Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Zwei N-MOSFET in Reihe schalten?


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von Daniel B. (daniel_3d)


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Guten Abend geschätzte Foren-Gemeinde,

ist es möglich zwei N-MOSFETs in Reihe zu schalten?

T1, T2 und T3 werden entweder mit den abgebildeten Tastern gesteuert, 
oder  vom Mikrocontroller.

T4 wird via PWM vom Mikrocontroller angesteuert.

Ist es ein Problem, dass die Source von T1, T2 und T3 in der Luft 
hängen, wenn T4 gesperrt ist?

Ist es ein Problem, dass die Sourcen von T1, T2 und T3 verbunden sind?

Wird das funktionieren?

Vielen Dank im Voraus für eure Hilfe,

Daniel

von HildeK (Gast)


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Im Prinzip sollte das gehen. Aber der MOSFET in deinem Plan kann nur 10V 
UGS. Wenn alle aus sind, dann könnte am Gate der oberen FETs -12V 
anliegen, je nach Restströmen. Das mag der ev. nicht.

Möglich wäre auch, mit einem pMOS Highside die PWM zu machen. Dann hast 
du immer klare Verhältnisse am Gate.

von Georg M. (g_m)


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Eigentlich ist das nicht ganz in Ordnung. Es muss eine Lösung ohne T4 
gefunden werden.
IMHO

von Idee (Gast)


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Hallo,

ich habe da noch einen kleinen Vorschlag. Da der Strom durch die LEDs so 
ca. bei 10mA liegt, könntest Du die T1-T3 weglassen und direkt mit S1-S3 
ansteuern. Oder, wenn das eine Fertigleiterplatte ist, diese mit 
Fädeldraht kurz umstricken.

Ich gehe mal davon aus, das 10mA von fast jedem Taster zu schaffen ist. 
Dann brauchst Du Dir auch keinen Kopf um die Reihenschaltung machen und 
billiger/kleiner wird's auch. Da G von T4 wohl im Bereich 3.3-5 liegen 
wird, brauchst Du auch keine Angst um die von HildeK gemachte Gate 
Spannung haben.

von Daniel B. (daniel_3d)


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@HildeK
Vielen Dank, ich komme zwar noch nicht darauf wie -12V an den Gates 
anliegen können, aber ich denke das nochmal durch und versuche es zu 
verstehen.

@Georg M.
Ich habe es befürchtet.

@Idee
Die LEDs mit Vorwiderständen sind nur exemplarisch eingezeichnet.
Die LEDs werden etwas mehr Dampf haben, die kann ich nicht mehr direkt 
mit einem Schalter oder Mikrocontroller schalten.

Mir ging es nur um die Ansteuerung der MOSFETs.


Es gibt noch keine Platine oder fertigen Schaltplan. Diese Idee ist erst 
im Enstehen.
Geplant ist eine Rundumleuchte mit 16 LEDs. Um die Vorwiderstände zu 
sparen und Dimmen zu können ist T4 gedacht. T1, T2.... steuere ich mit 
einem Mikrocontroller.
Ich hätte die Eingangsspannung mit dem ADC gemessen und dann die 
Pulsweite von T4 entsprechend angepasst.
Diese Lösung ist meinen mangelhaften Programmierkenntnissen geschuldet.
Jetzt werde ich wohl jede einzelne LED / MOSFET mit PWM ansteuern 
müssen.


Ich sollte vielleicht noch erwähnen, dass ich kein gelernter 
Elektroniker bin und dies nur eine private Bastelei wird.

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von EinWort (Gast)


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Man könnte parallel zu T1-T3 z.B. einen 100k-Widerstand schalten. Es 
fließt dann nicht genug Strom, daß die LEDs leuchten, aber Source hat 
ein definiertes Potential.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Ich würde einfach statt der 5V die µC PWM auf die Taster geben...

von Mampf F. (mampf) Benutzerseite


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Daniel B. schrieb:
> ist es möglich zwei N-MOSFETs in Reihe zu schalten?

Ja, aber du musst aufpassen, dass der obere MOSFET keine eingebaute 
(Z-)Diode von Gate zu Source hat.

Da musst du sicherheitshalber im Datenblatt nachschauen.

: Bearbeitet durch User
von g.l. (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> Ich würde einfach statt der 5V die µC PWM auf die Taster geben...

So sehe ich das auch. Wenn es darum geht, daß bei geschlossenem Schalter 
jeweils die (Dimm-)PWM an der zugehörigenen LED anliegen soll, dann 
dürfte das die Lösung sein.

Ohne weitere Bedingungen zumindest.

von Minimalist (Gast)


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Gibt's einen Grund für MOSFETS? Warum keine Bipolaren 
Kleinsignaltransistoren?

von Pandur S. (jetztnicht)


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Wahrscheinlich wuerds auch grad ab 5V Logik gehen, grad ab den Ports des 
Controllers.

von HildeK (Gast)


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Daniel B. schrieb:
> @HildeK
> Vielen Dank, ich komme zwar noch nicht darauf wie -12V an den Gates
> anliegen können, aber ich denke das nochmal durch und versuche es zu
> verstehen.

Wenn deine Taster offen sind, liegt GND-Potential an den Gates über die 
10k.
Und wenn der PWM-Transistor gerade aus ist, dann kann über die 
(zugegeben recht geringen) Leckströme der drei oberen Transistoren deren 
Sourcepotential nahe bei +12V liegen. Schlimmstenfalls stellst du dir 
einen hochohmigen Widerstand zwischen +12V und den Sourcen vor, z.B. 
durch Schmutz oder Feuchtigkeit hervorgerufen. Gut, die LEDs sind auch 
noch dazwischen, aber sie sind ja eh nur exemplarisch dar. Nahe an die 
10V wirst du vermutlich schon kommen.
War aber nur ein Hinweis, es gibt ja genügend MOSFETs, die am Gate 20V 
aushalten.

Lothar M. schrieb:
> Ich würde einfach statt der 5V die µC PWM auf die Taster geben...

Das ist doch das Mittel der Wahl! Und man spart einen Transistor ein!

von Icke (Gast)


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Möglicherweise können hier Photokoppler abhilfe schaffen, die sind zwar 
recht schwer zu besorgen haben aber die richtige Funktion:

Strom rein (ca. 3mA) -> Spannung raus (so um die 8V)

Da die Ausgangsspannung galvanisch getrennt ist kann man die direkt 
zwischen Gate und Source klemmen. Für PWM sind die nicht unbedingt 
geeignet aber für Ein / Aus sollte es gehen.

Ansonsten vielleicht Photo Mos Relais, die habe eine vergleichbare 
Funktion (mit integriertem Mosfet)

von Joachim B. (jar)


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Daniel B. schrieb:
> T1, T2 und T3 werden entweder mit den abgebildeten Tastern gesteuert,
> oder  vom Mikrocontroller.

Lothar M. schrieb:
> Ich würde einfach statt der 5V die µC PWM auf die Taster geben...

das oder gesehen?

Tn ODER µC

In Lothar M. Lösung sehe ich nur

Tn UND µC

mit DIODEN entkoppelt und 3 PWM Ausgänge wäre eine ODER möglich

: Bearbeitet durch User
von guest (Gast)


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Joachim B. schrieb:
> mit DIODEN entkoppelt und 3 PWM Ausgänge wäre eine ODER möglich

... ich würde die Dioden auch noch weglassen und die Taster an den µC 
hängen.
Dann wäre nicht nur ODER möglich, sondern auch noch diverse andere 
Verknotungen.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Joachim B. schrieb:
> das oder gesehen?
Nein. Nur Schaltplan angeguckt und eine VerUNDung gesehen.

> mit DIODEN entkoppelt und 3 PWM Ausgänge wäre eine ODER möglich
Ja, auch dann bräuchte man ebenfalls nur 3 Mosfets...

von Joachim B. (jar)


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Lothar M. schrieb:
> Ja, auch dann bräuchte man ebenfalls nur 3 Mosfets...

OK besser und wir haben beide Recht :)

von Mark S. (voltwide)


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Meiner Ansicht nach geht das, die Schaltung stellt im Grunde eine 
Cascode-Anordnung dar.

von Joachim B. (jar)


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guest schrieb:
> ... ich würde die Dioden auch noch weglassen und die Taster an den µC
> hängen.

gefällt mir auch wenn die Ports frei sind, aber das wissen wir nicht!

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Mark S. schrieb:
> Meiner Ansicht nach geht das, die Schaltung stellt im Grunde eine
> Cascode-Anordnung dar.
Die Schaltung "geht" schon, sie erfüllt aber die in einem 
unvollständigen Nebensatz angeführte Anforderung, dass entweder die PWM 
die LEDs ansteuern soll ODER der jeweilige Taster...

Wobei auch ich sehr dazu tendieren würde, die Gates ebenso wie die 
Schalter auf den µC zu geben und den die gesamte Ansteuerung machen zu 
lassen.

Joachim B. schrieb:
> gefällt mir auch wenn die Ports frei sind, aber das wissen wir nicht!
Wenn keine Ports mehr frei sind, dann ist der µC zu klein... ;-)

: Bearbeitet durch Moderator
von Joachim B. (jar)


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Lothar M. schrieb:
> Wenn keine Ports mehr frei sind, dann ist der µC zu klein... ;-)

oder die PWM kommt von einem 555 oder gar astabilen Multivibrator mit BC 
Trasis :)

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik

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


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Joachim B. schrieb:
> Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik
Das habe ich dorthin verschoben, weil es letztlich um lupenreine analoge 
Schaltungstechnik geht. Im Schaltplan steht aber durchaus "uC PWM".

von Mampf F. (mampf) Benutzerseite


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Ich fand die ursprüngliche Idee des TEs übrigens besser als die 
nachfolgenden Ideen.

Hatte das auch mal so gemacht und das funktioniert wunderbar (Bild im 
Anhang).

Die Lösung ist auch klarer und kann leichter für andere Projekte 
recycelt werden, die dann keine Taster sondern µC-Ausgänge verwenden.

In meinem Fall wollte ich eine LED-Matrix einfach global dimmen.

Irgendwelche Dioden oder mehrere PWM-Kanäle oder was-weiß-ich ist 
unnötig.

Wie schon geschrieben, muss man nur darauf achten, dass die oberen 
MOSFETs keine Z-Dioden von Gate zu Source haben.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Mampf F. schrieb:
> Ich fand die ursprüngliche Idee des TEs übrigens besser als die
> nachfolgenden Ideen.
Das Problem ist, dass die Aufgabe nicht im Schaltplan des ersten Posts, 
sondern im Text zu suchen ist, denn Daniel B. schrieb im Beitrag 
#5236106:
>>>> T1, T2 und T3 werden entweder mit den abgebildeten Tastern gesteuert
>>>> oder vom Mikrocontroller.
Zum verODERn müssten die Mosfet parallel geschaltet werden... ;-)

: Bearbeitet durch Moderator
von Mampf F. (mampf) Benutzerseite


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Lothar M. schrieb:
> Mampf F. schrieb:
>> Ich fand die ursprüngliche Idee des TEs übrigens besser als die
>> nachfolgenden Ideen.
> Das Problem ist, dass die Aufgabe nicht im Schaltplan des ersten Posts,
> sondern im Text zu suchen ist, denn Daniel B. schrieb im Beitrag
> #5236106:
>>>>> T1, T2 und T3 werden entweder mit den abgebildeten Tastern gesteuert
>>>>> oder vom Mikrocontroller.
> Zum verODERn müssten die Mosfet parallel geschaltet werden... ;-)

Ups ... Sorry^^ :)

von HildeK (Gast)


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Es ist die Frage, was er wirklich meinte. Auch Texte können 
Ausdrucksfehler enthalten, häufig sogar. Da scheint mir das Bild vom 
gewünschten Ansatz her das zu zeigen, was er will. Zumal das Gezeichnete 
ja keine Fehler an sich enthält.
Mir ging es nämlich auch so: ausgehend von seiner Schaltung war ja die 
Frage, ob man das so lösen kann und nach meinem Verständnis wollte er 
global dimmen mit T4 und die drei einzelnen LEDs individuell zuschalten. 
Übrigens, nicht mit Taster, sondern mit µC-Ports, wie er später nochmals 
nannte.

Daniel B. schrieb:
> Geplant ist eine Rundumleuchte mit 16 LEDs. Um die Vorwiderstände zu
> sparen und Dimmen zu können ist T4 gedacht. T1, T2.... steuere ich mit
> einem Mikrocontroller.

Wobei man hier jedoch warnen muss: PWM mit T4 ersetzt keine 
Vorwiderstände!

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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HildeK schrieb:
> Wobei man hier jedoch warnen muss: PWM mit T4 ersetzt keine Vorwiderstände!
So ist es.

> Es ist die Frage, was er wirklich meinte.
Schlags kaputt. Nicht mal mehr auf Schaltpläne kann man sich verlassen. 
Frustrierend...

Kurz:
Wenn die Funzel sowieso mit einem µC angesteuert wird, dann kommt eine 
evtl. zur Helligkeitsreduzierung nötige PWM in die Software. Und 
natürlich bekommen die LEDs einen Vorwiderstand oder eine 
Konstantstromquelle.

@Daniel: du kannst es natürlich auch mit den LEDs direkt an den 12V 
ausprobieren, aber letztlich ist der Effekt des Ganzen nur ein 
Lerneffekt mit dem Ergebnis "So geht es nicht!"

: Bearbeitet durch Moderator
von g.l. (Gast)


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HildeK schrieb:
> Wobei man hier jedoch warnen muss: PWM mit T4 ersetzt keine
> Vorwiderstände!

Korrekt. Sie ersetzt nur in einem einzigen Fall Rs, und zwar 
zusätzliche Rs, wenn sie als "Ersatz" für eine Umschaltung von - 
unbedingt nötigen - Vorwiderständen a.) (auf Nennstrom begrenzend)

auf Vor-Rs b.) (ob nun parallel zu a oder seriell dazu ---> Resultat 
höherer R, und verringerter Strom zwecks Dimmung)

gedacht ist (und schnell genug zum Anti-Flicker).

[Und natürlich lassen sich viele KSQ ebenfalls so takten.]

In dem Fall wäre die Formulierung unvollständig, aber nicht falsch, 
gewesen.

von Daniel B. (daniel_3d)


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Erstmal vielen Dank für das reichhaltige Feedback und die Mühe die Ihr 
euch gemacht habt (sogar Schaltplan umzeichnen). Damit habe ich nicht 
gerechnet.

Ich kläre erst mal was ich genau machen will:
Es soll eine Rundumleuchte für ein Kinderauto werden.
Es sind 12V 2W LEDs ohne Vorwiderstände vorgesehen.
Die Eingangsspannung, also welche Akkus ich in das Kinderauto verbaue, 
steht noch nicht ganz fest. Auf jeden Fall kleiner 30V (zweimal 12V 
Blei, oder 4S LiPo, oder 6S LiPo).

Mit dem ADC messe ich die Versorgungsspannung und mit der PWM regle ich 
dementsprechend die Helligkeit der LEDs.

Natürlich haben alle recht, die die MOSFET der LEDs direkt mit PWM 
ansteuern würden.
Der Grund für den zusätzlichen MOSFET T4 sind meine miserablen 
Programmierkenntnisse.
Einen PWM-Ausgang in Abhängigkeit der Eingangsspannung (ADC) bekomme ich 
locker hin. Die einzelnen LEDs dann anzusteuern auch.
Aber um die PWM auf die jeweiligen LED "umzuleiten" und dann auch noch 
für  verschiedene Blinkmuster, fehlt mir momentan jegliches Konzept.


Da es mir nur um die Schaltung der MOSFETs ging habe ich die Schalter 
und Vorwiderstände exemplarisch eingezeichnet.
Ich erkenne meinen Fehler und entschuldige mich dafür.
Es tut mir wirklich leid, wenn ich damit unnötige Verwirrung gestiftet 
habe und sich manche unnötige Arbeit gemacht haben.

von Daniel B. (daniel_3d)


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Minimalist schrieb:
> Gibt's einen Grund für MOSFETS? Warum keine Bipolaren
> Kleinsignaltransistoren?

Wahrscheinlich nur meine Unkenntnis was Bipolartransistoren angeht und 
mein Lagerbestand. Ich habe genug MOSFETs hier und habe damit schon ein 
paar mal erfolgreich gearbeitet.

HildeK schrieb:
> Wenn deine Taster offen sind, liegt GND-Potential an den Gates über die
> 10k.
> Und wenn der PWM-Transistor gerade aus ist, dann kann über die
> (zugegeben recht geringen) Leckströme der drei oberen Transistoren deren
> Sourcepotential nahe bei +12V liegen. Schlimmstenfalls stellst du dir
> einen hochohmigen Widerstand zwischen +12V und den Sourcen vor, z.B.
> durch Schmutz oder Feuchtigkeit hervorgerufen. Gut, die LEDs sind auch
> noch dazwischen, aber sie sind ja eh nur exemplarisch dar. Nahe an die
> 10V wirst du vermutlich schon kommen.
> War aber nur ein Hinweis, es gibt ja genügend MOSFETs, die am Gate 20V
> aushalten.

Vielen Dank, ich hab´s verstanden.


@Mampf F.
Interessant, vielen Dank.

Lothar M. schrieb:
> @Daniel: du kannst es natürlich auch mit den LEDs direkt an den 12V
> ausprobieren, aber letztlich ist der Effekt des Ganzen nur ein
> Lerneffekt mit dem Ergebnis "So geht es nicht!"

Du hast mit Sicherheit recht.
Aber für Bastelprojekte habe ich dies schon öfter so gemacht.
Wenn die PWM-Frequenz hoch genug ist und man unter der maximalen 
Leistung der LED bleibt, hat es immer bestens funktioniert.
Dies näher zu erläutern würde aber den Rahmen dieses Threads sprengen.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Daniel B. schrieb:
> Mit dem ADC messe ich die Versorgungsspannung und mit der PWM regle ich
> dementsprechend die Helligkeit der LEDs.
Wie gesagt: das geht nicht. LEDs werden nicht mit Spannung angesteuert. 
Du musst einen konstanten Strom durch die Dinger schicken.

Daniel B. schrieb:
> Du hast mit Sicherheit recht.
> Aber für Bastelprojekte habe ich dies schon öfter so gemacht.
> Dies näher zu erläutern würde aber den Rahmen dieses Threads sprengen.
Ich finde es interessant, darüber zu diskutieren, und "sprengen" kannst 
du den Rahmen eines Threads hier nicht. Dafür wurde die Seitenaufteilung 
erfunden... ;-)

> Wenn die PWM-Frequenz hoch genug ist und man unter der maximalen
> Leistung der LED bleibt, hat es immer bestens funktioniert.
Für LEDs ist idR. keine Leistung spezifiziert, sondern wie wiederholt 
erwähnt nur ein Strom. Und mit etwas Glück auch ein Pulsstrom. Wenn du 
dieses "Absolute Maximum" verletzt (und das tust du bei deinem Verfahren 
mit Sicherheit!), dann kann das geraume Zeit "gut gehen". Aber es ist, 
aber wie du richtig erkannt hast, nur als Bastellösung geeignet.

> Aber um die PWM auf die jeweiligen LED "umzuleiten" und dann auch noch
> für  verschiedene Blinkmuster, fehlt mir momentan jegliches Konzept.
Stichwort und Link dafür: Soft-PWM
Und die Arbeit mit den Blinkmustern (Stichwort für Google: "Lauflicht 
Knight Rider in C") hättest du ja sowieso...
https://www.makerblog.at/2014/04/arduino-led-lauflicht-knight-rider/

von Joachim B. (jar)


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Daniel B. schrieb:
> Es sind 12V 2W LEDs ohne Vorwiderstände vorgesehen.

Lothar M. schrieb:
> Wie gesagt: das geht nicht. LEDs werden nicht mit Spannung angesteuert.
> Du musst einen konstanten Strom durch die Dinger schicken.

diese die der TO möchte

Beitrag "Re: Zwei N-MOSFET in Reihe schalten?"

https://www.mikrocontroller.net/attachment/349862/IMG_20171208_163032.jpg

schon, sie werden mit U=12V angesteuert Rv vorhanden!, dazu benötigt er 
aber einen dicken stepdown weil

Daniel B. schrieb:
> Die Eingangsspannung, also welche Akkus ich in das Kinderauto verbaue,
> steht noch nicht ganz fest. Auf jeden Fall kleiner 30V (zweimal 12V
> Blei, oder 4S LiPo, oder 6S LiPo).

also Stepdown auf 12V optimal mit PWM Eingang zu Helligkeitssteuerung.

Sonst müsste er die RV auslöten und mit LED Treiber auf Strom arbeiten!

: Bearbeitet durch User
von Mampf F. (mampf) Benutzerseite


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Daniel B. schrieb:
> Es soll eine Rundumleuchte für ein Kinderauto werden.
> Es sind 12V 2W LEDs ohne Vorwiderstände vorgesehen.

Auf deinem Bild hab ich noch keine Kühlung gesehen ... Wie kühlst du 
die?

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Joachim B. schrieb:
> schon, sie werden mit U=12V angesteuert Rv vorhanden!
Ok, das hier ist ein Suchspiel: man muss sich die Informationen aus 
jedem Teil des Threads zusammenklauben. Und dazwischen immer wieder 
irreführende Informationen herausfiltern ("Um die Vorwiderstände zu 
sparen..."). Anstrengend...

Mampf F. schrieb:
> Wie kühlst du die?
Zentraler Lüfter?  ;-)

von Daniel B. (daniel_3d)


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Mampf F. schrieb:
> Auf deinem Bild hab ich noch keine Kühlung gesehen ... Wie kühlst du
> die?

Zur besseren Einsicht habe ich mal ein paar Teile ausgeblendet.
Das sind alles Alu-Laserteile. Der Deckel, der Boden und das Rohr sind 
direkt an der Luft. Der Rest ist in einer Plexiglasröhre.
Für Dauerbetrieb mit allen LEDs ist die Kühlung mit Sicherheit zu 
gering.
Es sind aber nur verschiedene Lauflicht- und Blink-Modi geplant.
Ich hoffe, dass ich dauerhaft bis 4 Watt abführen kann ohne sich die 
Finger zu verbrennen.

Zudem kann man die LED auch ca. 1,5 Minuten bei Nennstrom ohne jegliche 
Kühlung betreiben, bevor es für die Finger unangenehm warm wird.





@Lothar
Ich muss meine Gedanken erst noch in Worte fassen. Bis gleich.

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


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Daniel B. schrieb:
> @Lothar
> Ich muss meine Gedanken erst noch in Worte fassen. Bis gleich.
Brauchst du nicht mehr, denn diese LEDs werden ja nicht ohne 
strombegrenzende Vorwiderstände betrieben. Sie haben ja den Widerstand 
schon eingebaut und sind daher als komplette Baugruppe für 12V Spannung 
spezifiziert.

Oder es muss klargestellt werden, dass es nicht um die verlinkten LEDs 
oder ähnliche Module, sondern um nackte Halbleiterchips ohne 
Strombegrenzungsmaßnahmen geht...

: Bearbeitet durch Moderator
von Daniel B. (daniel_3d)


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In konkret diesem Fall handelt es sich um diese LEDs mit aufgelöteten 
Vorwiderständen. Aber es geht mir nicht nur um diesen Fall.
Als ich den Thread eröffnete ging es mir generell um die Frage, ob man 
zwei N-MOSFETs "nach der Last" in Reihe schalten kann.

Was habe ich gelernt:
1. Es kann funktionieren, wenn man weiß was man tut.
2. Wenn man Ahnung hat, wird man andere Lösungen vorziehen.
3. Ich werde es nicht machen, weil mir das Hintergrundwissen fehlt um 
einzuschätzen wann es funktioniert.




Jetzt zu den Vorwiderständen:
Verstehe ich das richtig, dass wenn ein Widerstand vorhanden ist, dass 
man dann die Regelung via PWM machen kann?

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Daniel B. schrieb:
> Jetzt zu den Vorwiderständen:
> Verstehe ich das richtig, dass wenn ein Widerstand vorhanden ist, dass
> man dann die Regelung via PWM machen kann?
Im einfachsten Fall ist es so: wenn die LED einen solchen Vorwiderstand 
hat, dass sie damit ohne Überlastung dauerhaft betrieben werden kann.
Dann wird durch die PWM die Verlustleistung lediglich noch reduziert...

von Daniel B. (daniel_3d)


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Bitte nicht falsch verstehen, ich beharre nicht auf meiner Meinung. Es 
folgt nur eine kurze Erläuterung meiner Gedankengänge, damit Ihr mir 
zeigen könnt wo mein Fehler liegt.

Annahme:
LED ohne Vorwiderstand via MOSFET PWM gesteuert

Versorgungsspannung 15V
LED 20mA @ 3,6V

Da ich LEDs sowieso nie am Maximum betreibe, nehmen wir 3V.

PWM Duty-Cycle 20% ergibt: On-Zeit: 20us   Off-Zeit: 80us

Schmilzt in diesen 20us der Bonddraht?
Stirbt die LED in 20 us den thermischen Tod?
Woran geht die LED zugrunde?


PS. Den Artikel Pulsweitenmodulation kenne ich und weiß, dass meine 
obige Rechnung nicht der Leistungsberechnung aus dem Artikel entspricht. 
Es geht nur ums Prinzip.

von HildeK (Gast)


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Daniel B. schrieb:
> Annahme:
> LED ohne Vorwiderstand via MOSFET PWM gesteuert
>
> Versorgungsspannung 15V
> LED 20mA @ 3,6V
>
> Da ich LEDs sowieso nie am Maximum betreibe, nehmen wir 3V.
Wenn du die (nackte) LED ganz ohne Vorwiderstand betreibst, was willst 
du dann mit den genannten Spannungen? Du hast entweder 15V oder 0V 
anliegen, keine 3V oder 3.6V.

> PWM Duty-Cycle 20% ergibt: On-Zeit: 20us   Off-Zeit: 80us
>
> Schmilzt in diesen 20us der Bonddraht?
> Stirbt die LED in 20 us den thermischen Tod?
> Woran geht die LED zugrunde?

In den ersten 20μs vielleicht (großes vielleicht!) noch nicht, aber die 
LED hat ja nur 80μs, um sich zu erholen und dann kommt der nächste 
Hammer und dann wieder. Es fließt da soviel Strom, wie deine Quelle 
hergeben kann - auf die wird es ankommen, wie lange sie noch lebt. Es 
bilden sich innerhalb des Halbleiters Hotspots, die quasi sofort den 
Chip oder Teile davon schädigen oder auch den Bonddraht.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Daniel B. schrieb:
> Da ich LEDs sowieso nie am Maximum betreibe, nehmen wir 3V.
> PWM Duty-Cycle 20% ergibt: On-Zeit: 20us   Off-Zeit: 80us
Wie gesagt LED werden nicht mit Spannung betrieben, so etwa nach der 
Formel "doppelte Spannung = doppelte Helligkeit".  Sondern es gilt 
"doppelter Strom = doppelte Helligkeit".
Und jetzt sieh dir mal an, welcher Strom bei dieser 3,6V LED fließt wenn 
da eine Uf mit 15V angelegt wird.
Du wirst diesen Wert nicht ermitteln können,  weil die Kennlinie schon 
irgendwo bei 4V mit ziemlich hohem Strom enden wird. Und eine simple 
lineare Extrapolation wird bei 15V dutzende Ampere ergeben.

> Woran geht die LED zugrunde?
Am einem Hotspot, der durch den extremst(!!!) überhöhten lokalen Strom 
hervorgerufen wird.

: Bearbeitet durch Moderator
von Joachim B. (jar)


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Daniel B. schrieb:
> Annahme:

der erste gemachte Fehler ist stets eine falsche Annahme!

> LED ohne Vorwiderstand via MOSFET PWM gesteuert
> Versorgungsspannung 15V
> LED 20mA @ 3,6V
> Da ich LEDs sowieso nie am Maximum betreibe, nehmen wir 3V.

was interessiert das die 15V Versorgung?
an ist 15V, aus ist 0V

> PWM Duty-Cycle 20% ergibt: On-Zeit: 20us   Off-Zeit: 80us
> Schmilzt in diesen 20us der Bonddraht?

das ist sehr wahrscheinlich wenn die max Ratings 20mA sein sollen, so 
ein Bonddraht hat keine nennenswerte Masse die erwärmt eine größere 
Zeitdauer hat -> Wärmekapazität

Bei überlasteten Halbleiter gibt es meist 2 Fehlermöglichkeiten,

üblich
thermische Überlastung -> Silizium bildet Kurzschluß
Stromüberlastung -> Silizium hat keine Zeit um aufzugeben, der Bonddraht 
brennt durch.

von Daniel B. (daniel_3d)


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HildeK schrieb:
> Wenn du die (nackte) LED ganz ohne Vorwiderstand betreibst, was willst
> du dann mit den genannten Spannungen? Du hast entweder 15V oder 0V
> anliegen, keine 3V oder 3.6V.

Natürlich hast du recht.
Damit wollte ich ausdrücken, dass bei einer Einschaltdauer von 1/5 
(20%), im Mittel 3V an der LED anliegen.
Bitte sieh mir nach, dass ich kein gelernter Elektroniker bin und 
deshalb manche Begriffe vielleicht falsch benutze, oder einige 
Sachverhalte auf mein einfaches Laien-Verständnis herunterbreche.

Ich danke Dir umso mehr, dass du Dir die Mühe gibst und versuchst es mir 
mit einfachen Worten zu erklären.
Deine obige Erklärung habe ich verstanden.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Daniel B. schrieb:
> Natürlich hast du recht. Damit wollte ich ausdrücken, dass bei einer
> Einschaltdauer von 1/5 (20%), im Mittel 3V an der LED anliegen.
Aber du hast nicht den Strom,  den die LED bei 3V durchlässt, sondern 
eben auch 1/5 des Stromes, der bei 15V durch die LED fließen würde.
Und wie gesagt: dieser Strom ist unheimlich (oder zumindest mit den 
Datenblatt nicht kalkulierbar) groß.

: Bearbeitet durch Moderator
von HildeK (Gast)


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Daniel B. schrieb:
> Bitte sieh mir nach, dass ich kein gelernter Elektroniker bin und
> deshalb manche Begriffe vielleicht falsch benutze, oder einige
> Sachverhalte auf mein einfaches Laien-Verständnis herunterbreche.

Natürlich sehe ich dir das nach. Wir sind doch alle recht geduldig mit 
dir, oder?
Es ist aber oft schwierig, die Problematik eines Anderen richtig zu 
erkennen. Dann kommt es schon vor, dass manche Fakten mit 
eindringlicheren Worten genannt werden.

von Daniel B. (daniel_3d)


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@Lothar und Joachim
Vielen Dank, ich habe es verstanden.



Was mich zu einer weiteren Frage führt:
Wäre es dann prinzipiell möglich, die PWM-Spannung über ein Siebglied zu 
glätten, so dass die LED nicht mehr als 3V sieht?
In meinen Augen wäre es doch das gleiche, als würde ich die 
überschüssige Spannung in einem Vorwiderstand verheizen?

von g.l. (Gast)


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von g.l. (Gast)


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Oh, da war ich zu spät.

Daniel B. schrieb:
> Wäre es dann prinzipiell möglich, die PWM-Spannung über ein Siebglied zu
> glätten, so dass die LED nicht mehr als 3V sieht?

Ähnliches macht doch eine KSQ. Nur klugerweise wird statt der Spannung 
der Strom geregelt, weil bei LEDs der Strom der entscheidende Parameter 
ist. Die Spannung stellt sich dann, je nach LED, passend ein.

von Daniel B. (daniel_3d)


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Vielen Dank für eure Geduld und die wirklich guten Erklärungen.

Die Laserteile sind bestellt und bis diese da sind habe ich noch ein 
bisschen Zeit mir eine vernünftige Lösung für die Ansteuerung einfallen 
zu lassen.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Daniel B. schrieb:
> Was mich zu einer weiteren Frage führt:
> Wäre es dann prinzipiell möglich, die PWM-Spannung über ein Siebglied zu
> glätten, so dass die LED nicht mehr als 3V sieht?
Ja, das macht z.B ein Schaltregler mit seiner Spule. Aber vergiss 
endlich, die LED mit einer Spannung zu versorgen!
Gib ihr einen Strom(*), eine Spannung im Bereich um 3..3,6V wird sich 
dann schon einstellen...

(*)natürlich braucht  man für diesen Strom wieder eine Spannungsquelle. 
Aber der Witz ist, bei LED immer zu denken "Wie versorge ich die LED mit 
dem nötigen Strom?"
Und dann den Vorwiderstand so zu berechnen, dass dieser Strom fließt.

von Daniel B. (daniel_3d)


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Ist ja schon gut, ich hab´s mir doch schon lang aus dem Kopf geschlagen 
:-)

Bis die Laserteile da sind kann ich mir jetzt überlegen wie ich 16 
Konstantstromquellen für jeweils 200mA plus restliche Schaltung in der 
Rundumleuchte unterbringe. Das ganze auch noch dimmbar...

An Alle nochmal vielen Dank.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Daniel B. schrieb:
> Bis die Laserteile da sind kann ich mir jetzt überlegen wie ich 16
> Konstantstromquellen für jeweils 200mA
Wenn du die Schaltung mit 12V betreibst, dann sind die Stromquellen 
bereits in Form von Vorwiderständen auf den LED Platinen verbaut.

> Das ganze auch noch dimmbar...
Ich würde wie schon vorgeschlagen einen StepDown auf 12V so ansteuern, 
dass er dimmbar ist. Das geht eigentlich ganz einfach, indem eine 
zusätzliche über PWM einstellbare Spannung bzw. ein Strom in den 
Feedbackpfad eingespeist wird.

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