Hi,
ich habe eine LED, die ich mit 150 mA betreiben möchte. An- und
ausschalten werde ich sie über einen Pin am Mikrocontroller. Nun
versuche ich eine geeignete Schaltung auszulegen und würde mich über
Tipps freuen.
Auf dem folgenden Bild ist dargestellt, wie ich das realisieren würde:
http://www.sprut.de/electronic/switch/nkanal/nleit.gif
Jedoch habe ich andere Spannungswerte als auf dem Bild dargestellt.
Anstatt der Versorgung von 20 V habe ich 12 V.
Anstatt der 10 V Ugs habe ich 3,3 V (Wenn LED leuchten soll)
beziehungsweise 0 V (Wenn LED nicht leuchten soll).
1) reicht die Gate-Source-Spannung von 3,3 V (vom Mikrocontroller) aus,
um das
MOSFET zu schalten.
2) Kann ich den Strom einfach über einen Vorwiderstand einstellen?
Also: R = U/I = 12V/150mA = 80 ohm
Oder muss ich hier noch etwas beachten?
Ich habe bisher noch kein MOSFET ausgewählt. Könnt ihr mir einen für
diese Aufgabenstellung typischen MOSFET empfehlen?
jolo schrieb:> 1) reicht die Gate-Source-Spannung von 3,3 V (vom Mikrocontroller) aus,> um das MOSFET zu schalten.
Das kommt auf den FET an. Es sollte schon ein Logik-Level FET sein, z.B.
ein irlml2502 hätte sogar noch ein paar Reserven.
Die Schaltung ist nur eine Prinzipschaltung. So wie sie da ist, ist sie
unvollständig.
1. Transistor
IRLML2502TRPBF ist zB eine gute Wahl. Der kann mehrere A schalten, und
hat eine geringe V_GS(th). Das ist Die Größe, auf die Du im Datenblatt
achten musst, wenn Du FETs mit 3.3V ansteuern willst.
2. Gate Vorwiderstand
Vors Gate gehört immer ein Vorwiderstand - zum einen um das Gate selber
zu schützen - das ist nämlich das empfindlichste, und zum anderen als
Strombegrenzung beim Auf- und Entladen des Gates und um den Prozessorpin
nicht zu überlasten. Üblicherweise liegt der so zwischen 10Ω und 100Ω,
22 oder 33Ω sind ein guter Startwert.
3. Gate Pulldown
Damit der FET beim Einschalten nicht irgendwelche Sachen macht, setzt Du
einen Pulldown ans Gate, so 100k gegen GND. Beim Einschalten sind ja
alle Prozessorpins auf Eingang, und ohne Pulldown hättest Du
undefinierte Zustände an Gate.
4. LED Konstantstrom
Du weißt ja, dass LEDs mit Konstantstrom und nicht mit Konstantspannung
betrieben werden. Den passenden Vorwiderstand brauchst Du immer noch.
Bei der Berechnung darfst Du nicht die Betriebsspannung, sondern nur die
Spannung über den Vorwiderstand ansetzen. Die LED hat ja selber einen
gewissen Spannungsabfall (Vorwärtsspannung, Vf, im Datenblatt
nachschauen), und die musst Du vorher abziehen.
fchk
Timmo H. schrieb:> BS170 sollte es tun
Ich habe nun die Kennlinie aus dem Datenblatt des BS170 angehängt.
Wegen Ugs = 3,3 V konzentriere ich mich hier auf die Linie mit 3.0 V.
Und dann fällt auf, dass ich keine 150 mA betreiben kann?!
Und wenn ich mir die Kennlinie so anschaue, dann vermute ich, dass ich
die Schaltung nicht so einfach wie bei 2) ,von mir beschrieben, auslegen
kann.
Ich muss schauen, dass die Spannung Uds hoch genug ist (wahrscheinlich
am besten im Bereich parallel zur X-Achse).
Also: R = (U-Uds)/I = 12V-Uds/150mA = ??? ohm
@Frank K. danke für die ausführliche Hilfe. Wenn ich nun die Kennlinie
vom IRLML2502TRPBF abschaue, fällt auf, dass bereits bei Uds = 0.1 ein
sehr hoher Strom fließen kann.
Also würde ich den LED-Vorwiderstand folgendermaßen auslegen:
R = U/I = (12V-Uf-0.1V)/150mA
jolo schrieb:> Auf dem folgenden Bild ist dargestellt, wie ich das realisieren würde:> http://www.sprut.de/electronic/switch/nkanal/nleit.gif
Da ist schonmal keine Strombegrenzung dabei. Ohne mindestens einen
Vorwiderstand brennt die LED durch.
Sag mal welche Flussspannung deine LED hat.
jolo schrieb:> dass bereits bei Uds = 0.1 ein> sehr hoher Strom fließen kann.
Spannung drain-source. Der Punkt des Diagramms den du dir da angeguckt
hast ist Vollaussteuerung, natürlich fließt da ein hoher Strom.
Kauf dir ne Konstantstromplatine von Ebay, mit deinem Kenntnisstand wird
das sonst ne unendliche Geschichte.
THOR schrieb:> Da ist schonmal keine Strombegrenzung dabei. Ohne mindestens einen> Vorwiderstand brennt die LED durch.
Den Widerstand habe ich ja erwähnt. Über diesen Vorwiderstand will ich
den Strom ja einstellen.
THOR schrieb:> Spannung drain-source. Der Punkt des Diagramms den du dir da angeguckt> hast ist Vollaussteuerung, natürlich fließt da ein hoher Strom.
Ich will ja auch einen hohen Strom. Was meinst du mit Vollaussteuerung?
Den Arbeitspunkt, den ich mir ausgewählt habe liegt auf der Y-Achse der
Kennlinie (bei Ugs=3.5V und Uds=0.1V).
Was spricht gegen diesen Arbeitspunkt?
In dieser Kennlinie, wird doch sicherlich der maximale Strom bei den
entsprechenden Spannungen Ugs und Uds dargestellt?
Und da der maximale Strom dargestellt wird, kann ich den Arbeitspunkt
bei einer beliebigen Uds wählen. Der Strom ist dann halt geringer, weil
er von meinem Vorwiderstand begrenzt wird.
jolo schrieb:> @Frank K. danke für die ausführliche Hilfe. Wenn ich nun die> Kennlinie> vom IRLML2502TRPBF abschaue, fällt auf, dass bereits bei Uds = 0.1 ein> sehr hoher Strom fließen kann.>> Also würde ich den LED-Vorwiderstand folgendermaßen auslegen:>> R = U/I = (12V-Uf-0.1V)/150mA
Siehe Dir auch mal den BS108 an. Ugs passt, Rdson beträgt dann 8R. Das
ist kein Spitzenwert, für Deine Anwendung aber ok. Bei 150mA sind das
180 mW Verlustleistung am Transistor. Gehäuse ist TO92.
Der BS108 ist wohl ein Auslaufmodell, bei Reichelt gibt es ihn noch.
https://www.reichelt.de/BS-Transistoren/BS-108/3/index.html?ACTION=3&GROUPID=2884&ARTICLE=5852
Die 8R Rdson musst Du in die Berechnung für den Vorwiderstand mit
einfließen lasen.
Jörg R. schrieb:> Die 8R Rdson musst Du in die Berechnung für den Vorwiderstand mit> einfließen lasen.
Bei zB. IRLML2502 kannst du den aber getrost in die Tonne klopen.
Das du da wahrscheinlich gut 1W am VR verheizt, hast du gedacht?
Teo D. schrieb:> Jörg R. schrieb:>> Die 8R Rdson musst Du in die Berechnung für den Vorwiderstand mit>> einfließen lasen.>> Bei zB. IRLML2502 kannst du den aber getrost in die Tonne klopen.> Das du da wahrscheinlich gut 1W am VR verheizt, hast du gedacht?
Ich weiß jetzt nicht so ganz genau was Du meinst.
Ich habe gedacht das ich dem TO einen Vorschlag mache bei dem Ugs passt.
Zudem ist der BS108 kein SMD-Bauteil. Das Rdson recht hoch ist habe ich
ja geschrieben, er stört aber nicht.
Hallo,
@ jolo:
vergiss mal bitte ganz schnell den Arbeitspunkt und sowas. Du möchtest
das der Mosfet selbst gut durchsteuert. Damit er selbst keine hohe
Verlustleistung bei sich aufweist. Das erreichst du mit deinen 3,3V am
Gate.
Damit ist der IRLML2502 z.Bsp. satt durchgesteuert, genau das was man
möchte.
Dein Vorwiderstand für den Lastkreis:
Rv = Ub - Uled / 150mA = 12V - Uled / 150mA
P Rv selbst berechnen.
Das wars. Den Spannungsabfall am Mosfet kannste hier ignorieren. Kannst
natürlich dann nachmessen um zu wissen welche Verlustleistung der Mosfet
wirklich hat oder zu Kontrolle das alles passt. Zur Berechnung spielt
das hier praktisch keine Rolle. Rechnerisch liegt der Spannungsabfall
Uds bei maximal 12mV. Maximal 80mOhm Rds bei 150mA.
Der vorgeschlagene BS108 geht auch, nur hier musste die Uds
berücksichtigen.
Bei ca. 8 Ohm Rds und 150mA fallen 1,2V ab. Macht Ptot 180mW für den
Mosfet. Alles im grünen Bereich.
Teo D. schrieb:> Jörg R. schrieb:>> Ich weiß jetzt nicht so ganz genau was Du meinst.>> Veit D. schrieb:>> Hallo,>> ...
Der von Veit D. kam aber erst später. Dein Kommentar war schon etwas
unverständlich;-)
@Veit D.
Der IRLML2502 ist natürlich die bessere Wahl. Rdson ist mit 8R beim
BS108 schon sehr hoch. Viele Reserven bietet er mit einem max. Strom von
250mA auch nicht. Der BS108 ist auch doppelt so teuer wie der IRLM2502.
Dafür ist er im TO92 Gehäuse.
Hallo,
muss sowieso der TO entscheiden was er nimmt. Wir können nur Vorschläge
bringen. :-)
Wenn es ums einfachere löten geht, dann kann man noch den NDP6020
nehmen. Im TO220 und ist mit Vgs 2,7V spezifiert. Der ist nur kaum
beschaffbar. Im hbe-shop (Farnell privat) gibts nur die P-Channel
Variante.
Jörg R. schrieb:> Dein Kommentar war schon etwas> unverständlich;-)
Naja, ich will hier Niemanden das Denken abnehmen. ;)
PS: Warum werden hier ständig kaum beschaffbare Teile vorgeschlagen, wo
es doch mehr als genug Alternativen gibt?
Teo D. schrieb:> PS: Warum werden hier ständig kaum beschaffbare Teile vorgeschlagen, wo> es doch mehr als genug Alternativen gibt?
Wo sind denn Deine Vorschläge??
Der IRLML2502 ist beschaffbar, Bauform ist halt SMD.
Der BS108 ist noch beschaffbar, kostet aber 0,40,- Euro.
Teo D. schrieb:> @Jörg> Wo und wann hab ich dir den so ans Bein gepisst?> Ich mein ich will schon wissen, ob es sich lohnt hier weiter zu machen!
Sieh mal hier: Beitrag "Re: 24VDC Relais mit 5v schalten"jolo schrieb:> ich habe eine LED, die ich mit 150 mA betreiben möchte. An- und> ausschalten werde ich sie über einen Pin am Mikrocontroller. Nun> versuche ich eine geeignete Schaltung auszulegen und würde mich über> Tipps freuen.
Da würde ich nicht unbedingt einen MOSFET verwenden. Ein BC337-40 tut es
einwandfrei. Vor die Basis einen Widerstand von meinetwegen 470 Ohm.
Oder man schaltet einen Widerstand in die Emitterleitung und läßt den
Transistor als Konstantstromquelle arbeiten.
Alles unproblematisch.
Teo D. schrieb:> @Jörg> Wo und wann hab ich dir den so ans Bein gepisst?> Ich mein ich will schon wissen, ob es sich lohnt hier weiter zu machen!
Hallo Teo,
gar nicht. Sollte das so rüber gekommenn sein - Entschuldigung?
Nur beschwerst Du dich über die Vorschläge anderer User, leferst aber
erst auf Nachfrage selber welche. Das war eigentlich alles.
Viele der Verlinkungen sind ja auch gut, es sind halt nicht alle LL.
Aber, weitermachen lohnt sich.
Schade ist nur das jetzt auch der Obertroll m.n. (Gast) dabei ist.
Der hat sich auf mich eingeschossen und sucht bestimmt gezielt nach
meinen Kommentaren, inkl. darin enthaltener Rechtschreib- und
Interpunktionsfehler. Sozusagen Obertroll und Oberlehrer in einer
Person?
Der fragt jetzt bestimmt wieder nach einer Berechnung.
Manfred schrieb:> jolo schrieb:>> Anstatt der 10 V Ugs habe ich 3,3 V> Warum einen FET und keinen Standard NPN-Transistor BC_3-irgendwas?
Klar, warum nicht.
jolo schrieb:> @Frank K. danke für die ausführliche Hilfe. Wenn ich nun die Kennlinie> vom IRLML2502TRPBF abschaue, fällt auf, dass bereits bei Uds = 0.1 ein> sehr hoher Strom fließen kann.>> Also würde ich den LED-Vorwiderstand folgendermaßen auslegen:>> R = U/I = (12V-Uf-0.1V)/150mA
genau. Wobei Du die 0.1V vom Transistor unter den Tisch fallen lassen
kannst. Uf ist nämlich nicht exakt definiert, sondern schwankt
einerseits von Exemplar zu Exemplar (0.2 bis 0.4V Exemplarstreuung sind
üblich), und zweitens hängt Uf von der Temperatur ab. Wenn die LED warm
wird, sinkt ihr Uf. Aus diesem Grund ist die Stromregelung per
Widerstand nur die zweitbeste Wahl und wird dann genommen, wenn es
einfach und billig sein soll und es nicht so drauf an kommt.
Für Dich heißt das: Mach das so, aber lass etwas Spielraum und reize die
150mA nicht ganz aus. Den Unterschied zwischen 130mA und 150mA wirst Du
wahrscheinlich nicht sehen. Und achte auf eine ordentliche Kühlung, denn
heiße LEDs leben nicht lange.
fchk
Veit D. schrieb:> Lieber erstmal abwarten was der TO zur Auswahl meint, dann kann man> näher ins Detail gehen.
Den IRLML2502 finde ich auf den ersten Blick ganz passend. Das er ein
SMD-Bauteil ist, ist nicht allzu tragisch.
Mir geht es hier aber nicht unbedingt darum, das perfekte MOSFET
auszuwählen. Erst einmal möchte ich klären, ob ich für die
Dimensionierung der Schaltung alles wichtige beachte.
Veit D. schrieb:> Dein Vorwiderstand für den Lastkreis:> Rv = Ub - Uled / 150mA = 12V - Uled / 150mA> P Rv selbst berechnen.
So werde ich die Schaltung dann mal auslegen und testen.
Veit D. schrieb:> vergiss mal bitte ganz schnell den Arbeitspunkt und sowas. Du möchtest> das der Mosfet selbst gut durchsteuert. Damit er selbst keine hohe> Verlustleistung bei sich aufweist. Das erreichst du mit deinen 3,3V am> Gate.> Damit ist der IRLML2502 z.Bsp. satt durchgesteuert, genau das was man> möchte.
Mich würde nun aber trotzdem interessieren, welche Informationen aus dem
Id-Uds-Diagramm gezogen werden können.
Prinzipiell war mein Gedankengang nicht falsch? Schauen welche Uds man
bei gegebener Ugs und Id hat und diese mit in die Berechnung des
Vorwiderstands einbeziehen.
Bei dem IRLML2502 kann man sich dies aber sparen, da bei einem Strom von
150mA und einer Ugs von 3,3 eine Spannung ~0V an Drain-Source abfällt?
Manfred schrieb:> Warum einen FET und keinen Standard NPN-Transistor BC_3-irgendwas?
Da ich recht schnell (1MHz) schalten will und MOSFETs schneller sein
sollen.
jolo schrieb:> Da ich recht schnell (1MHz) schalten will und MOSFETs schneller sein> sollen.
Hallo jolo,
weshalb muss die Led so schnell geschaltet werden?
jolo schrieb:> Frank K. schrieb:>> Aus diesem Grund ist die Stromregelung per>> Widerstand nur die zweitbeste Wahl>> Was wäre die beste Wahl?Konstantstromquelle. Die regelt die Spannung immer so nach, dass der
Strom konstant bleibt. Genau so wollen LEDs betrieben werden.
fchk
jolo schrieb:> Manfred schrieb:>> Warum einen FET und keinen Standard NPN-Transistor BC_3-irgendwas?>> Da ich recht schnell (1MHz) schalten will und MOSFETs schneller sein> sollen.
Soll ich jetzt Lachen oder Heulen? Diese Info hätte in das
Eröffnungsposting gehört!
Mache Dir Gedanken um die Zeitkonstante Deines Gate-Widerstandes gegen
die Gate-Source-Kapazität des FETs - 1 MHz ist kein Kindergarten mehr.
Veit D. schrieb:> Wenn es ums einfachere löten geht, dann kann man noch den NDP6020> nehmen. Im TO220 und ist mit Vgs 2,7V spezifiert.
Der wird sich mit seinem TO220-Gehäuse und maximal 24A bei 150mA
Laststrom etwas gelangweilt vorkommen.
Und wieso eigentlich einen P-Kanal Typ?
Das macht die Ansteuerung bei 12V Betriebsspannung und 3.3V
Steuerspannung nicht gerade einfacher/übersichtlicher.
Hallo,
warum die LED so schnell geschaltet werden soll verstehe ich auch nicht
recht. Außer es geht um ein Signal und die LED dient nur der optischen
Anzeige. Rein für die LED sind 1MHz Unsinn. Da reichen auch 100Hz für
flimmerfrei.
Diagramm:
http://www.infineon.com/dgdl/irlml2502.pdf?fileId=5546d462533600a401535667f44d2602
meine bescheidene Meinung dazu.
Im Grunde nützt dir das Id - Uds Fig.1 recht wenig.
a) liegen die Kennlinien sehr dicht beieinander
b) ist es logarithmisch
c) spielt noch Vgs eine Rolle
Das Diagramm sagt im Grunde aus, bei welcher Vgs, welcher Id möglich ist
mit welcher Vds. Bie gleichem Id aber größerer Vgs, verringert sich Vds.
Als Bsp. Alle 3 Werte gehören zueinander. Kann man hier und her
interpretieren.
Prinziell war dein Gedankengang nicht falsch. Du wolltest analog zum NPN
nach der Sättigungsspannung Uce schauen. Die kann man jedoch beim Mosfet
leichter berechnen als irgendwo ablesen. Dazu schaut man in techn.
Datentabelle bei Rds. Hier muss es immer paar Widerstandswertangaben
geben zu der Vgs die man anlegt. Also eher drunter statt drüber. Der Rds
Wert für Vgs 4,5V nützen dir also nichts. Wir orientieren uns an der Vgs
2,5V Angabe. Und da sind max. 80mOhm garantiert! Wichtig, darauf kann
man sich verlassen. Mit den 80mOhm kannste dann alles berechnen.
Praktisch wird der sicherlich noch leicht drunterliegen, aber wissen wir
ja nicht genau.
Übrigens, wenn du 1MHz schalten möchtest, dann solltest du noch einen
Gate Vorwiderstand einbauen. Damit begrenzt du den Gatestrom aus dem µC.
Sonst geht möglicherweise der Pin vom µC kaputt. Der muss schließlich
permanent, bei 1MHz, die Gate Kapazität umladen. Sprich man kann salopp
von Gleichspannungsverhalten reden. Ganz salopp. Was einen
Kurzschlussstrom darstellt ohne Gatewiderstand. Also angenommen der µC
arbeitet auch mit 3,3V und der Pin verkraftet ??? angenommen 20mA, dann
begrenzt du einfach den Kurzschlusstrom mit 3,3V / 20mA mit 165 Ohm.
Wolfgang schrieb:> Veit D. schrieb:>> Wenn es ums einfachere löten geht, dann kann man noch den NDP6020> Und wieso eigentlich einen P-Kanal Typ?
NDP und NDB oh, hatte mich vertippt. Sorry.
Spielt aber nun keine Rolle mehr, der TO scheint ja den IRLML lieb
gewonnen zu haben.
Jörg R. schrieb:> Nur beschwerst Du dich über die Vorschläge anderer User, leferst aber> erst auf Nachfrage selber welche. Das war eigentlich alles.
Wenn dir der Link zur Artikelsammlung nicht reicht, OK....
Nur nebenbei, ich bin nicht wirklich vor Dir geflohen.
@TO
1MHz.....
Lies mal hier, sicher sehr interessant für dich:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Treiber
Veit D. schrieb:> Übrigens, wenn du 1MHz schalten möchtest, dann solltest du noch einen> Gate Vorwiderstand einbauen.
Ja, diesen würde ich jedoch ziemlich gering auslegen (vlt. 10Ohm). Denn
ich habe gelesen, dass dieser Widerstand mit dem Gate (Kondensator)
einen Tiefpass bildet.
Zusätzlich will ich dann auch noch den Pull-Down-Widerstand direkt am
Gate anbringen.
Frank K. schrieb:> Konstantstromquelle. Die regelt die Spannung immer so nach, dass der> Strom konstant bleibt. Genau so wollen LEDs betrieben werden.
Bei einer konstanten Spannungsversorgung, sollte mein Strom doch
ungefähr gleich bleiben. Natürlich gibt es Temperatur- und
Fertigungseinflüsse. Ich vermute allerdings, dass diese nicht zu hoch
sein werden und die einfache MOSFET Schaltung ausreicht.
Falls ihr andere Erfahrungen habt, lass ich mich auch gern eines
besseren belehren.
jolo schrieb:> Falls ihr andere Erfahrungen habt
Das gibt's glaube ich, nich mal Hier. ;)
Passt schon, die perfekte Schaltung gibts's eh nich, eine Optimalere
immer.
jolo schrieb:> Da ich recht schnell (1MHz) schalten will und MOSFETs schneller sein> sollen.
Nimm ein Treiber-IC für MOSFETs, dessen Ausgang mit FETs ausgeführt ist.
Die sind schnell (<= 50 ns), treiben hohe Ströme und deren
Ausgangswiderstand ist konstant niedrig. Besser bekommt man es mit
separatem Aufbau nicht hin.
Hallo,
ist ein Treiber nicht etwas Overkill für 150mA? Ich meine der Treiber
sollte ja schon über 150mA in den "Last-Mosfet" schießen können. Da kann
man auch gleich die LED ranbammeln. Irgendwie beißt sich hier die Katze
in den Schwanz. Oder? Eine Treiberschaltung würde ich einsehen für
schnell geschaltene Lastströme in Größenordnungen von mehreren Ampere.
Nur wegen 150mA - ich weiß nicht recht. Das macht wie gesagt schon der
Treiber selber. Korrigiert mich wenn nötig.
jolo schrieb:> Frank K. schrieb:>> Konstantstromquelle. Die regelt die Spannung immer so nach, dass der>> Strom konstant bleibt. Genau so wollen LEDs betrieben werden.>> Bei einer konstanten Spannungsversorgung, sollte mein Strom doch> ungefähr gleich bleiben.
Nur unter der Bedingung, dass die Temperatur der LED auch ziemlich
gleich bleibt. Wenn die nämlich warm wird, sinkt die Vorwärtsspannung.
Deswegen sollst Du ja die 150mA auch nicht ganz bis ans Limit ausreizen.
Achte unbedingt auf eine gute Kühlung der LED.
fchk
Frank K. schrieb:> jolo schrieb:>>> Frank K. schrieb:>>> Konstantstromquelle. Die regelt die Spannung immer so nach, dass der>>> Strom konstant bleibt. Genau so wollen LEDs betrieben werden.>>>> Bei einer konstanten Spannungsversorgung, sollte mein Strom doch>> ungefähr gleich bleiben.>> Nur unter der Bedingung, dass die Temperatur der LED auch ziemlich> gleich bleibt. Wenn die nämlich warm wird, sinkt die Vorwärtsspannung.> Deswegen sollst Du ja die 150mA auch nicht ganz bis ans Limit ausreizen.>> Achte unbedingt auf eine gute Kühlung der LED.>> fchk
Eine Led benötigt immer einen Vorwiderstand oder eine KSQ zum Betrieb.
Eine Led die 150 mA benötigt sowieso.
@jolo
Nochmal die Frage an Dich warum die Led mit 1 Mhz getaktet werden soll?
Das ist auch eine Herausforderung für die Stromversorgung.
Bei 1Mhz nehmen aber nicht nur die Verluste am mosfet zu sondern
darunter leidet auch die Effizienz der LED. Würde die pwm Frequenz so
niedrig wie möglich wählen. Eher so 200 Hz - max 2 kHz
