Hallo,
ich habe eine Frage bezüglich der Auswahl eines Transistors.
Ich möchte mir eine kleine "Heizung" für meine Chilli-Saat bauen. Die
Heizung hat ca. 3 Watt Leistung und soll meine Schaale aufwärmen, damit
ich eine optimale Keimtemperatur erreiche. Das ganze wird über einen
Raspberry Pi gesteuert um die Temperatur beliebig anzupassen.
Im Anhang habe ich einen ersten Versuch der Schaltung. Ich habe ein 5V
Netzteil welches den Raspberry Pi versorgt und gleichzeitig den Strom
für den Widerstandsdraht liefern soll (ca. 8 Ohm). Gemessen habe ich 610
mA (direkter Anschluss ohne Transistor etc).
In meinem Fundus hatte ich noch einen BD 135-16 Transistor. Dieser hat
eine Stromverstärkung:
Wenn ich das verrechne mit dem Faktor 3.3 aus der Hilfe und dem Strom
durch den Draht komm ich auf einen Basisstrom von:
Der Raspberry Pi kann am GPIO Port maximal 16mA ausgeben. Jetzt benötige
ich also einen anderen Transistor nur ich finde keinen. Nach meinem
bisher gelernten Wissen müsste der einen h_FE Wert von ca. 150 haben,
damit ich auf der sicheren Seite bin und sicher unter den 16mA bleibe.
Aber auf der Homepage vom Conrad / Reichelt kann man danach nicht
filtern. Wie finde ich jetzt das passende Bauteil?
Falls jemand zufällig den richtigen parat hat würde ich mich sehr
freuen.
Viele Grüße
Michi
Hä? Versteh ich nicht.
Die Gate-Source Voltage (V_GS) dachte ich muss anliegen damit der MOSFET
leitend wird?
Im Datenblatt steht +- 16V. Warum kann ich dann die 3.3 Volt nicht
verwenden?
Michael schrieb:> Im Datenblatt steht +- 16V. Warum kann ich dann die 3.3 Volt nicht> verwenden?
Die 3,3 Volt sind zu wenig, um den Fet auf "Minimalwiderstand" zu
schalten...
RDSon...
Ok.
Wie lese ich das aus dem Datenblatt aus?
Können Sie mir auch ein Beispiel nennen für einen den ich verwenden
kann?
Ich weiß nicht nach was ich suchen soll
Michael schrieb:> Ok.>> Wie lese ich das aus dem Datenblatt aus?
Ok. Ich glaube ich weiß nun wie man das ausliest. Weiter unten sind
Diagramme. Unter anderem ein V_GS => I_D.
D.h. ich muss nach einem suchen, bei dem V_GS bei 3.3 und bei I_D
irgendwo bei 600 mA eine Kurve vorbeiläuft? Naja, so ganz kapiert hab
ichs vermutlich noch nicht.
Michael schrieb:> D.h. ich muss nach einem suchen, bei dem V_GS bei 3.3 und bei I_D> irgendwo bei 600 mA eine Kurve vorbeiläuft?
No!
Such einen, der bei den 3,3 Volt Gatespannung den geringsten DSon hat...
Michael schrieb:> kleine "Heizung" für meine Chilli-Saat bauen. Die> Heizung hat ca. 3 Watt Leistung und soll meine Schaale aufwärmen, damit> ich eine optimale Keimtemperatur erreiche.
Da stellt sich die Frage, wie groß die Schale wäre und ob eine
Heizung über Wärmeleitblech nicht doch günstiger zu bauen wäre -
incl. Themperatursensor - das braucht auch keinen Rasperry, sondern
eine einfache Analogregelung...
OK.
Jetzt kapier ich dann gar nichts mehr.
Den Widerstandsdraht hab ich genommen damit ich die Wärme gut verteilen
kann. Den Transistor hatte ich zuerst probiert weil ich den noch da
hatte und den Pi um es bequem zu steuern.
Ich will vorzugsweise nur mit dem Draht heizen.
@klauspi
Vielen Dank für die Tabelle. Demnach würde ich jetzt den hier nehmen:
IRF830
Hat im Datenblatt 2 - 4.5 V_GS auf der zweiten Seite. Heißt das, wenn
ich zwischen 2 und 4.5 Volt am Gate anlege, dann schaltet der Transistor
durch. In meinem Fall die 5V für die Heizung?
@Mani,
Es handelt sich um einen alten Raspberry Pi 1 den ich vor langer Zeit
ausgemustert habe. Von den Temperatursensoren hatte ich noch eine Menge,
weil ich die für mein FHEM Projekt damals gebraucht habe. Der
Widerstandsdraht war auch übrig. Somit hab ich nur ein paar € in ein
Netzteil und zukünftig in einen MOSFET investiert.
Ich hab mir das mit einer Heizplatte durchaus überlegt, aber ich wollte
auch gerne die Temperatur über das FHEM steuern. Nicht weil ich es
brauche, sondern einfach weil ich Spaß daran hab
Michael schrieb:> Ich hab mir das mit einer Heizplatte durchaus überlegt, aber ich wollte> auch gerne die Temperatur über das FHEM steuern. Nicht weil ich es> brauche, sondern einfach weil ich Spaß daran hab
Dann brachst Du ja nur mehr den MosFet finden...
Michael schrieb:> In meinem Fundus hatte ich noch einen BD 135-16 Transistor.> Dieser hat eine Stromverstärkung: hfe = 25
Nö.
Die "-16" steht für eine typische Stromverstärkung von 160.
Das Fairchild-DaBla sagt "100...250 bei Ic = 150mA".
> Wenn ich das verrechne mit dem Faktor 3.3 aus der Hilfe> und dem Strom durch den Draht komm ich auf einen Basisstrom> von: Ib = 82,5mA.
Auch nö.
Man muss den Sicherheitsfaktor 3.3 nicht an drei Stellen
berücksichtigen; einmal genügt. Soll heißen: Die minimale
Stromverstärkung der Gruppe "-16" beträgt 100; diese teilt
man durch 3.3 und erhält 30.
610mA / 30 ~= 20mA.
> Der Raspberry Pi kann am GPIO Port maximal 16mA ausgeben.> Jetzt benötige ich also einen anderen Transistor [...]
Nö.
Der Sicherheitsfaktor 3.3 ist recht reichlich; die Schaltung
wird also höchstwahrscheinlich funktionieren. Eventuell sind
die Verluste im Transistor etwas höher als notwendig.
Falls Du ein zweites Port-Bit übrig hast, kannst Du auch
einfach zwei Basis-Vorwiderstände verwenden - für jedes Bit
einen. Dadurch verdoppelt sich der Basisstrom. (Natürlich
musst Du immer beide Bits parallel ansteuern.)
> nur ich finde keinen. Nach meinem bisher gelernten Wissen> müsste der einen h_FE Wert von ca. 150 haben, damit ich auf> der sicheren Seite bin und sicher unter den 16mA bleibe.
Das ist korrekt.
Ein BD135-16 hat ja auch typisch h_FE = 160.
Du willst ja bestimmt einen MOSFET für Grobmotoriker, dann nimm IRF3708.
Den gibts sogar bei Conrad, obwohl ich überrascht wäre wenn der in einer
Filiale auf Lage liegt.
Andere MOSFETs, für die im Datenblatt eine konkrete Angabe zum
Kanalwiderstand bei knapp 3V (meist 2,5V/2,7V/2,8V) vohanden ist, sind
in viel kleineren Gehäusen für SMD.
Mani W. schrieb:> Michael schrieb:>> kleine "Heizung" für meine Chilli-Saat bauen. Die>> Heizung hat ca. 3 Watt Leistung und soll meine Schaale aufwärmen, damit>> ich eine optimale Keimtemperatur erreiche.>> Da stellt sich die Frage, wie groß die Schale wäre und ob eine> Heizung über Wärmeleitblech nicht doch günstiger zu bauen wäre -> incl. Themperatursensor - das braucht auch keinen Rasperry, sondern> eine einfache Analogregelung...
Vielleicht braucht er den RasPi selbst als Heizung...
Chregu
Possetitjel schrieb:> Das ist korrekt.> Ein BD135-16 hat ja auch typisch h_FE = 160.
Vielen Dank für die ausführliche Erklärung. Ich hab im Datenblatt den
Wert bei h_FE_1 genommen. In der Tabelle steht was von "Min. 25"
Ich wusste nicht, dass ich den Wert weiter unten berücksichtigen muss wo
Classification steht.
hinz schrieb:> Du willst ja bestimmt einen MOSFET für Grobmotoriker, dann nimm> IRF3708.
Hab danach gesucht und der Conrad hat leider 4 Wochen Lieferzeit. In der
Bucht gibt's ihn zum Glück mit nur 1 € Versand. Dann bestell ich jetzt 5
damit sich's lohnt.
Ich würde das ganze gerne noch besser verstehen und hab ich in der
Zwischenzeit weiter eingelesen. Ich würde jetzt bei dem IRF3708 das
Diagramm Fig. 1 anschauen (siehe Screenshot). Dort sind diverse Kurven
für verschiedene V_GS Spannungen. Ich würde das jetzt so interpretieren,
dass ich mit meiner GPIO-Spannung von 3.3 Volt und meiner
Heizungsspannung von 5V dann maximal 100 A im gepulsten Betrieb schalten
könnte.
Wie muss ich das jetzt aber für meinen Anwendungsfall interpretieren?
Die Kurve ist ja in dem Bereich bereits horizontal, woraus ich schließen
würde ich habe hohe Verluste. Im Datenblatt finde ich einen maximalen
R_DS(on) von 29 mOhm. Den Wert würde ich jetzt verwenden um meine
maximalen Verluste am Transistor zu berechnen. Aber da komm ich auf gut
11mW. Das würde den ja hoffentlich kalt lassen.
Michael schrieb:> Ich würde das jetzt so interpretieren,> dass ich mit meiner GPIO-Spannung von 3.3 Volt und meiner> Heizungsspannung von 5V dann maximal 100 A im gepulsten Betrieb schalten> könnte.
Ohne zusätzlichen Treiber sicher nicht. Der GPIO kann die Gatekapazität
nicht schnell genug umladen, der MOSFET ist dann ausserhalb seiner SOA.
> Im Datenblatt finde ich einen maximalen> R_DS(on) von 29 mOhm.
Bei einer bestimmen Gate-Source Spannung und bei 25°C
Sperrschichttemperatur.
> Den Wert würde ich jetzt verwenden um meine> maximalen Verluste am Transistor zu berechnen. Aber da komm ich auf gut> 11mW. Das würde den ja hoffentlich kalt lassen.
Ja, das lässt den völlig kalt. Wenn du mal höhere Ströme schalten
willst, dann darfst du aber nicht vergessen, dass der Kanalwiderstand
mit steigender Temperatur zunimmt und sich so die Verlustleistung weiter
erhöht. Dazu gibts auch ein Diagramm im Datenblatt.
Michael schrieb:> Ich würde das jetzt so interpretieren, dass ich mit meiner> GPIO-Spannung von 3.3 Volt und meiner Heizungsspannung von 5V dann> maximal 100 A im gepulsten Betrieb schalten könnte.
Falsch herum gedacht: Der mit Abstand größte Teil der 5 V fällt nicht am
Mosfet, sondern am Heizwiderstand ab (so soll es ja auch sein). Der
Maximalstrom beträgt – begrenzt durch den Heizwiderstand – 610 mA, was
du ja bereits gemessen hast. Bei diesem Strom beträgt Uds ungefähr 7 mV.
Das kannst du nicht aus dem Diagramm ablesen, weil die gezeichnete Kurve
nur bis etwa 8 A hinabreicht. Du kannst aber der oberen Tabelle auf S. 2
entnehmen, dass der RDSon zwischen 9,5 mΩ und 14,5 mΩ, also vielleicht
bei etwa 11 mΩ liegt. Damit ist
Uds = 610 mA · 11 mΩ ≈ 7 mV
Die Verlustleistung im eingeschalteten Zustand beträgt damit etwa
P = 610 mA · 7 mV ≈ 4 mW
was absolut vernachlässigbar ist. Du könntest mit dem Mosfet auch eine
sehr viel stärkere Heizung schalten.
Zum gepulsten Betrieb:
Hinz hat recht damit, dass das Schalten des großen Mosfets mit den
schwachbrüstigen GPIOs relativ lange dauert. Auf der anderen Seite muss
man aber bei einer Heizungsregelung nicht mit 100 kHz schalten, 10 Hz
sind mehr als genug, da der Heizwiderstand in Verbindung mit Flüssigkeit
in der Schale eine ausreichend hohe thermische Zeitkonstante hat.
Damit das GPIO beim Schalten nicht so sehr durch die entstehende
Stromspitze belastet wird, schaltest du zwischen GPIO und Gate des
Mosfets am besten einen Widerstand von ca. 330 Ω. Dann braucht der
Mosfet zwar ein paa µs zum Umschalten und erwärmt sich in dieser Zeit
theoretisch auch ein ganz kleines Bisschen. Die meiste Zeit während der
Periodendauer von 100 ms ist er aber voll ein- oder voll ausgeschaltet
und kann sich in dieser Zeit abkühlen. Im Endeffekt wirst du deswegen
keinerlei Erwärmung des Mosfets spüren.
Nachtrag:
Der IRF3708 ist ja schon etwas mit Kanonen auf Spatzen geschossen, aber
hat halt den Vorteil, dass er in einem THD-Gehäuse kommt. Immer noch
völlig ausreichend wäre ein Si2302, der allerdings ein SMD-Gehäuse hat,
aber ein sehr humanes (SOT-23). Das lässt sich sogar problemlos auf eine
Lochrasterplatine löten. Da du vom Si2302 auf Ebay für wenige Euro
gleich 20 oder 50 Stück bekommst, darfst du beim Löten auch mal einen
vermurksen :)
Yalu X. schrieb:> Der IRF3708 ist ja schon etwas mit Kanonen auf Spatzen geschossen, aber> hat halt den Vorteil, dass er in einem THD-Gehäuse kommt. Immer noch> völlig ausreichend wäre ein Si2302, der allerdings ein SMD-Gehäuse hat,> aber ein sehr humanes (SOT-23). Das lässt sich sogar problemlos auf eine> Lochrasterplatine löten. Da du vom Si2302 auf Ebay für wenige Euro> gleich 20 oder 50 Stück bekommst, darfst du beim Löten auch mal einen> vermurksen :)
Nachdem ich nur einen billigen Lötkolben (Conrad Starterset für 15 €)
habe und nicht so die Skills mitbringe wird das vermutlich passieren :-)
Ich möchte mich gerne nochmal bei allen bedanken die mir geholfen haben,
dass ich a) was lerne und b) hoffentlich mein Projekt abschließen kann.
Ich hab jetzt 50 von den Si2302 bestellt (echt geil, mit Versand nur
3,50 €) und dazu noch 5 von den IRF3708. Wenn die Teile da sind werde
ich es umsetzen und nochmals schreiben ob es wie gewünscht klappt. Danke
nochmal
Wie versprochen melde ich mich nach Abschluss.
Der IRF3708 ist gestern schon gekommen, deswegen hab ich auch den jetzt
verwendet. Im Anhang hab ich den korrigierten Schaltplan.
Ich hab eine Relaxationsphase einprogrammiert. Es wird jetzt bis ca. 31°
aufgeheizt und wenn die Temperatur unter 28° fällt, dann schaltet sich
die Heizung wieder an. Funktioniert wunderbar. Ein erwärmen des MOSFETs
kann man nicht fühlen.
Bin jetzt gespannt ob meine Bhut-Jolokia was wird unter den Bedingungen.
Hier nochmal eine Aufstellung was ich verwendet habe:
* Raspberry Pi Model A
* MOSFET IRF3708
* Widerstandsdraht 10 Ω / m
* 5V Handyladegerät
* Temperatursensor DS18B20
* Kabel und Widerstände
* 8 Samen Bhut-Jolokia
Du solltest noch einen hochohmigen Widerstand zwischen Gate uns Source
schalten, damit der MOSFET nicht schwimmt solange der Portpin noch nicht
als Ausgang definiert ist.
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