Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LTC1157 als High-Side Treiber für den IRLML2502


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von Mike Cr (Gast)


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Guten Tag,

Da ich schon viel gutes über dieses Forum gehört habe, dachte ich mir 
dann stell ich meine Frage mal hier.

Es geht um folgendes Problem, ich nutzte den IRLML2502 MOSFET zum 
schalten von Lasten mittels Arduino DUE (3.3V Board). Bis jetzt habe ich 
immer in Low-Side geschaltet, wodurch ich den MOSFET direkt an den DUE 
hängen konnte (siehe Bild). Jedoch muss ich jetzt eine Last in High-Side 
schalten (5V Last) was zur folge hat, dass ich eine Gate Spannung von 
+-8.3V brauche (5V+3.3V), ich jedoch nur eine Batterie von 7.2V habe. 
Deshalb habe ich daran gedacht den MOSFET mittels LTC1157 anzusteuern. 
Jetzt wollte ich fragen, ob meine Low-Side und High-Side Verschaltungen 
so funktionieren oder ob noch verbesserungsbedarf da ist.

Wichtige Infos:
Arduino Due gibt maximal 3.3V an den Pins aus (verkraftet auch nicht 
mehr).
Die Due Pins können maximal 15mA liefern.
Ich würde den LTC1157 gerne auf 5V betreiben (Ug ~= 13.8V).

Ich danke jedem der mir versucht zu helfen. :)

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Mike Cr schrieb:
> ich nutzte den IRLML2502 MOSFET zum schalten von Lasten
Ändere das und nimm einen P-Kanal Mosfet als Schalter. Z.B. den 
IRLML2244
Und zum Ansteueern einfach einen npn Transistor...

von Mike C. (mike_c)


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Lothar M. schrieb:
> Mike Cr schrieb:
>> ich nutzte den IRLML2502 MOSFET zum schalten von Lasten
> Ändere das und nimm einen P-Kanal Mosfet als Schalter. Z.B. den
> IRLML2244
> Und zum Ansteueern einfach einen npn Transistor...

Dann brauch man aber negative Gate Spannungen oder ?
Und was für einen Vorteil hätte ein P-Kanal gegenüber einem N-Kanal und 
ist ein N-Kanal nicht besser für Batterie Betrieb ?

Danke für deine Antwort :)

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Mike C. schrieb:
> Dann brauch man aber negative Gate Spannungen oder ?
Du brauchst eine negative Ugs, du brauchst also am Gate eine negative 
Spannung gegenüber der Source. Weil die Source aber an +5V hängt, ist 
das ganz einfach: zieh das Gate auf GND und schon liegen da gegenüber 
der Source -5V an und der FET leitet in voller Pracht.

> Und was für einen Vorteil hätte ein P-Kanal gegenüber einem N-Kanal
Viel weniger Aufwand bei der Ansteuerung.

> ist ein N-Kanal nicht besser für Batterie Betrieb ?
Wenn du dafür einen extra Treiber mit 80µA Strombedarf versorgen musst, 
dann ist das sicher nicht besser...

: Bearbeitet durch Moderator
von Mike C. (mike_c)


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Lothar M. schrieb:
> Mike C. schrieb:
>> Dann brauch man aber negative Gate Spannungen oder ?
> Du brauchst eine negative Ugs, du brauchst also am Gate eine negative
> Spannung gegenüber der Source. Weil die Source aber an +5V hängt, ist
> das ganz einfach: zieh das Gate auf GND und schon liegen da gegenüber
> der Source -5V an und der FET leitet in voller Pracht.
>
>> Und was für einen Vorteil hätte ein P-Kanal gegenüber einem N-Kanal
> Viel weniger Aufwand bei der Ansteuerung.
>
>> ist ein N-Kanal nicht besser für Batterie Betrieb ?
> Wenn du dafür einen extra Treiber mit 80µA Strombedarf versorgen musst,
> dann ist das sicher nicht besser...

Stimmt... Danke :)

Würde das denn auch mit einen N-Kanal MOSFET gehen statt einen BJT?
(wie auf meinem dem Bild, Pull-Down fehlt nach...)

: Bearbeitet durch User
von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Mike C. schrieb:
> Würde das denn auch mit einen N-Kanal MOSFET gehen statt einen BJT?
> (wie auf meinem dem Bild, Pull-Down fehlt nach...)
Ja.
Und für Batteriebetrieb sollte der "R?" natürlich irgendwas im 100k 
Bereich haben, weil sonst allein diese Ansteuerung schon kanpp 4mA 
braucht (5V/1,2kOhm).

von Mike C. (mike_c)


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Lothar M. schrieb:
> Ja.
> Und für Batteriebetrieb sollte der "R?" natürlich irgendwas im 100k
> Bereich haben, weil sonst allein diese Ansteuerung schon kanpp 4mA
> braucht (5V/1,2kOhm).

-Reicht das denn um den MOSFET noch relativ schnell zu schalten.
-Und ist der 330Ohm Widerstand für den IRLML2502 eigentlich ausreichend 
(HB geht zum Arduino Due = 10mA)
-Und wie erkenn ich in den Datenblätter wann ein MOSFET "richtig" 
durchschalten tut, ich versteh das noch nicht so ganz ;)
-Und wie weis man, wie hoch der Vorwiderstand dimensioniert werden soll?

Danke für deine Hilfe ;)

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von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Mike C. schrieb:
> -Reicht das denn um den MOSFET noch relativ schnell zu schalten.
Definiere "relativ".
Einschalten tut er binnen einiger ns, weil da nichts bremst. Zum 
Ausschalten braucht er über die 100k und 500pF Gatekapazität mit ca. 
50µs etwas länger...

: Bearbeitet durch Moderator
von Mike C. (mike_c)


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relativ währe innerhalb von 1-10ms :)
Dann scheint das aber locker zu gehen.

Danke

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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> -Und ist der 330Ohm Widerstand für den IRLML2502 eigentlich ausreichend
> (HB geht zum Arduino Due = 10mA)
Ersetze ihn durch eine Brücke.

> -Und wie erkenn ich in den Datenblätter wann ein MOSFET "richtig"
> durchschalten tut, ich versteh das noch nicht so ganz ;)
Such einfahc mal im Datenblatt nach "VGS = -4.5V". Dann findest du schon 
die nötigen Stellen. Am wichtigsten ist die Stelle, wo der maximale 
DS-Widerstand bei -4,5V angegeben ist.

> -Und wie weis man, wie hoch der Vorwiderstand dimensioniert werden soll?
Der ist normalerweise gar nicht nötig. Man braucht ihn nur, dass der 
Mosfet z.B. bei einer PWM langsamer schaltet und so weniger EMV-Schmutz 
produziert. Wenn du sowieso nur ein paar mal am Tag schaltest, dann 
brauchst du den Gatewiderstand nicht.

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von Mike C. (mike_c)


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Lothar M. schrieb:
> Der ist normalerweise gar nicht nötig. Man braucht ihn nur, dass der
> Mosfet z.B. bei einer PWM langsamer schaltet und so weniger EMV-Schmutz
> produziert. Wenn du sowieso nur ein paar mal am Tag schaltest, dann
> brauchst du den Gatewiderstand nicht.

Ich kann ihn aber zum Schutz der Elektronik drin lassen (verkraftet 
maximal 15mA pro Pin, Widerstand ist für 10mA ausgerechnet).



MfG
Mike Cr

: Bearbeitet durch User
von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Mike C. schrieb:
> Ich kann ihn aber zum Schutz der Elektronik drin lassen (verkraftet
> maximal 15mA pro Pin, Widerstand ist für 10mA ausgerechnet).
Mach doch gleich 4k7 draus, dann schützt er wirklich...

von Mike C. (mike_c)


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Ok, wie rechnest du eigentlich die Schaltgeschwindigkeit aus.

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von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Über den Daumen mit R*C... ;-)

von Mike C. (mike_c)


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Lothar M. schrieb:
> Über den Daumen mit R*C... ;-)

Aber wie kommst du an den C, es gibt ja Cgs,Cds und Cgd. :)

Stimmt die Rechnung den so:

5*tau = C geladen
tau = R*C
100k*500pF = 50µs (+-63% geladen)
0.000 05 * 5 = 250µs

Daraus folgt das der C in +-250µs voll geladen ist oder?(99.99%, voll 
wird er ja theoretisch nie...).

: Bearbeitet durch User
von Mike C. (mike_c)


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Oh, ich sehe gerade bei euch in der wiki:
Da die Gatekapazität nicht direkt im Datenblatt enthalten ist kann man 
sich mit der Eingangskapazität Ciss behelfen. Im Arbeitspunkt ist die 
Gatekapazität ungefähr 5x größer als der im Datenblatt für Ciss 
angegebene Wert. Daher berechnet sich die Treiberleistung wie folgt:

Dass heißt ich habe eine Zeit von:

tau = 100k * 2850pF = 285µs

Fûr voll geladen: 285*5 = 1.425ms

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Mike C. schrieb:
> Fûr voll geladen: 285*5 = 1.425ms
Du brauchst aber nicht bis "voll geladen" mit 5tau warten, weil der 
Mosfet ja schon deutlich vorher zu leiten beginnt. Ich rechne da mit 
1tau, weil dann die Ugsth locker überschritten ist. Also wirst du mit 
Sicherheit eine Schaltzeit unter 1ms bekommen.
Das bedeutet letztlich eigentlich nur, dass du die vielen 
Nachkommastellen gar nicht mitschleppen brauchst, weil es bei der 
Rechnung bestenfalls drum geht, in der richtigen Zehnerpotenz 
herauszukommen: 10ms? 1ms? 100µs?

von Mike C. (mike_c)


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Jo dann...

Danke für deine Hilfe :)

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