Hoher Spannungsabfall an MOSFET trotz ausreichender Gate-Spannung

E-Bastler schrieb:
> Laut
> Datenblatt ist bei 5V Rds bei 0,046 Ohm

Dazu muß das Gate 5 Volt positiver sein als der Source Anschluss. Ist 
das in deiner Schaltung so???

erklärbär schrieb:
> Dazu muß das Gate 5 Volt positiver sein als der Source Anschluss. Ist
> das in deiner Schaltung so???

Müsste doch, oder? Spannung liegt ja nur am Drain an. Oder verstehe ich 
da irgendwas falsch?

Sollte R1 nicht zwischen Gate und Source des Fets sein anstelle zwischen 
Gate und GND?

Alexander schrieb:
> Sollte R1 nicht zwischen Gate und Source des Fets sein anstelle zwischen
> Gate und GND?

Echt? R1 und R2 sind doch einfach Pull Down Widerstände, die müssen doch 
auf Ground gehen? Ist übrigens alles Commom Ground also auch der Arduino 
ist mit dem Ground auf dem Schaltplan verbunden.

E-Bastler schrieb:
> Spannung liegt ja nur am Drain an.

Ja, das ist erst einmal richtig. Aber sobald der FET zu leiten beginnt 
steigt ja auch die Spannung an Source.
Und damit die auf 12 Volt ansteigen kann benötigt das Gate 17 Volt, um 5 
Volt positiver als S zu sein...

Außerdem frage ich mich, wie der high side fet angesteuert wird. Er 
braucht am Gate  5V mehr als am Source. Wo ist das Bezugspotential für 
den arduino?

Verwendet man nicht normalerweise einen pmos als high side Schalter oder 
alternativ eine Potentialtrennung?

Alexander schrieb:
> Er
> braucht am Gate  5V mehr als am Source.

Alexander schrieb:
> Wo ist das Bezugspotential für
> den arduino?

Zu späät... Viiiel zu spät... :-)))

Alexander schrieb:
> Verwendet man nicht normalerweise einen pmos als high side Schalter

Das wird das Sinnvollste sein.

Die Ansteuerung des P-FET könnte dann in etwa so aussehen wie hier:

http://www.trifolium.de/netzteil/kap6_1.html

In diesem Beispiel wird der SG3524 mit 12 Volt betrieben während am FET 
(IRF9540) 60 bis 80 Volt liegen.

Danke an alle für die Antworten!

Ok, wenn ich das richtig verstanden habe, ist der High Side N-MOSFET 
nicht richtig durchgesteuert da ich 5V mehr als am Drain bräuchte, also 
17V. Die Lösung des Problems währe jetzt einen Logic Level P Channel 
Mosfet zu nehmen? Und den könnte ich dann direkt am Arduino betreiben?

Dietrich L. schrieb:
> Nein!
> Du brauchst noch einen Pegelwandler, denn sonst kannst Du den P-MOSFet
> nicht abschalten: dafür braucht Du Ugs=0, d.h. +12V gegen GND (Source
> liegt ja an +12V)!

Kannst du das ein bischen erklären? Gibt es auch eine Möglichkeit das 
Ich den N-MOSFET behalte, und ihn einfach anders ansteuere?

Über einen DC DC Wandler der eine galv. Trennung bereitstellt. Ist aber 
sicherlich komplizierter

Hi,

währe das nicht die einfachste Lösung? Bei einem Low Signal vom uC ist 
der P-MOSFET auf +12V, also ausgeschaltet, und bei einem High auf 0V 
also eingeschaltet.
Geht das? Ich würde das gerne einfach, ohne externe Chips lösen, dafür 
fehlt mir die Erfahrung für sowas.

LG

Andreas S. schrieb:
> je nach MOSFET-Typ wird
> die zulässige Gate-Source-Spannung überschritten. Daher sollte diese
> ggf. begrenzt werden.

Wenn ich die das Ganze mit 10-20V Betreibe dürfte das Doch passen oder?

@E-Bastler

Nein.
Du musst dir klarmachen:

Wenn ein n-Fet voll durchgesteuert ist, ist die Spannung an Source bis 
auf ein paar mV gleich gross, wie an Drain. Das schliesst aus, dass du 
deine Gatespannung einfach von V_Drain abzapfen kannst, da die 
Gatespannung einige Volt höher als V_Source (=V_Drain) sein muss. :)

Dein M1 bekommt in obiger Schaltung am Gate soviel Spannung dass er sich 
auf den von dir ganz oben festgestellten Spannungsabfall auf der 
Drain-Source-Strecke einregelt. Nun ist V_drain etwa 4 Volt höher als 
V_source und somit auch die Gatespannung gegenüber Source in dem 
Bereich, in dem der Fet gerade ein wenig zu öffnen beginnt. Er arbeitet 
jetzt im ohmschen Bereich um sich am Drain selbst die erforderliche 
Gatespannungsdifferenz zur Source zu erzeugen... und verbrät als 
Widerstand einige Watt an Verlustleistung.
Genau wieder das Ergebnis, was du oben geschildert hast.

Andreas S. schrieb:
> Daher sollte diese
> ggf. begrenzt werden.

Auf jeden Fall mit einer 12 oder 15 Volt Z-Diode parallel zu R3. So wie 
das auch in dem schon weiter oben genannten Beispiel gemacht wurde:
http://www.trifolium.de/netzteil/kap6_1.html

Dort erkennt man nebenbei auch daß der P-MOSFET in deiner Schaltung noch 
umgedreht werden muß. Source an die Eingangsspannung...

Kommando zurück. Sehe gerade, du hast als M1 nen p-mos drin. Prinzipiell 
stimmt es schon was ich schrieb, aber nicht im Falle deines letzten 
Schaltbildes. War etwas viel Sonne heute... ;-)

E-Bastler schrieb:
> Andreas S. schrieb:
>> je nach MOSFET-Typ wird
>> die zulässige Gate-Source-Spannung überschritten. Daher sollte diese
>> ggf. begrenzt werden.
>
> Wenn ich die das Ganze mit 10-20V Betreibe dürfte das Doch passen oder?


Ich würde es nicht darauf ankommen lassen, der ist plötzlich tot und du 
weißt nicht einmal warum.

Am Gate genügen kürzeste Überspannungsimpulse um den FET ins jenseits zu 
befördern.  Und die können immer auftreten wenn Spulen in der Nähe 
sind...

Hi,

Vielen Dank erstmal für die vielen Guten Erklärungen!

Ich habe jetzt mal alles Ergänzt, und den Schaltplan angehängt. Mit dem 
P-MOSFET und einer Z-Diode (15V müssten passen oder?) müsste das ganze 
ja jetzt funktionieren oder?

LG

Mit R2=10kOhm wird das halt sehr langsam.

E-Bastler schrieb:
> Z-Diode (15V müssten passen oder?)

Genau genommen kommt es auf die Daten des FET an, aber für normale Wald- 
und Wiesen Fets wie dem IRF9540 sollte das passen.

Was noch nicht so gefällt ist der Einbauort der Z-Diode.
Diese soll ja in jedem Fall verhindern daß die Spannung zwischen G und S 
die im Datenblatt angegebene Grenze (z.B. 20Volt) überschreitet.

Und deshalb sollte sie auch wirklich parallel zu deinem R2(im letzten 
Schaltbild) angeschlossen werden.
Damit liegt sie nämlich wirklich unmittelbar zwischen G und S und 
begrenzt die maximale Spannung genau dort wo es erforderlich ist.
(Der Pfeil der Diode muß dabei in Richtung S zeigen.)

Ok, so war das gemeint oder? Und wie sollte ich R2 dimensionieren? 1k 
Wird das ganze wohl beschleunigen. Und da der P-MOSFET ja über den 
Widerstand R2 eingeschaltet wird, ist das ja langsamer als das 
ausschalten durch den Transistor, oder? Soll ich an den Emiter des 
Transistors den gleichen Widerstand wie R2 packen? Fragen über Fragen :)
Vielen Dank und LG

@e-Bastler: Von mir mein "kleiner" Tipp: Deine Schaltung war von Anfang 
bis Ende (bis dato) völliger Schrott. D.h. auch die Zehnerdiode erfüllt 
ihren Zweck überhaupt nicht (bemerkst du das nichtmal in der 
Simulation????)

Du hast weder von Elektronik eine Ahnung noch kannst du anscheinend mit 
LT-Spice mehr als Schaltungen zeichnen und den Startknopf drücken, aber 
du weist es besser als der einzige mit Ahnung (Gerald M.), der dir einen 
kleinen, einfachen doppel-Treiber-IC empfohlen hat, der beide Mosfets 
ansteuern kann! Also weiterhin viel Spass...

Nur der Vollständigkeit halber:
Für das, was du vorhast, gibt es bereits fertige IC's die tatsächlich 
und traumhaft (>90% Wirkungsgrad über großen 
Spannungsbereich)funktionieren - nur leider ohne Arduino.
Es gibt einen Fachbegriff für das was du machst:
"Das viereckige Rad neu erfinden"

@Alexx

Alexxx schrieb:
> Von mir mein "kleiner" Tipp: Deine Schaltung war von Anfang
> bis Ende (bis dato) völliger Schrott.
Völliger Schrott? Ich  habe nur einen P und einen N MOSFET vertauscht!

Alexxx schrieb:
> auch die Zehnerdiode erfüllt
> ihren Zweck überhaupt nicht
Das dachte ich auch schon, aber ich habe sie aber erstmal nach 
erklärbär´s Anleitung eingesetzt, da ich meine er hat wohl mehr Ahnung 
als ich. (Hat er wohl G und S vertauscht)

Alexxx schrieb:
> Du hast weder von Elektronik eine Ahnung noch kannst du anscheinend mit
> LT-Spice mehr als Schaltungen zeichnen und den Startknopf drücken
Wie gesagt bin ich Anfänger, und suche hier nur etwas Tips von Experten. 
LTSpice verstehe ich mit den ganzen Simulationsvarianten nicht, aber zum 
Schaltpläne zeichnen ist es ganz gut.

Alexxx schrieb:
> du weist es besser als der einzige mit Ahnung (Gerald M.), der dir einen
> kleinen, einfachen doppel-Treiber-IC empfohlen hat, der beide Mosfets
> ansteuern kann!
Also wenn ich beides so vergleiche, dann ist die Zwischenlösung dieses 
Posts günstiger, leichter anzusteuern und kommt mit weniger und 
einfacheren Komponenten aus als dieser fertige IC.

Alexxx schrieb:
> Also weiterhin viel Spass...
Danke! :)

Alexxx schrieb:
> Für das, was du vorhast, gibt es bereits fertige IC's die tatsächlich
> und traumhaft (>90% Wirkungsgrad über großen
> Spannungsbereich)funktionieren - nur leider ohne Arduino.
Klar, z.b. von LinearTech. und so weiter, aber ich möchte eine 
Selbstgebaute Lösung, und dabei noch was über das Thema lernen.

Bitte nicht die ganze Zeit rumnörgeln, wenn du keine Lust hast hier 
konstruktiv Tipps zu geben, dann lass es doch einfach.

LG

Alexxx schrieb:
> kleinen, einfachen doppel-Treiber-IC empfohlen hat, der beide Mosfets
> ansteuern kann!

Evtl. insgesamt etwas unwirsch ausgedrückt, aber fachlich völlig 
korrekt.

Gerald M. schrieb:
> Du brauchst einen highside driver wie den IR2110.

Genau so ist es. Der IR2110 hat voneinander unabhängige Lo-in/out und 
Hi-in/out Kanäle, wäre also perfekt - wenn man denn unbedingt den 
Arduino verwenden will. Aber...

Alexxx schrieb:
> Für das, was du vorhast, gibt es bereits fertige IC's

Also für Buck-Boost-Converter gibt es sowohl integrierte Controller, als 
auch Komplett-ICs. Beides auch noch möglich als Synchronwandler, und 
dann zusätzlich mit bidirektionalem Betrieb.

[Synchronwandler, "Synchronous Buck and/or Boost", bedeutet, genau wie 
beim Synchrongleichrichter, daß Dioden durch gesteuerte/aktive 
Bauelemente, nämlich MOSFETs, ersetzt werden.

Die dadurch ermöglichte weitaus geringere Verlustleistung (Diode: Vf x I 
; FET: Rds(on) x I² - rechne selbst bei infragekommenden Bauteilen) 
steigert teils recht stark die Wandlereffizienz, ganz besonders bei 
niedrigen Spannungen und/oder höheren Strömen.]

Wenn Du also keinen zwingenden (oder wenigstens guten) Grund hast, den 
Arduino zu verwenden, solltest Du genannte Lösungen ernsthaft 
bevorzugen.
Hast Du diesen aber, dann nenne doch dessen Details.

Sorry, war mit schreiben beschäftigt, D. letzten Post nicht gesehen.

Geht es Dir um möglichst viele diskrete Bauteile, oder "mit Arduino", 
oder tatsächlich um "Lerneffekte", oder...

Vergiß mal die Kritik von Alexxx, Dein "will lernen" könnte ebenso die 
Wahrheit, wie auch nur eine Rechtfertigung sein - Rechenschaft aber bist 
Du nicht schuldig, nur Informationen... ;-)

Alexxx schrieb:
> D.h. auch die Zehnerdiode erfüllt ihren Zweck überhaupt nicht

Ja, selbst wenn die irgendwann mal richtig angeschlossen wird, begrenzt 
sie die Gate-Source-Spannung nur solange sie den Strom (-> die Leistung) 
aushält. Den Strom, den der Q1 im eingeschalteten Zustand als Ic nach 
Masse ableitet. Der ist zwar durch den mit 10k begrenzten Basisstrom 
auch begrenzt (~0,5mA), kommt aber in die Größenordnung von 100mA. Das 
bedeutet bei Ue=20V etwa 1,5W an der Z-Diode und 500mW am Transistor.

Hi,

wenn du deine Lehrschaltung retten willst, mach es wie in Anhang.

Grüße

Alternative: Mach die Schaltung so wie ganz oben im allerersten Post, 
mit einer kleinen Änderung:

Füge eine Verbindung "Arduino_GND" -> Mosfet-Source-Pin hinzu.

Erfordert natürlich, dass Arduino und 12V aus unterschiedlichen 
("Galvanisch getrennten") Spannungsquellen versorgt werden.

Und erfordert etwas vorsicht beim erweitern/messen, denn jetzt hast du 
zwei verschiedene "GNDs" im Schaltplan.

Planlos schrieb:
> Füge eine Verbindung "Arduino_GND" -> Mosfet-Source-Pin hinzu.
>
> Erfordert natürlich, dass Arduino und 12V aus unterschiedlichen
> ("Galvanisch getrennten") Spannungsquellen versorgt werden.

Und wie soll das gehen? Schau dir den Schltplan im ersten Post an. Da 
gibt es noch M2 der auch vom Arduino angesteuert werden soll. Und dessen 
Source liegt auf Massepotential der 12V.

@Homo Habilis
Ich wollte das ganze einfach nachvollziehbar machen, und den verhassten 
Arduino wollte ich benutzen, weil der mit LC Display schon da ist, und 
sich einfach programmieren lässt.

@ArnoR
Ok, danke! Dann keine Z-Diode.

@Thomas E.
Ja, ich muss mir mal die Zeit nehmen mich da reinzufuchsen, aber dieses 
"Technische" Englisch ist echt schwer zu verstehen.

@Felsentreu
Danke, für den Schaltplan! Sorgen die ganzen Widerstände und die zwei 
Transistoren nicht für eine größere Verzögerung? Und, fehlt da nicht 
noch ein GND irgendwo? Oder verstehe ich da was falsch?

@Thomas E.
Das sieht ja einfach aus. R3 ist nur für die Simulation, oder? Durch die 
niedrigen Widerstandswerte müsste die ansprechzeit ja auch recht niedrig 
sein. Aber fehlt da nicht noch ein Basiswiderstand? Oder wird der durch 
den am Emmiter ersetzt? Kann man da noch eine Z-Diode, wegen dem Flyback 
der Spule unterbringen?

E-Bastler schrieb:
> Arduino wollte ich benutzen, weil der mit LC Display schon da ist, und
> sich einfach programmieren lässt

Falls es nur darum geht, den vorh. Arduino zu benutzen, kann man ja 
trotzdem Gate-Treiber verwenden. Bei Einsatz von zwei IR2110 oder 
äquivalenten ICs kann man sogar synchrone Wandler realisieren 
(Wirkungsgrad). (Zumindest das wäre mit diskreten Treibern sehr 
aufwendig.)

Außerdem haben solche Treiber-ICs keine extrem unterschiedlichen 
Anstiegs- und Abfallzeiten, was aber die bisher genannten diskreten 
Treiber, ohne weitere/veränderte Beschaltung, schon haben. Und weshalb 
Du nur mit recht niedrigen Frequenzen sinnvoll arbeiten kannst. Man kann 
ja die Pull-Up- oder Pull-Down-Widerstände nicht endlos verkleinern...

Thomas E. schrieb:
> Öffne einfach die ASC-Datei

Achso, habe gar nicht gesehen das die auch angehängt ist. Danke für die 
Hilfe und die gute Erklärung :)

Hi,

E-Bastler schrieb:
> Danke, für den Schaltplan! Sorgen die ganzen Widerstände und die zwei
> Transistoren nicht für eine größere Verzögerung? Und, fehlt da nicht
> noch ein GND irgendwo?

Wichtige Verzögerung ist hier nur die Gatekapazität zusammen mit R5.
Der Eingangsteiler R1/R2 sorgt für korrektes Schalten, falls LOW größer 
als 0,7 V ist.

Masse ist ist unten, Emitter von Q1.

Die Schaltung von Thomas Elger hat bei 10 V Eingangsspannung nur ca. 5,5 
V Gatespannung, der FET muss also dazu passen.

Grüße

@Felsentreu
Danke für die Erklärung :)

@alle
Ich bin mir noch nicht sicher welche Schaltung ich nehme, werde aber 
beide ausprobieren!
Kann mir jemand einen P Channel MOSFET empfehlen, der bei 5,5V 
durchschaltet und einen niedrigen R_ds Widerstand hat? Der IRF9540 hat 
extrem hohen Widerstand, und der IRF4905 hat zwar sehr niedrigen 
Widerstand, im Datenblatt steht aber nichts vom Widerstand bei (-)5V 
Gate Spannung.

LG E-Bastler

E-Bastler schrieb:
> Kann mir jemand einen P Channel MOSFET empfehlen, der bei 5,5V
> durchschaltet

Brauchst du doch nicht. Der P Kanal hat dochbei QAnsteuerung über die 
Treiberschaltung (oder einen integrierten Treiber) mehr als die 5V an 
Spannungshub zur Verfügung, nämlich die 12V.

Matthias S. schrieb:
> Schau dir mal Fig. 3 (Transfer Characteristics) an.
Danke für den Tip!

Thomas E. schrieb:
> Vernünftiges Design fängt bei der sinnvollen Definition der
> Betriebsgrenzen der Schaltung an!
Stimmt, 18V reichen eigentlich auch aus, und erspart Aufwand. Also habe 
ich ja jetzt eine Gate-Spannnung von ca. 10V - 18V, und kann den IRF4905 
nehmen?

Der Andere schrieb:
> Brauchst du doch nicht. Der P Kanal hat dochbei QAnsteuerung über die
> Treiberschaltung (oder einen integrierten Treiber) mehr als die 5V an
> Spannungshub zur Verfügung, nämlich die 12V.

Achso? Hab ich in LTSpice jetzt auch mal nachgeschaut, stimmt. Ich 
dachte das brauche ich weil Felsentreu das geschrieben hatte:

Felsentreu schrieb:
> Die Schaltung von Thomas Elger hat bei 10 V Eingangsspannung nur ca. 5,5
> V Gatespannung, der FET muss also dazu passen.

Hi,

E-Bastler schrieb:
> Achso? Hab ich in LTSpice jetzt auch mal nachgeschaut, stimmt. Ich
> dachte das brauche ich weil Felsentreu das geschrieben hatte:
>
> Felsentreu schrieb:
>> Die Schaltung von Thomas Elger hat bei 10 V Eingangsspannung nur ca. 5,5
>> V Gatespannung, der FET muss also dazu passen.

bei 5 V am Eingang fallen am Emitterwiderstand 4,3 V ab. 0,2 V nehme ich 
für die Kollektor-Emitter-Strecke an. 10 V minus 4,3 minus 0,2 macht wie 
viel?

Grüße

Felsentreu schrieb:
> bei 5 V am Eingang fallen am Emitterwiderstand 4,3 V ab. 0,2 V nehme ich
> für die Kollektor-Emitter-Strecke an. 10 V minus 4,3 minus 0,2 macht wie
> viel?
Sorry, stimmt :)

Thomas E. schrieb:
> mit Vin < 20V kann man die Schaltung weiter vereinfachen und hat auch
> bei kleineren Versorgungsspannungen praktisch die volle Eingangsspannung
> als Vgs(on): s.Bild

Thomas E. schrieb:
> Außerdem kann man mit den R-Werten auch noch ein wenig spielen, z.B.
> R1 = 100 Ohm.

Wenn ich das mache, verliere ich aber konstant 140mA. Bei höherem 
Widerstand (z.b. 220 Ohm oder 470) verfälscht das aber mein PWM Duty 
Cycle. Das macht dann aus 50% vom uC ca. 80% Duty Cycle am Mosfet. Ich 
muss die Widerstände irgendwie so dimmensionieren, dass der Dutycycle 
möglichst wenig verfälscht wird, ich aber trotzden keinen allzu riesigen 
Verlust am Emitter des Transistors habe.

So war das doch gemeint?

Thomas E. schrieb:
> Mit welcher Frequenz wolltest Du die reale Schaltung denn
> betreiben?

so zwischen 30-50 kHz

Thomas E. schrieb:
> Dann brauchst Du wohl definitiv den etwas aufwändigeren Treiber.

Der Aufwendigere Treiber ist "Treiber2.png" oder?

Hi,

Bin gerade dabei die Schaltung zu bauen, mir ist bei LTSpice nur 
aufgefallen, das der Strom der kurzzeitig aus den Emittern der 
Transistoren bei dem MOSFET fließt bis zu ca. 330 mA kommt. Im 
Datenblatt der Transistoren (und anderen Standart Transistoren, die ich 
mir angesehen habe) ist aber ein maximaler Emitter Strom von 200mA 
angegeben. Der 330mA Impuls ist sehr kurz, aber ich frage mich trotzdem 
ob es ok ist die Transistoren auf diese Weise zu betriben. Ist ja doch 
außerhalb von deren Spezifikationen.

LG

Wenn die Simulation alle realen Widerstände, inkl. Spannungsquelle, 
Leitungen berücksichtigt, liegt man evt. schon wieder im grünen Bereich.

Thomas E. schrieb:
> oder den Gate-Serienwiderstand vergrößern.
Stimmt, wenn ich den auf 50 ohm vergrößere bin ich bei ca. 190 mA und 
habe keine großen Verluste bei den Schaltzeiten. Danke :)

batman schrieb:
> Wenn die Simulation alle realen Widerstände, inkl. Spannungsquelle,
> Leitungen berücksichtigt, liegt man evt. schon wieder im grünen Bereich.
Da geh ich lieber auf nummer sicher :D

LG

Mit realistischen Parametern zu simulieren, steht nicht im Widerspruch 
zur Sicherheit, im Gegenteil.