unbedingt mit einem Open-Collector- bzw. 
Open-Drain-Ausgang beschaltet werden, der auch die volle 
Betriebsspannung aushält. Dies wird nicht durch die üblichen 
Microcontroller-Ports gewährleistet, so dass man da noch einen 
NPN-Transistor, n-Kanal-MOSFET oder Treiberbaustein einfügen muss.

Der von mir aufgeführte BTN8982TA lässt sich jedoch direkt per 
Logiksignal ansteuern.

Nachtrag:
Und im Gegensatz zum BRS50085 lässt sich beim BTN8982TA die Höhe der 
Strombegrenzung durch einen externen Widerstand einstellen, so dass man 
damit den Einschaltstromstoß auf einen deutlich geringeren Wert als das 
Maximum des Bausteins einstellen kann, z.B. auf den doppelten Nennstrom 
des Verstärkers.

: Bearbeitet durch User
von Dennis K. (scarfaceno1)


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Andreas S. schrieb:
> Ein n-Kanal-MOSFET wie der IRLZ44N wird vermutlich ungeeignet sein, da
> man ihn nur dann als High-Side-Treiber einsetzen kann, wenn eine höhere
> Spannung als die zu schaltende Spannung für die Ansteuerung des Gates
> zur Verfügung steht. Schaltet man mit ihm jedoch die Masseleitung des
> Verstärkers, zerstört man mutmaßlich dessen Eingangsstufe, die je nach
> vorhandenem Koppelkondensatoren in ausgeschaltetem Zustand mit einer
> deutlich negativen Eingangsspannung oder hohen Pulsspannungen beim Ein-
> und Ausschalten belastet würde.
>
> Daher entweder einen p-Kanal-MOSFET oder einen vollintegrierten
> High-Side-Schalter bzw. eine Halbbrücke einsetzen.

Dazu hab ich mal ne Frage...
Ich wollte demnächst auch auf diese Weise meine alten Car-Audio 
Endstufen weiter verwenden...

Also diese Amps nie Low-Side schalten?

von M. P. (matze7779)


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Nein besser nicht.

Meistens sind die Cinch Buchsen (oder auch die für Klinkenstecker) mit 
Masse verbunden.
Wenn Du dann die Masse der Versorgungsspannung wegschaltest "holt" sich 
der Verstärker die Masse über Cinch. Und das besdeutet nix gutes für die 
dünnen Kabel und Leiterbahnen...

Gruß
Matze

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Dennis K. schrieb:
> Car-Audio Endstufen weiter verwenden...

Wieso gibt es immer wieder diesen sehr deutlichen Zusammenhang
zwischen "Car-Audio" und mangelndem technischen Verständnis?

von Gästchen (Gast)


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Wegen der schon erwähnten Probleme würde ich dir folgendes vorschlagen:
http://www.infineon.com/cms/en/product/power/smart-low-side-and-high-side-switches/high-side-switch/automotive-smart-high-side-switch-profet/BTS723GW/productType.html?productType=db3a3044134864390113494044af0014

Diesen oder einen ähnlichen Typen.

Das sind High-side switches mit integriertem Kurzschluss- und 
Überlastschutz. Man kann sie beliebig parallel schalten. Bei einem 
Kurzschluss werden sie nur heiß, gehen aber nicht kaputt. Zusätzlich 
wird der Strom begrenzt. Das spart Sicherungen :-)
Für Überlast gilt das Gleiche, d.h. deine Kapazitäten sollten kein 
großes Problem sein, weil quasi eine Art Sanftanlauf dadurch gegeben 
ist.

Wenn man auf Nummer Sicher gehen will, prüft man die Spannung hinter dem 
Schalter. Damit kann man die Erwärmung auch noch vermeiden, wenn man in 
einem solchen Fall komplett abschaltet.

Zwingend ist das nicht für deinen Fall.

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


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Wenn der RasPi sowohl das Schaltsignal als auch die Musik liefert, dann 
ist ein n-Kanal MOSFET gerade nicht geeignet um den Verstärker ein- 
bzw. auszuschalten. Denn GND des Verstärkers muß dann mit GND des RasPi 
verbunden sein, weswegen ein MOSFET in der GND-Leitung des Verstärkers 
nicht funktioniert.

Ein Relais würde funktionieren. Ein MOSFET müßte als H-Side Schalter 
verwendet werden.

von Dennis K. (scarfaceno1)


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Vielen Dank (an die meisten von euch) für die Erklärung.

von Christian S. (solder)


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Ich habe ein ähnliches Problem. Relais fällt aus, da Spannung zu niedrig 
(nur 1 Li-Ion Zelle - max 4,2V). Zu schalten sind max. 1A. Der BTN8982TA 
ist mir zu "dick" und hat mir zu hohen Ruhestromverbrauch. Gibt's da 
noch was kleineres? Problematisch ist auch die Beschaffung als 
Privatperson.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Christian S. schrieb:
> Ich habe ein ähnliches Problem. Relais fällt aus, da Spannung zu niedrig
> (nur 1 Li-Ion Zelle - max 4,2V). Zu schalten sind max. 1A. Der BTN8982TA
> ist mir zu "dick" und hat mir zu hohen Ruhestromverbrauch. Gibt's da
> noch was kleineres? Problematisch ist auch die Beschaffung als
> Privatperson.

Die üblichen MOSFET-Halbbrücken funktionieren nachweislich erst ab ca. 
8V Versorgungsspannung, auch wenn die zur Ansteuerung verwendeten 
Logiksignale 3V- oder 5V-kompatibel sind. Beim BTN8982TA steigt 
unterhalb von 8V der Kanalwiderstand ganz gewaltig an.

Natürlich gibt es auch wesentlich kleinere Halbbrücken und 
High-Side-Treiber zu durchaus passablen Kosten; Infineon hat da eine 
ziemlich umfangreiche Übersicht. Allerdings sind fast alle Typen auf 
12V- und 24V-Bordnetze in KFZ ausgelegt.

von MaWin (Gast)


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abc schrieb:
> Zum Verstärker: 24V, max. 3-4A

Viele Verstärker haben einen Standby-Eingang mit dem sie sich abschalten 
lassen, einfach mal nach dem verwendeten Verstärker-Chip gucken.

Zudem ist die genannte Stromaufnahme meist die MITTLERE Stromaufnahme, 
die Spitzen können weit höher sien und ein Halbleiter als Schaltelement 
muss den SPITZENstrom verkraften, denn er ist auch spitzenmässig schnell 
kaputt.

> Wenn ich das Datenblatt von zB dem IRLZ44N richtig deute, kann ich damit
> mit 3V schon über 10A schalten,

Nein, natürlich nicht, es gibt lediglich für 4V UGS eine Angabe daß der 
RDSon nicht über 0.039 Ohm liegen wird.

Ob der MOSGFET bei 3V überhaupt noch leitet oder nicht, ist nicht 
garantiert, denn das Digramm auf das du sich beziehst ist TYPISCH, d.h. 
die notwenidge Gate-Spannung kann a 1.4 mal so hoch sien oder schon bei 
0.7 den Effejt ergeben.

4V hast du aber nicht. Also müsstest du einen für 2.7V spezifizierten 
MOSFET finden wie IRF3708. Aber N-Kanal ist sowieso unpassend, und high 
side switches wurden genannt.

Aber die Anfrage war von Februar, das Thema ist also durch.

Christian S. schrieb:
> Ich habe ein ähnliches Problem. Relais fällt aus, da Spannung zu niedrig
> (nur 1 Li-Ion Zelle - max 4,2V). Zu schalten sind max. 1A. Der BTN8982TA
> ist mir zu "dick" und hat mir zu hohen Ruhestromverbrauch. Gibt's da
> noch was kleineres? Problematisch ist auch die Beschaffung als
> Privatperson.

Um 1 A der positiven Leitung von 2.5V bis 4.2V zu schalten, reicht ein 
P-Kanal MOSFET wie AO3423. TME ist ja wohl auch für Privatpersonen ok
http://www.tme.eu/gb/details/ao3423/tht-p-channel-transistors/alpha-omega-semiconductor/
Und FDN304 gäbe es bei Elpro.

Wie man auf einen völlig unpassenden 55A 8-18V BTN8982TA kommt, ist mir 
komplett schleierhaft. Relais hingegen gäbe es viele für 3V.
https://www.luedeke-elektronic.de/de/Bauteile-und-Zubehoer/Relais/Relais-bis-3V/3V-DC-Miniaturrelais-max-2A-120V-AC---24V-DC.html

von Christian S. (solder)


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@MaWin

Danke für die Tipps. Den BTN8982TA hatte ich nur als Zitat von oben 
genannt und suchte halt was vergleichbares in kleiner. Wie Du und 
Andreas Schweigstill schon ausgeführt hatten, wird das nichts, daher 
werde ich wohl einen P-Kanal MOSFET nehmen, wie von dir vorgeschlagen. 
Danke auch für den Hinweis auf die Relais.

Christian

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