mit µC (3.3V) zwei Heizelemente schalten (12V 12W pro Heizung)

[Marcus (Gast)]

Hallo,
ich möchte eine kleine Gehäuseheizung (mit zwei unterschiedlichen 
Heizzonen) auf Basis eines µC bauen.
Programmiert habe ich ihn schon, aber was ich trotzt viel gegoole nicht 
habe herausfinden können, ist, wie eine Transistorschaltung (SMDs) an 
den GPIOs aussehen muss, damit mittels der 3.3v von den GPIOs zwei 
Heizelemente (12V 12W pro Heizung) geschaltet werden können.
Vor lauter Darlington, power MOSFETs und Co. raucht mir der Kopf.
Ich hoffe ihr könnt mir als blutigem Anfänger helfen.
Vielen lieben Dank im Voraus.
Gruß
Marcus

[Chris R. (emigraen)]

Nimm z.B. einen IRLML2502 und verschalte ihn wie hier:
https://i.stack.imgur.com/ZK60L.png

Statt der LEDs kommt deine Heizpatrone rein.
Je nach Leitungslänge kannst du auch noch zur Sicherheit eine 
Freilaufdiode antiparallel zur Heizpatrone einbauen.
Sollte aber normalerweise nicht nötig sein, da die Heizpatrone kaum 
induktives Verhalten aufweisen dürfte.

[Jim M. (turboj)]

Ein N-Kanal MOSFET pro Heizung als Low Side Switch würde reichen. Source 
an GND, Gate an µCG GPIO und Drain an die Heizwendel.

[Harald W. (wilhelms)]

Jim M. schrieb:

> Ein N-Kanal MOSFET pro Heizung als Low Side Switch würde reichen. Source
> an GND, Gate an µCG GPIO und Drain an die Heizwendel.

Es muss aber ein spezieller "Low-Logik-Fet sein, der bereits bei
Ugs=3V schaltet.

[Marcus (Gast)]

@all - danke für die schnellen Antworten

@Chris
Meinst Du das so?

[Route_66 H. (route_66)]

Marcus schrieb:
> Meinst Du das so?

Wenn deine Heizfolie heizt indem sie kurzgeschlossen wird, dann könnte 
es funktionieren.

[Marcus (Gast)]

ups, stimmt

[Marcus (Gast)]

@route 66 - Danke

Korrektur s.u.

@Jim M.
Bräuchte ich dann keine Widerstände?
Welchen "Low-Logik-Fet" könnte ich nehmen?

[Harald W. (wilhelms)]

Marcus schrieb:

> Korrektur s.u.

Hmm, diese Schaltung funktioniert nur bis zum ersten Einschalten
des Transistors. Die Last muss zwischen Drain und  +12V geschaltet
werden.

> Welchen "Low-Logik-Fet" könnte ich nehmen?

Da solltest Du die Suchfunktion der einschlägigen Hersteller nehmen.

[Michael (Gast)]

Die Heizfolie muss zwischen T3 und der 12 Volt Versorgung.....

[Marcus (Gast)]

@Harald & Michael
Danke.
Ich hätte ja auch mal das Bild/den Text von Chris richtig 
anschauen/lesen können. :-)

[Marcus (Gast)]

.. jetzt weiß ich auch wo Drain/Source und Gate sind.

[Robin S. (der_r)]

Warum willst du die Spannungsversorgung kurzschließen?!

Ist googlen nach "Transistor als Schalter" so schwer? Das zweite 
Ergebnis erklärt es sogar für Zehntklässler verständlich...

[Marcus (Gast)]

@Robin S. - Danke

och nöö - Haare rauf
Danke, dass überhaupt noch einer antwortet, bei dem was ich hier 
verbocke.

[Marcus (Gast)]

@ Robin S.

Ich habe viel gelesen. Da ist dann von Vorstufen die Rede und 
Optokopplern usw. Da war ich mir einfach nicht sicher ob eine "einfache" 
Schaltung auch wirklich das Richtige ist.

[derGast (Gast)]

Nachdem wir hier mit sechs Ings fast auf dem Boden lagen vor Lachen 
jetzt einmal mit viel gutem Willen:

Der Strom fliesst von Plus nach Minus, bei Dir also von VCC 12V nach 
GND. Dabei sucht er sich den Weg des geringsten Widerstands.

Daher wird deine Konstruktion aus Heizelement und FET komplett 
wirkungslos, weil der Strom mit der direkten Verbindung von VCC 12V nach 
GND einen viel geringeren Weg bekommt - der Fachmann spricht von einem 
Kurzschluss.

Wenn du also den Kurzschluss rechts im letzten Bild weglässt, passt es 
grob.

[doedel (Gast)]

falls Du immer noch auf der Suche nach einem geeigneten MOSFET bist: ich 
nehme dafür immer den IRF3708 für 69 Cent.

[Manfred (Gast)]

doedel schrieb:
> ich nehme dafür immer den IRF3708 für 69 Cent.
Der eingangs genannte IRLML2502 mit geraten um 70mOhm sollte bei 1A Last 
auch gut funktionieren.

http://www.infineon.com/dgdl/irlml2502.pdf?fileId=5546d462533600a401535667f44d2602

[Harald W. (wilhelms)]

Manfred schrieb:

> Der eingangs genannte IRLML2502 mit geraten um 70mOhm sollte bei 1A Last
> auch gut funktionieren.

Ja, zum Test, ob der Transistor für diese Anwendung brauchbar ist,
sollte man immer in der Reihe R DSon bei den "Conditions" nachsehen
und nicht in der Reihe "Gate Treshold Voltage".

[Manfred (Gast)]

Harald W. schrieb:
> a, zum Test, ob der Transistor für diese Anwendung brauchbar ist,
> sollte man immer in der Reihe R DSon bei den "Conditions" nachsehen
> und nicht in der Reihe "Gate Treshold Voltage".

Ich verstehe Deine Einlassung nicht so ganz. Ich sehe

0.080 Ohm max. @ VGS = 2.5V, ID = 3.6A

das sollte doch für 1A Last locker genügen. Was habe ich übersehen?

[Harald W. (wilhelms)]

Manfred schrieb:

> Was habe ich übersehen?

Du nix.
Viele andere schauen nur in der Reihe "Treshold" nach.
Und wundern sich dann, das der FET heiss wird. Mein
Hinweis diente nur der "allgemeinen Weiterbildung".
:-)

[Marcus (Gast)]

@derGast
Auf jeden Fall triffst Du vor Lachen noch die Tasten.
Das reicht mir.
Heizung04 is falsch?

@Doedel & Manfred & Harald W.
Jetzt habe ich schon einige Datenblätter/Transistoren vorgeschlagen 
bekommen, aber wie lese ich die PDFs/was ist an den Daten für mich 
relevant?
Wenn ich Euch richtig verstehe, geht es um
- die Last (A), die er maximal aushält unter R DS(on) abhängig von V am 
Gate und der Umgebgstemperatur
und
- die maximale Spannung (V) bei der der Transistor schaltet/am Gate 
anliegt oder eben nicht [V GS]
- sowie V DS, die maximale Spannung an Drain
..richtig?

Wo finde ich die Angabe zur minimalen Spannung am Gate?
Sind die Widerstände richtig oder wie kann ich sie berechnen?

DANKE!

[doedel (Gast)]

vereinfacht: die wichtigsten Infos eines MOSFET sind
- N-Channel oder P-Channel Typ (für Deinen Zweck empfehlen wir Dir alle 
einen N-Channel Typ. Die Erklärung des Unterschieds spare ich mir hier, 
da dafür eingies an Grundwissen über MOSFET's erforderlich ist).
- UDS (die max. Last-Spannung, die mit dem MOSFET geschalten werden 
kann)
- IDS (der max. Last-Strom, der mit dem MOSFET geschalten werden kann)
- Rdson (der "Rest-Widerstand" des MOSFET bei definierten Gatespannungen 
gegenüber dem Source-Anschluss UGS. Da sollte ein Wert aufgeführt sein 
für ein UGS <= Deiner Controller-Spannung. ACHTUNG: der max. schaltbare 
Strom ist ebenfalls abhängig von UGS. Deshalb steht da auch immer, für 
welchen Strom bei weilcher Spannung der Rdson Wert gilt.).


Der Rest der Werte ist erst auf den zweiten Blick interessant.

[Marcus (Gast)]

@doedel - danke

ist IDS = IDSS ?
..weil IDS finde ich nicht und IDSS ist in µA angegeben.

[Patrick (Gast)]

Nein, das ist der Leckstrom, der noch fließt, wenn der Mosfet gesperrt 
ist.
Du suchst einen Strom im Amperebereich, während der MOSFET leitet.
Diese beiden Grafiken können dir da helfen:
Auf dem rechten Bild ist RDS_on in Abhänigkeit vom Laststrom 
aufgetragen.
Du steuerst mit 3,3 Volt, also guckst du dir die obere Kurve für U_GS = 
2,5 Volt an.
In deiner Anwendung fließt ja, wenn du nur ein Heizelement schaltest, 
nur ca. 1 Ampere, da kannst du etwa einen RDS_on von ca. 0,05 Ohm 
ablesen (mehr als tatsächlich in der Grafik, aber lieber etwas mehr 
annehmen). Diesen Wert multiplizierst du sicherheitshalber nochmal mit 
dem Faktor 2, denn der RDS-on steigt mit zunehmender Temperatur. Das ist 
eine sehr konservative Auslegung, die die hier aber nicht weh tut.
Gehe also von einem RDS_on von 0,1 Ohm aus.
nach

$$P=I²*R$$

ergibt sich also eine Verlustleistung von 0,1 Watt.
Bei zwei Heizelementen und doppeltem Strom entsprechend 0,4 Watt.
Mit dem thermischen Widerstand (junction to ambient, d.h. vom Chip zur 
Umgebungsluft) von 100 Kelvin pro Watt kannst du berechnen, dass sich 
der Chip um ca. 10°C bzw. 40°C ggü. der Umgebungsluft erwärmt, das ist 
alles im grünen Bereich (bei 40°C Umgebungstemperatur sind das 50 bzw. 
80°C im inneren, da fühlt sich der Mosfet noch pudelwohl).
Du kannst diesen Mosfet also ohne große Bedenken für deine Anwendung 
einsetzen.

[Manfred (Gast)]

Marcus schrieb:
> @Doedel & Manfred & Harald W.
> Jetzt habe ich schon einige Datenblätter/Transistoren vorgeschlagen
> bekommen, aber wie lese ich die PDFs/was ist an den Daten für mich
> relevant?

Verträgt der FET die maximal auftretende Versorgungsspannung?
(Ja, auch mit Angstreserve genug)

Kann der FET den maximalen Strom?
(Ja, mehr, als Du brauchst)

Wird er bei der gegebenen Ansteuerspannung schalten bzw. welchen 
Restwiderstand hat er dabei?
(Ja, er geht ab 1,2V los)

"Deiner" hat bei 2,5V am Gate maximal 0,08Ohm, bei 4,5V 0,045Ohm. Bei 
Deinen 3Volt wird er irgendwo dazwischen liegen, vielleicht 70mOhm, 
vielleicht streut er negativ und erreicht sogar 0,045 Ohm, egal.

Du willst 12W an 12V, daraus rechnet sich ein Strom von 1A.

Gehe ich von 80mOhm (schlechtester Fall) aus, fallen also 80mV ab, diese 
mal 1A geben 80mW an Verlustleistung. Erfahrung an: Das kann der 
problemlos.

[Marcus (Gast)]

@all

Vielen lieben Dank an Alle für's Weiterhelfen.
Wünsche Euch ein schönes Wochenende.