Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Frage zu IRF 1404S und PCA9685


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von Philipp H. (magier)


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Hallo

ich möchte gerne 7 LED Kanäle mit einem PCA9685 betreiben und habe ein 
paar Fragen.

Die Fakten:
PCA9685
 -Vdd = 5Volt
 LED driver outputs
 -I(ol)      =  25 mA
 -I(ol)(tot) = 400 mA (für alle 16 Kanäle zusammen)
 -LED output frequency (all LEDs) typically varies from 24Hz to 1526Hz

IRF 1404S
 -V(br)(dss) = 40Volt (min)
 -R(ds)(on)  = 0,004Ω (max)- VGS = 10V, ID = 95A
 -V(gs)(th)  = 2->4Volt    - VDS = 10V, ID = 250µA
 -Q(gs)      = 160->200nC  - ID = 95A, VDS = 32V, VGS = 10V
 -t(on)      =  17ns  - Turn-On Delay Time
 -t(r)       = 140ns  - Rise Time
 -t(f)       =  26ns  - Fall Time

Verbaucher LEDs
1)Cree CXA1304, warmweiß       - 9V - 250mA
2)Osram Oslon SSL, warmweiß    -12V - 150mA
3)Osram Oslon SSL, neutralweiß -12V - 900mA
4)Osram Oslon SSL, gelb        - 9V - 350mA

Nichia SMD LED RGB NSSM124DT
5)   -Rot     -  9,2V -  50mA
6)   -Grün    -  6,3V - 120mA
7)   -Blau    - 11,8V -  30mA


Also zu erst habe ich mir überlegt alle Kanäle unter 250mA mit einem NPN 
Transistor z.B. BC 818-40 SMD :: Transistor SMD NPN SOT-23 25V 1A 0,25W 
zu steuern und den Rest über einen Mosfet mit Treiber.
Zu den Treiber Sachen habe ich lange rumgesucht und dann endlich einen 
Artikel gefunden in dem geschrieben wurde man sollte/könnte einen Mosfet 
gleich an den PCA hängen und gut ist.
>Low side Mosfet in Verbindung mit PCA9685 , 
Beitrag "Low side Mosfet in Verbindung mit PCA9685"
Falk B. schrieb:
> Betreibe den PCA9685 mit 5V und stell die Ausgänge auf totem pole um,
> dann kannst du einen 5V Logic Level MOSFET wie den IRLZ34N direkt
> treiben. Kein Gatewiderstand!
> Der kurze Strompuls beim Einschalten des MOSFETs bringt den IC nicht um.

Habe dann mal schnell gerechnet
I = C * f
I = 200nC * 1,53kHz = 305,2µA mittlerer Strom
und auch die Schaltleistung des IRF1404S scheint meiner Berechnung nach 
Okay.

P(on) = I²*Rds(on)*(T(on)/f(schalt))
P(swr) = ¼*U(in)*A(in)*(t(r)/f(schalt))
P(swf) = ¼*U(in)*A(in)*(t(f)/f(schalt))
P(total) = P(on)+P(swr)+P(swf)

Für Max 12Volt bei 900mA /(3)Osram Oslon SSL, neutralweiß)/
1,53kHz = ~655,3µs

P(on) = 0,9A²*4mΩ*(0,0170µs/655,3µs)=0,08µ4W
P(swr) = ¼*12V*0,9A*(140ns/655,3µs)=0,58mW
P(swf) = ¼*12V*0,9A*(26ns/655,3µs)=0,11mW
P(total) = ~0,69mW

Das wäre der schlimmste Fall.
So meine Fragen, spricht irgendetwas dagegen, das so zu machen?
PCA mit 5V betreiben und die IRF1404S direkt an den PCA-Port?
7 X 305,2uA = 2,14mA scheint mir völlig unbedenklich.
Ja ich weiß, es wären auch je 2,80€ X 7....im Moment rechne ich noch. 
Mir geht es eher um, könnte ich, wenn ich wollte.

Was mir noch in den Sinn kommt wäre ein Vorwiderstand zwischen dem 
PCA-Port und dem Gate vom IRF1404S, damit die V(gs)(th) nicht 
überschritten wird. Immerhin können irgendwas um die 4,5V aus dem PCA 
kommen.
Für -1Volt und 305,2uA komme ich auf 3,278kΩ also ~3,3kΩ. Macht das 
Sinn?

Und dann habe ich da noch 2 Verständnis Probleme, im Datenblatt des 
IRF1404S und auch in allen Versionen die ich googlen konnte steht bei

RDS(on) Static Drain-to-Source On-Resistance 0.004Ω VGS = 10V, ID = 95A.

V(gs) = 10V...???? ich dachte V(gs) wäre auf maximal 4Volt begrenzt und 
ich finde auch immer wieder den Hinweis, V(gs)max nicht zu 
überschreiten.
Unter Notes: steht noch
/4)Pulse width ≤ 300µs; duty cycle ≤ 2%./
Heist das das für 300µs, 10Volt okay sind? Und wozu gibt man solche 
Werte an? Ist ja schön und gut wenn man für diese sehr kurze Zeit 10V 
anlegen kann aber wer macht das? Kann man sich dann trotzdem auf die 
R(ds)(on) Angaben verlassen, also für "nur" 4Volt?

Und dann gibt es da noch
I(gss) Gate-to-Source Forward/Reverse Leakage +-200nA
Was ist das genau? Habe dazu keine "gute", mir verständliche Erklärung 
gefunden. Ja es ist der Gate zu Source "Leck" Strom aber wann tritt er 
genau auf und muss ich ihn beachten?

Schon mal Danke und einen schönen Feiertag!!!
Magier

: Bearbeitet durch User
von dolf (Gast)


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Philipp H. schrieb:
> RDS(on) Static Drain-to-Source On-Resistance 0.004Ω VGS = 10V, ID = 95A.

zum vollen durchsteuern braucht der IRF1404S halt mindestens 10v am 
gate.
mit 4v wird das nix.
bei ner vgs(th) von 4v und ner vds von 10v bekommst du grad mal n  1/4 
ma id!
vgs max. ist wiederum +-20v.
das steht doch alles im db.
du must das db halt mal genau durchlesen.
und natürlich auch verstehen.

von Homo Habilis (Gast)


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dolf, also, das... hilft so wahrscheinlich nicht.

Philipp H. schrieb:
> damit die V(gs)(th) nicht überschritten wird

Diese muß überschritten werden. Das ist nämlich der Wert für V(GS), 
bei dem der MOSFET-Kanal minimal zu leiten beginnt.

https://www.mikrocontroller.net/articles/FET#Erkl.C3.A4rung_der_wichtigsten_Datenblattwerte

Wie Du siehst, ist der IRF1404S äußerst schlecht dafür geeignet, um mit 
nur 5V V(GS) angesteuert zu werden. Für diesen Zweck gibt es nämlich...

Philipp H. schrieb:
> 5V Logic Level MOSFET wie den IRLZ34N

...oder sogar welche, die bis 2,5V V(GS) hinunter spezifiziert sind.
(Bei diesen Typen ist dann V(GS)th noch viel niedriger.)

Auch braucht man für so niedrige Ströme nicht wirklich
einen MOSFET mit über 200 Ampere Dauer-Strombelastbarkeit...

Was Du brauchst, ist also ein "Logic-Level"-MOSFET, z.B. den o. g.
IRLZ34N, auch dessen Strombelastbarkeit würde locker reichen.

von Philipp H. (magier)


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Hallo

ähm ja, da habe ich mich wohl vertan. Dachte V(gs)(th) sei der richtige 
Wert. Sorry.
Was haltet ihr von einem IRLU024N Leistungs-MOSFET N-LogL TO-251AA 55V 
17A, der IRLZ34N hat leider die falsche Bauform.

IRLU024N:
 -V(br)(dss) = 55Volt (min)
 -R(ds)(on)  = 0,110Ω (max)- VGS = 4,0V, ID = 9A
 -V(gs)(th)  = 1->2Volt    - VDS = VGS, ID = 250μA
 -Q(g)       =   15nC      - Total Gate Charge
 -t(on)      =  7,1ns      - Turn-On Delay Time
 -t(r)       =   74ns      - Rise Time
 -t(f)       =   29ns      - Fall Time

I = C * f
I = 15nC * 1,53kHz = 22,95µA mittlerer Strom

Für Max 12Volt bei 900mA [(3)Osram Oslon SSL, neutralweiß)]
1,53kHz = ~655,3µs

P(on) = 0,9A²*110mΩ*(7,1ns/655,3µs)=0,877µW
P(swr) = ¼*12V*0,9A*(74ns/655,3µs)=0,305mW
P(swf) = ¼*12V*0,9A*(29ns/655,3µs)=0,119mW
P(total) = ~0,425mW

Danke
Magier

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