Hallo, ich möchte mit einem Arduino eine Last mit einem MOSFET an- und abschalten. Da die Verlustleistung im Mosfet möglichst gering sein soll (und günstig), will ich den IRFB 7437 bzw IRFB 7437 nutzen. Die Schaltfrequenz, wenn man denn von Frequenz sprechen kann, ist sehr gering. Es geht eher darum, die Last längerfristig zu schalten. Schaltfrequenz: < 0.1 Hz Verfügbare Versorgungsspannungen: 5 V (für Arduino) und 30 V (für die last) Der Mosfet ist ein N Channel und soll an der high side betrieben werden, es wird also ein High Side Gate Driver gesucht. Der Treiber wird mit einem Logiksignal aus dem Arduino (5 V) angesteuert. Welchen Treiber könnt ihr dafür empfehlen? Oder braucht ihr noch weitere Informationen? Viele Grüße! nirual
Bei solch niedrigen Frequenzen könnte man auch eine einfache Transistorstufe mit Kollektor-R nehmen, wenn nur nicht dieser Highside-N-Kanal wäre ... Die üblichen High Side Gate Driver wie beim IR2104 erzeugen mit einer Art Ladungspumpe die Highside-Gatespannung. Und solch eine Ladungspumpe lebt von Schaltvorgängen. Wenn Du mit weniger als 0,1Hz schalten willst, sollte der Bootstrap-C unter Berücksichtigung der Leakströme und Ladeströme (über den unteren Treiber-Transistor des Treibers ) entsprechend dimensioniert sein. Da dürfte es einige µF brauchen, aber eben nicht zu viel. Oder macht entsprechend viele µF ran, muß dann aber einen R zur Strombegrenzung in Serie schalten.
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Wenn du da sehr lange Anschaltzeiten hast, bleibt dir, wenns unbedingt der N-Kanal sein soll, nur ein isolierter DC/DC Wandler oder ein Smart Switch als Ersatz für den N-Kanal.
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Wenn der Gate-Leckstrom und der Kondensator-Leckstrom gering sind, kann das auch mit nem normalen Bootstrap Gatetreiber gehen. Aber bei "längerfristig" schalten muss man wohl von Minuten ausgehen, oder? Da spräche dann doch einiges für nen High Side P-FET. Da einfach nen guten Typ zu wählen ist immer noch um Längen billiger als ne Hilfsspannung zu erzeugen.
Nirual I. schrieb: > Der Mosfet ist ein N Channel und soll an der high side betrieben werden, > es wird also ein High Side Gate Driver gesucht. > Der Treiber wird mit einem Logiksignal aus dem Arduino (5 V) > angesteuert. Welche Last willst Du denn mit diesem Kaliber von MOSFET ansteuern und mit welchem Strom? Ein MIC5021 (Micrel/Microchip) sollte es schaffen, das Gate der genannten MOSFETs gut und dauerhaft anzusteuern, auch wenn er nur für bis zu 2nF Gate-Eingangskapazität* spezifiziert ist. Bei einer nahezu statischen Ansteuerung dürfte das aber keine allzu große Rolle spielen. Für die richtige Beschaltung des MIC5021 bei 30V Versorgungsspannung das Datenblatt studieren. Die zur Verfügung stehende Gate-Source-Spannung beträgt dann ca. 14V (typ.). Das sollte reichen. * Beim IRFB7440 sind es immerhin 4,7nF (typ.) und beim IRFB7437 sind es sogar stolze 7,3nF (typ.).
Eberhard H. schrieb: > Welche Last willst Du denn mit diesem Kaliber von MOSFET ansteuern und > mit welchem Strom? Okay, vielleicht formuliere ich die Aufgabenstellung nochmal ohne Lösungsvorschläge, vielleicht habt ihr viel bessere Ideen: Ein bidirektionaler Energiefluss von mehreren hundert Watt, sagen wir maximal 500 W, soll bei U = 24...28 V geschaltet werden können. Die resultierenden Ströme sind also I_max = 20 A. Dabei sollen die Verluste klein sein (und die verwendeten Bauteile auch noch günstig...) Konstruktionsbedingt soll das hohe Potential geschaltet werden.
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OK, dann wären die Verluste bei 20A und weniger überdimensionierten
MOSFETs sicher noch tragbar.
Wenn der Strom in beide Richtungen geblockt werden soll ("Reverse
Current Protection"), reicht ein einzelner MOSFET allerdings nicht,
sondern Du must dann zwei derselben Sorte mit verbundenen
Source-Anschlüssen in Anti-Serie schalten. Jedoch addieren sich bei
dieser Methode sowohl der R_ds_on als auch die zu steuernde
Gate-Ladung.*
Die Gates beider MOSFETs werden gemeinsam durch den MOSFET-Treiber
angesteuert und der gemeinsame Source-Anschluss geht an die verbundenen
Sense-Pins** des MIC5021.
Einer der Drain-Anschlüsse geht an die Spannungsversorgung (ca. 30V,
offensichtlich zwei Bleiakkus; Energierückgewinnung?) und der zweite
Drain-Anschluss geht an die zu schaltende Last. So klappt das Abschalten
in beide Stromrichtungen ohne dass die Body-Diode eines MOSFETs leitend
wird.
* Deshalb MOSFETs mit etwas weniger Gate-Eingangskapazität bzw.
Gate-Ladung auswählen.
** Falls keine Stromüberwachung verwendet wird.
Hallo Eberhard, ja, so in die Richtung gingen auch meine Gedanken, aber vielen Dank, dass du sie nochmal klar ausformuliert hast! Wie wäre bspw. der IRFH5300TR2PBF? In der Tat sind es zwei Bleiakkus in Serie. Der Mosfet hat eine maximale Spannungsfestigkeit von 30 V - reicht das aus oder braucht man mehr Sicherheitsabstand nach oben? Viele Grüße!
Je nachdem, in welcher Umgebung die ganze Applikation zu funktionieren hat und welche Last geschaltet werden soll, können die Ansprüche an die MOSFETs bezüglich Spannungs- und Stromfestigkeit sehr unterschiedlich sein. Falls es z.B. eine Applikation in einem Fahrzeug mit Anlasser ist (z.B. LKW), sollte die direkt mit dem Akku in Verbindung stehende Elektronik für kurze Zeit relativ hohe Spannungen wegstecken können (hierzu gibt es ausführliche Specs, Stichwort Load-Dump u.a.). Bei Applikationen mit induktiver Last (z.B. Elektromotor/Generator) gibt es meist auch Specs bezüglich geforderter Spannungsfestigkeit, selbst wenn es nicht in einem Fahrzeug mit Anlasser ist. Grundsätzlich gilt: Je mehr Spielraum, um so besser, aber dann leider auch aufwendiger und teurer. Einen 30V-MOSFET wie den IRFH5300 würde ich bei zwei Bleiakkus in Serie keinesfalls verwenden, egal ob KFZ oder sonst etwas. Der Spielraum ist hier definitiv zu klein. Auch dessen Gate-Charge ist mit >160nC (@14V) sogar noch schlechter als beim IRFB7440. Nachdem Du ursprünglich MOSFETs im TO-220 herausgesucht hast: Könntest Du ein PQFN-Gehäuse wie beim IRFH5300 verarbeiten? Es gibt sicher reichlich geeignete MOSFETs, auch mit etwas weniger Gate-Charge als bei den bereits genannten. Wie groß dürfen die Verluste in den MOSFETs denn maximal sein?
Hallo Eberhardt, wünschenswert wäre ein R_DSon < 5 mOhm. Kannst du einen Mosfet empfehlen, der zu dem von dir genannten Gatetreiber passt? PS: Ja, auch diese Bauform ist in Ordnung. Grüße!
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Ich habe mal meine Merkliste nach MOSFETS befragt, die eine Spannungsfestigkeit > 30V haben, einen Rdson < 5 mOhm und einen Qg unter 50nC. Vielleicht hilft es: http://www.nxp.com/documents/data_sheet/PSMN4R0-40YS.pdf http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?genericPartNumber=csd18533q5a&fileType=pdf http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?genericPartNumber=csd18532q5b&fileType=pdf
Bernd K. schrieb: > Ich habe mal meine Merkliste nach MOSFETS befragt, die eine > Spannungsfestigkeit > 30V haben, einen Rdson < 5 mOhm und einen > Qg unter 50nC. Vielleicht hilft es: Ok cool, ich würde wohl einen der TI Mosfets nehmen, mit 60 V Spannungsfestigkeit bleibt da noch geng Luft nach oben. Der CSD18532Q5B hat C_g = 44 nC. Schafft der MIC5021 zwei von denen sicher durchzuschalten, oder sollte ich den anderen nehmen (C_g=29nC)? Grüße!
Nimm lieber den: http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?genericPartNumber=CSD18540Q5B&fileType=pdf da fängt der RDSon mit einer '1' vorne an. Da genügt einer. Plan B: auf P-MOSET gehen. 3 Stück hiervon parallel: http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/BBS3002-D.PDF liefern auch einen RDSon mit einer '1' vorne. Ansteuerung dann mit einem Level-Shifter: http://www.mikrocontroller.net/attachment/34752/P_FET.png
Eberhard H. schrieb: > Ein MIC5021 (Micrel/Microchip) sollte es schaffen, das Gate der > genannten MOSFETs gut und dauerhaft anzusteuern, auch wenn er nur für > bis zu 2nF Gate-Eingangskapazität* spezifiziert ist Hallo Eberhardt, ich habe noch mal eine Frage zum MIC5021. Einerseits stehen im Datenblatt maximal 15 V als Input Voltage, ein wenig weiter unten steht "Input Threshold" max 2 V. Wie ist das zu verstehen? @Bernd: Was meinst du mit "da genügt einer"? Grüße!
Nirual I. schrieb: > Eberhard H. schrieb: >> Ein MIC5021 (Micrel/Microchip) sollte es schaffen, das Gate der >> genannten MOSFETs gut und dauerhaft anzusteuern, auch wenn er nur für >> bis zu 2nF Gate-Eingangskapazität* spezifiziert ist > > Hallo Eberhardt, ich habe noch mal eine Frage zum MIC5021. Einerseits > stehen im Datenblatt maximal 15 V als Input Voltage, ein wenig weiter > unten steht "Input Threshold" max 2 V. > Wie ist das zu verstehen? > > @Bernd: Was meinst du mit "da genügt einer"? > > Grüße! Am Pin VDD des MIC5021 dürfen zwischen 12V und 36V anliegen. VBOOST liegt ca. 14V über VDD. "Input Voltage" ist die Spannung am Steuereingang "Input" (nicht die Versorgungsspannung), typischerweise TTL-Logikpegel: <=0,8V entspricht LOW, >=2,0V entspricht HIGH. Die genannten 15V sind "Absolute Maximum Rating" (nicht im regulären Betrieb) an diesem Pin. Darüber besteht Gefahr der Zerstörung dieses Pins, aber möglicherweise auch schon wenn die Spannung über VDD liegt. Ein Maximalwert für "Operating Input Voltage" ist nicht spezifiziert. 5V sind sicher OK, bis 12V vermutlich auch noch. Zwei MOSFETs "back-to-back" (wie oben beschrieben) sollte ein einziger MIC5021 auch bei >2nF Gesamt-Gate-Kapazität schaffen (also Summe der beiden Einzel-Gate-Eingangskapazitäten), die Umschaltzeit wird eben entsprechend langsamer. Werde das bei Gelegenheit noch mit zwei "dicken" MOSFETs nachmessen, bin aber momentan anderweitig beschäftigt.
Kennt man heute eigentlich nur noch Fertiglösungen wie einen DC/DC-Wandler? Ein Zappler (von mir aus auch ein 555), zwei Dioden und Kondensatoren und schon hat man 5 bis 12V "Versatzspannung".
Nirual I. schrieb: > > @Bernd: Was meinst du mit "da genügt einer"? > Damit meine ich, dass ein MOSFET mit Rdson 1,8 mOhm eine Verlustleistung von I²x R = 20A² x 0,0018Ohm = 0,72W produziert was (fast) ohne Kühlung abgeführt werden kann.
Inzwischen habe ich die High-Side-Ansteuerung von 2x "dicken" IRF3205 (back-to-back, s.o.) mit einem MIC5021 untersucht. Aufgrund der sehr hohen Gate-Eingangskapazität klappt die Ansteuerung gemäß Datenblatt Fig. 3 (10nF zwischen VDD und Vboost) allerdings nicht zuverlässig für beliebige Tastverhältnisse, denn beim Einschalten bricht die Gate-Source-Spannung je nach Tastverhältnis vorübergehend ein und es benötigt einige Zeit (Größenordnung ms), bis der Boost-Kondensator wieder nachgeladen ist. Die Methode gemäß Fig. 2 (2,7nF zwischen Last und Vboost) funktioniert dagegen überraschend gut, sowohl bezüglich der Gate-Source-Spannung als auch dem Laststrom. Trotz kleinerer Boost-Kapazität ist die gespeicherte Energie bei 30V Versorgungsspannung hier mehr als doppelt so groß. Ich habe jeweils mit einer 350Hz-PWM zwischen 0% bis 100% Tastverhältnis gemessen. Die verwendeten IRF3205-Exemplare haben einzeln stolze 5,6nF Gate-Eingangskapazität* bei 0V Gate-Source-Spannung. Andere MOSFETs mit noch größeren Gate-Eingangskapazitäten bzw. noch größerer Gate-Ladung stehen mir momentan nicht zur Verfügung. * Gemessen mit verschiedenen DMMs (1,2kHz) und einem LCR-Meter (100Hz bis 10kHz) zwischen Gate und Source/Drain kurzgeschlossen. Zwischen Gate und Source oder Drain (nicht kurzgeschlossen) getrennt gemessen sind es immer noch 4,3nF. Laut IRF3205-Datenblatt sind es typisch 3,2nF, ebenfalls bei 0V Gate-Source-Spannung, aber bei 25V Drain-Source-Spannung und 1MHz Messfrequenz. Zum Vergleich: Bei einem kleinen MOSFET BS170 sind es gemessen gerade mal 55pF zwischen Gate und kurzgeschlossenen Source/Drain (kaum ein Unterschied zwischen 100Hz bis 10kHz). Laut BS170-Datenblatt sind es maximal 40pF Gate-Eingangskapazität bei 10V Drain-Source-Spannung.
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