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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Basiswiderstand für IRLZ34N


Autor: Tom (Gast)
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Hallo,

eine kurze Frage, weil ich Schaltungen ohne als auch mit 10 Ohm als 
Vorwiderstand zwischen µC und Gate gefunden habe.
KOmmt da einer hin oder nicht?

Autor: THOR (Gast)
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Tom schrieb:
> KOmmt da einer hin oder nicht?

Beides. Nach Bedarf.

Autor: Tom (Gast)
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Was heißt das?
Ich möchte einen Motor mit 12V 500mA schalten
Der µC gibt 5V raus. Keine PWM

Autor: THOR (Gast)
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Dann kannste den weglassen.

Autor: Tom (Gast)
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ok. danke

Autor: MaWin (Gast)
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Tom schrieb:
> eine kurze Frage, weil ich Schaltungen ohne als auch mit 10 Ohm als
> Vorwiderstand zwischen µC und Gate gefunden habe.

Ein MOSFET hat keine Basis, braucht also auch keinen Basiswiderstand.

Für Gate-Widerstände gibt es eine Vielzahl von Begründungen, zu viele um 
sie hier aufzuzählen, also:

http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-fa...
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-fa...

Autor: FETStreichler (Gast)
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THOR schrieb:
> Dann kannste den weglassen.

Ich stell mir immer vor wie die Induktionsspanung vom
Motor in dem Mikrokontroller hineinfunkt.

Autor: Cyborg (Gast)
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FETStreichler schrieb:
> Ich stell mir immer vor wie die Induktionsspanung vom
> Motor in dem Mikrokontroller hineinfunkt.

Der Gatewiderstand würde das kaum verhindern.

Autor: THOR (Gast)
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FETStreichler schrieb:
> THOR schrieb:
>> Dann kannste den weglassen.
>
> Ich stell mir immer vor wie die Induktionsspanung vom
> Motor in dem Mikrokontroller hineinfunkt.

Dann würde ich vielleicht einfach die üblichen Regeln für das Schalten 
induktiver Lasten beachten.

Autor: Tom (Gast)
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Wenn ihr über die Freilaufdiode redet..die ist vorhanden

Autor: Sebastian S. (amateur)
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In vielen Fällen ist der FET für den Triebtäter ein Kondensator.
Hat der Entwickler das Gefühl, dass dieser für den Treiber zu groß ist – 
der Ladestrom könnte den Typen überfordern - so kann ein Widerstand 
diesen begrenzen.
Wenn man unterstellt, dass der Entwickler weiß, dass dadurch eine 
minimale Schaltverzögerung entsteht, so ist das sinnvoll. Bei Schaltern 
geht man aber davon aus: Je schneller geschaltet wird, desto geringer 
sind die zu erwartenden Schaltverluste.
Stürzt aber z.B. ein µP jedes Mal, wenn er schalten soll ab, so sollte 
man über solche Maßnahmen mal nachdenken.

Was aber nicht geht ist hiervon irgendeine Regel abzuleiten.

Autor: Axel Schwenke (a-za-z0-9)
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Sebastian S. schrieb:
> In vielen Fällen ist der FET für den Triebtäter ein Kondensator.
> Hat der Entwickler das Gefühl, dass dieser für den Treiber zu groß ist –
> der Ladestrom könnte den Typen überfordern - so kann ein Widerstand
> diesen begrenzen.

Wie MaWin schon sagte - es gibt viele Gründe, warum ein Vorwiderstand 
vor dem Gate nützlich oder gar notwendig sein kann. Das was du gerade 
gesagt hast, ist aber genau kein solcher Grund.

Autor: Tom (Gast)
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Hallo,
vielen Dank für eure interessanten Antworten. Ich habe es nun ohne 
Widerstand verbaut. Mal schauen wie es sich verhält. Der Motor betreibt 
eine kleine Pumpe, die meine Zimmerpflanzen mit Wasser versorgt.

Wenn es da keine klare regel gibt, wie geht ihr denn da im Bastleralltag 
ganz praktisch vor?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Tom (Gast)

>Wenn es da keine klare regel gibt, wie geht ihr denn da im Bastleralltag
>ganz praktisch vor?

Einfach aufbauen und schauen ob es geht ;-)

Beitrag "Re: Transistor, 1A, 4MHz Schaltfrequenz"

So ein AVR hat ca. 30 Ohm Ausgangswiderstand, da ist der Angstwiderstand 
schon eingebaut.

Autor: Hubert G. (hubertg)
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Wenn ein Widerstand dann max. 22 Ohm, aber nur wenn es aus der Schaltung 
heraus vorgegeben ist. Ich nehme dann an das sich der Entwickler was 
gedacht hat.
Allerdings gebe ich immer einen 47k Widerstand vom Gate nach GND. Damit 
macht der Motor beim Einschalten keine undefinierten Zuckungen. Wird bei 
deiner Wasserpumpe aber egal sein.

Autor: MaWin (Gast)
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Tom schrieb:
> Wenn es da keine klare regel gibt

Die gibt es und die wurden dir genannt, du bist nur offenkundig zu faul 
sie zu lesen weil es mehr als 1 Satz ist und dir nicht vorgelesen wird.

Man könnte all die Regeln aber auch ohne Wissen schlussfolgern, wenn man 
Grundkenntnisse in Halbleiterphysik hat.

Autor: THOR (Gast)
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MaWin schrieb:
> Man könnte all die Regeln aber auch ohne Wissen schlussfolgern, wenn man
> Grundkenntnisse in Halbleiterphysik hat.

Und den Themenkomplex Induktivität, Kapazität, Widerstand, Schwingkreis.

Autor: Veit Devil (devil-elec)
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Hallo,

als einfachsten Schutz kann man zumindestens den Kurschlussfall 
betrachten, wenn die Schaltfrequenz sehr hoch, weil das Gate umladen 
quasi einen Kurschluss darstellt. Dann gehe ich einher und rechne 5V 
durch 20mA (oder was der µC Pin verkraftet) und setze einen 270 Ohm 
Widerstand ein. Damit kann man schon einmal schalten wie man möchte, der 
Pin ist vor Überlastung geschützt. Bei langsamen schalten überflüssig 
wie gesagt wurde.

Autor: Harald Wilhelms (wilhelms)
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Falk B. schrieb:

> So ein AVR hat ca. 30 Ohm Ausgangswiderstand, da ist der Angstwiderstand
> schon eingebaut.

So einen Angstwiderstand baut man u.a. ja auch deshalb ein, um
hochfrequente Schwingungen zu dämpfen. Soche Schwingungen können
sein, müssen aber nicht, je nach Aufbau. Gerade Anfänger können
oft nicht erkennen, ob eine Schaltung schwingt oder nicht.

Autor: Harald Wilhelms (wilhelms)
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Veit D. schrieb:

> Dann gehe ich einher und rechne 5V
> durch 20mA (oder was der µC Pin verkraftet) und setze einen 270 Ohm
> Widerstand ein.

Das ist gerade beim schnellen Schalten meist schon viel zu hoch
und führt zu unnötiger Erwärmung des FETs.

Autor: Peter II (Gast)
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Veit D. schrieb:
> Dann gehe ich einher und rechne 5V
> durch 20mA (oder was der µC Pin verkraftet) und setze einen 270 Ohm
> Widerstand ein. Damit kann man schon einmal schalten wie man möchte, der
> Pin ist vor Überlastung geschützt. Bei langsamen schalten überflüssig
> wie gesagt wurde.

gerade beim schnellen schalten, dauert das umladen damit viel zu lange. 
Damit wird es dem Fet sehr schnell sehr warm.

Autor: THOR (Gast)
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Veit sagte "dann ist der Pin schonmal geschützt". Von maximaler 
Schaltfrequenz war nicht die Rede. Gatetreiber sind Veit vermutlich 
bekannt.

Autor: Veit Devil (devil-elec)
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Hallo,

es wird interessant bei dem Thema, man lernt nie aus.

Gatetreiber kenne ich. Habe bis jetzt noch keine benötigt für meine 
Basteleien. So hohe Schaltfrequenzen habe ich nicht, geht nur bis 
niedrige kHz, bis heute.  :-)

Kommen wir nochmal zu dem Problem zurück, dass das umladen beim 
schnellen schalten durch den 270 Ohm Widerstand zu lange dauert und sich 
damit der FET unnötig erwärmt.

Ich meine, ja, dass ist korrekt. Nur was wäre denn wenn der Widerstand 
fehlen würde oder kleiner wäre? Dann hätte der µC Pin permanent den 
Kurzschlussfall/Überlast zu verkraften. Wird er nicht lange durchhalten, 
meine ich.

Autor: THOR (Gast)
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Veit D. schrieb:
> Hallo,
>
> es wird interessant bei dem Thema, man lernt nie aus.
>
> Gatetreiber kenne ich. Habe bis jetzt noch keine benötigt für meine
> Basteleien. So hohe Schaltfrequenzen habe ich nicht, geht nur bis
> niedrige kHz, bis heute.  :-)

Auch ohne Gatetreiber IC kann man diverse 100 KHz erreichen. Aber gerade 
bei Halbbrücken sind ICs komfortabler (integrierte Totzeit etc.).

> Kommen wir nochmal zu dem Problem zurück, dass das umladen beim
> schnellen schalten durch den 270 Ohm Widerstand zu lange dauert und sich
> damit der FET unnötig erwärmt.

Ja, durch die Tatsache dass die Gate-Kapazität geladen werden muss. An 
dem Punkt liegt am FET Spannung an und es fließt Strom, es ergibt sich 
Verlustleistung.

> Ich meine, ja, dass ist korrekt. Nur was wäre denn wenn der Widerstand
> fehlen würde oder kleiner wäre? Dann hätte der µC Pin permanent den
> Kurzschlussfall/Überlast zu verkraften. Wird er nicht lange durchhalten,
> meine ich.

An der Stelle verletzt man die Absolute Maximum Ratings im Datenblatt 
des µC. AVR zum Beispiel 20mA pro Pin. Aber ich erwarte eigentlich, dass 
das auch langfristig funktioniert. Die CMOS-Endstufe am Pin hat ja auch 
nen Widerstand. Machen würde ich es trotzdem nicht.

An der Stelle muss dann ein Verstärker her:
- Class A (NPN in Emitterschaltung, Lastwiderstand 100 Ohm oder sowas): 
Immer noch schnarchlahm, aber wenn man in Reihe zum Lastwiderstand ne 
Induktivität schaltet kann die Schaltzeit ganz gut werden. Manchmal 
reicht es schnelle Abschaltzeit und langsame Einschaltzeit zu haben, 
dann kann man sowas bauen.
- Class B: Nen NPN oben und nen PNP unten, also beide in 
Kollektorschaltung. Selbst mit nem 2n3904/3906 sind da ordentliche 
Pulsströme möglich. Vorteil: Nur im Moment des Gate-Umladens fließt 
Strom (im Gegensatz zu Class A, da fließt bei Low-Pegel ständig Strom).

Das kann man jetzt noch weiter optimieren: Class B mit Induktivität und 
Spannungsbegrenzungsdioden in der Verbindungsleitung zum Gate. Macht aus 
dem PT1-Glied (bestehend aus Widerstand der Zuleitung und 
Gate-Kapazität) ein PT2-Glied das bei Uth bei richtiger Dimensionierung 
einen höheren Strom in das Gate schickt. Stichwort: Quasi-resonant Gate 
switching.

Die Gatetreiber-ICs sind im Kern Class B Verstärker, allerdings extrem 
niederohmig ausgelegt.

Autor: Veit Devil (devil-elec)
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Hallo,

Danke für die ausführlichere Info.

Wenn ich das demzufolge richtig verstehe, treten die Probleme erst ab 
hohen kHz Bereich der Schaltfrequenz auf. Ab da werden dann Gatetreiber 
nötig. Darunter sind die 270 Ohm nicht störend beim schalten und sichern 
den Pin vor Überlastung oder weiterer Fehlbeschaltung ab.

: Bearbeitet durch User
Autor: Veit Devil (devil-elec)
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Hallo,

an einem Bsp. wird es vielleicht deutlicher. Weil man findet ja keine 
konkreten Angaben ab wann was notwendig ist und wann nicht, weil es 
immer auf die Bauteile ankommt.

Habe dafür den Artikel gefunden und gelesen.
https://www.mikrocontroller.net/articles/Treiber

Mosfet, bei µC Basteleien wird oft der IRLZ34N/44N verwendet.
Die haben eine max. Gate-Ladung Q von 25nC bzw. 48nC.
Rechnen wir mit dem "schlimmsten" und nehmen 48nC.
Schalten wollen mir mit 20kHz.
Wie hoch ist der benötigte Umladestrom?

Lade- bzw. Entladezeit bei 20kHz beträgt 25µs.

I = Q / t

    48 * 10E-09
I = ----------- = 1,92mA
    25 * 10E-06

Das würde bedeuten, wenn wir 20mA zulassen oder bewußt auf 20mA 
begrenzen, dass der Mosfet nicht "ausgebremst" wird. Man könnte also den 
Mosfet mit bis zu 208kHz schalten bei max. 20mA.

: Bearbeitet durch User
Autor: hinz (Gast)
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Veit D. schrieb:
> Man könnte also den
> Mosfet mit bis zu 208kHz schalten bei max. 20mA.

Von Schalten kann da keine Rede mehr sein, das ist Linearbetrieb.

Autor: Peter II (Gast)
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Veit D. schrieb:
> Das würde bedeuten, wenn wir 20mA zulassen oder bewußt auf 20mA
> begrenzen, dass der Mosfet nicht "ausgebremst" wird. Man könnte also den
> Mosfet mit bis zu 208kHz schalten bei max. 20mA.

so kann man das nicht rechnen. Man will ja so schnell schalten wie 
möglich, damit der Fet nicht im Linearen Bereich betrieben wird.

Man müsste also rechnen, wie lange er im Linearen Bereich bei einem 
zusätzlichen Widerstand von 270Ohm ist. Im vergleich ohne den 
Widerstand. Dann wird man sehen, das das Fet eine wesentlich höhere 
Verlustleistung hat.

Nach deiner rechnen würde er in der gesamten Zeit im linearen Bereich 
sein, weil du davon ausgehst da du die komplette Periode zum schalten 
Zeit hast.

Autor: Veit Devil (devil-elec)
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Hallo,

stimmt, dann wäre er ständig mit laden/entladen beschäftigt ohne Pause. 
An was man alles denken muss, gar nicht so einfach das Thema.

Wie würde man es rechnen wenn man nur einen bestimmten Strom zur 
Verfügung hat? Egal ob das jetzt die 20mA sind oder mehr. Irgendwie muss 
oder sollte man immer mal rechnen. Bei bipolaren rechnet man ja immer. 
Mit Mosfet macht an oft Pi mal Daumen in der reinen Bastelei.

Autor: rio71 (Gast)
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Veit D. schrieb:
> Schalten wollen mir mit 20kHz.
>
> Lade- bzw. Entladezeit bei 20kHz beträgt 25µs.
das ist nicht schalten, das ist linearbetrieb...
schalten wäre das:
500khz ~ 50nS
250khz ~ 100nS
125khz ~ 200nS
100khz ~ 250nS
50khz ~ 500nS
25khz ~ 1µS

Autor: M. Köhler (sylaina)
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Veit D. schrieb:
> Mit Mosfet macht an oft Pi mal Daumen in der reinen Bastelei.

Bei reinen Basteleien mach ich nicht nur bei Mosfets oft Pi mal Daumen, 
da mach ich das auch bei BiPos und ich denke viele andere Bastler machen 
das auch ;)

Veit D. schrieb:
> Wie würde man es rechnen wenn man nur einen bestimmten Strom zur
> Verfügung hat?

Na erstmal müsstest du schaun wie schnell der µC den Pegel wechseln kann 
und wie groß sein Ausgangswiderstand ist. Und dann ists nur Kondensator 
Lade-/Entladekurve berechnen (Konstantspannung, nicht Konstantstrom wie 
du es oben gerechnet hattest). Ich mein aber, dass z.B. bei den AVRs 
nicht drin steht wie groß der Ausgangswiderstand eines Portpins ist. Die 
Schaltzeit eines Portpins wird man wahrscheinlich gar vernachlässigen 
können, stehen aber (mein ich) auch nicht im Datenblatt.

Autor: Veit Devil (devil-elec)
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Hallo,

okay. Ins AVR Datenblatt schau ich noch.
Dann erhält man den Tau Wert und nimmt den mal 5. Dann hätte man die 
Ladezeit. Damit errechnet sich dann der maximale Schalttakt mit 
geringster Erholungspause für den Mosfet.

rio71 hat davon noch je Bruchteile dessen angegeben. Sind das 
Erfahrungswerte oder muss man 5*Tau dann nochmal um x erhöhen damit man 
von schalten reden kann?

Autor: Harald Wilhelms (wilhelms)
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Veit D. schrieb:

> So hohe Schaltfrequenzen habe ich nicht, geht nur bis
> niedrige kHz,

Die Schalfrequenz ansich spielt da nur eine untergeordnete Rolle.
Wichtig ist nur die Flankensteilheit des Schaltvorgangs selbst
und die daraus reultierenden Schaltverluste im FET.

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