Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Wie wähle ich einen geeigneten Transistor für Arduino Ausgang


von Andre K. (andre1980)


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Huhu.

Ich möchte mit einem Arduino den Fahrstrom einer Modellbahn (TT, analog) 
zuschalten bzw. abschalten.

Ich dachte an einen MOSFET. Die 5V vom Arduino an das Gate. Das Gate 
muss dann ja auch noch mit einem größeren Widerstand an die Masse. Die 
Spannung des Fahrreglers hat 0-18V. Die Spannung vom Fahrregler kommt 
mit 123Hz PWM. Die Lok verbraucht nicht mehr als 1A als Spitze. Im 
Schnitt 200-500mA, je nach Modell.

Wie suche ich jetzt den richtigen MOSFET herraus? Nach welchen Werten 
muss ich im Datenblatt schauen?

Wie hoch ist die Belastung für den Arduino?

Wie groß sollte der Widerstand vom Gate zum GND sein?

lg

von Max B. (theeye)


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Suche dir hier was schönes aus: 
https://www.mikrocontroller.net/articles/Standardbauelemente

Und berechne den Widerstand wie hier beschrieben: 
https://www.mikrocontroller.net/articles/Basiswiderstand

Für dich sicher auch interessant: 
https://www.mikrocontroller.net/articles/Transistor

Hier sind nicht viele Stunden in Artikel geflossen, damit diese nicht 
gelesen werden. Und deine Fragen wurden sicher auch schon etliche Male 
im Forum beantwortet.

Viele Grüße
Max

von Wolfgang (Gast)


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Andre K. schrieb:
> Wie suche ich jetzt den richtigen MOSFET herraus? Nach welchen Werten
> muss ich im Datenblatt schauen?

Bevor du nach einem passenden Typ suchst, brauchst du erstmal einen 
Schaltplan. Wenn du zwischen Schiene und 0 schalten kannst, geht das 
direkt. Wenn du zwischen "+"-Ausgang des Fahrtreglers und Schiene 
schalten möchtest, wird es aufwändiger.

von derjaeger (Gast)


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Wenn du ein MOSFET nimmst, dann einen Logik-Level-MOSFET der bei 5 
seinen minimalsten RdsOn hat, damit du nicht im Linearbetrieb bist und 
die Verlustleistung gering bleibt.

Im Datenblatt steht dann z.B. Ugs Threshold voltage min. 2V max. 3V. Das 
sind aber nur die Werte, bei dem der MOSFET ANFÄNGT zu leiten und nicht 
schon komplett durchgeschaltet ist, deshalb "threshold voltage"

von Horst (Gast)


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Max B. schrieb:
> Und deine Fragen wurden sicher auch schon etliche Male
> im Forum beantwortet.

Auch wenn das stimmt, es ist trotzdem sinnvoll die Fragen, die man 
beantwortet auch zu lesen.
Denn das

Max B. schrieb:
> Und berechne den Widerstand wie hier beschrieben:
> https://www.mikrocontroller.net/articles/Basiswiderstand

hilft genau garnichts, wenn nach einem Gate-PullDown für Mosfets gefragt 
wird.

Andre K. schrieb:
> Wie hoch ist die Belastung für den Arduino?

Nach dem Schalten, also dem Umladen des Gates nicht mehr vorhanden.

>
> Wie groß sollte der Widerstand vom Gate zum GND sein?

So, daß der Mosfet sicher sperrt, wenn der Arduino im Reset ist. Um die 
100k sind üblich.

von Andre K. (andre1980)


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Hmm. Es ist nicht so, das ich nicht versucht habe mich vorab zu 
informieren. Ich komme leider zu keiner passenden Antwort.

Ich weis nicht woran ich erkenne, ab wann ein bestimmter MOSFET z.B. 
voll durch schaltet. Wie heist dieser Wert im Datenblatt?

Bei der Basiswiderstand Berechnung finde ich keine Berechnung für den 
Widerstand vom Gate zum GND.

Der Link zu den Standart Bauelementen bringt mich auch nicht wirklich 
weiter.


Beantwortet hat leider keiner der Links meine Fragen.

von Andre K. (andre1980)


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Huch, da kamen noch mehr antworten. Mein letzter Post bezog sich auf Max 
B.

von derjaeger (Gast)


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>Wie heist dieser Wert im Datenblatt?

Du schaust auf den RdsOn.

Da gibt es dann Angaben wie RdsOn

@Ugs = 5V : 10 Ohm
@Ugs = 10V: 1 Ohm

Dann gibt es Typen die sind volldurchgeschaltet im Milliohm Bereich und 
es gibt Typen die haben volldurchgeschaltet so 2 Ohm als RdsOn.

Es gibt dann noch informative Diagramme im Datenblatt wo du sehen kannst 
wieviel Strom der MOSFET bei einem bestimmten U_gs maximal durchlässt.

von Andre K. (andre1980)


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derjaeger schrieb:
> Im Datenblatt steht dann z.B. Ugs Threshold voltage min. 2V max. 3V. Das
> sind aber nur die Werte, bei dem der MOSFET ANFÄNGT zu leiten und nicht
> schon komplett durchgeschaltet ist, deshalb "threshold voltage"

Gibt es den Wert ab wann der MOSFET durchschaltet im Datenblatt, bzw. wo 
kann man ihn erkennen?


Wolfgang schrieb:
> Bevor du nach einem passenden Typ suchst, brauchst du erstmal einen
> Schaltplan. Wenn du zwischen Schiene und 0 schalten kannst, geht das
> direkt. Wenn du zwischen "+"-Ausgang des Fahrtreglers und Schiene
> schalten möchtest, wird es aufwändiger.

Den Schaltplan gibt es schon, dort wird es mit einem Relais geschalten. 
Das Relais übernimmt aber auch andere Sachen, auf die ich verzichten 
möchte. Also eigentlich soll der MOSFET nur als Schalter wirken.


Horst schrieb:
> Andre K. schrieb:
>> Wie hoch ist die Belastung für den Arduino?
>
> Nach dem Schalten, also dem Umladen des Gates nicht mehr vorhanden.

Und während des Schaltvorgangs? Sozusagen kurzzeitig. MOSFETs sollen ja 
nur gering Strom brauchen. Also muß man darauf nicht achten?

Horst schrieb:
> Andre K. schrieb:
>>
>> Wie groß sollte der Widerstand vom Gate zum GND sein?
>
> So, daß der Mosfet sicher sperrt, wenn der Arduino im Reset ist. Um die
> 100k sind üblich.

Danke

von Wolfgang (Gast)


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Andre K. schrieb:
> Also eigentlich soll der MOSFET nur als Schalter wirken.

Auch für einen Schalter stellt sich die Frage:
Wo soll er sitzen - in der "Plus"- oder in der "Minus"-leitung.

von Andre K. (andre1980)


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Wolfgang schrieb:
> Auch für einen Schalter stellt sich die Frage:
> Wo soll er sitzen - in der "Plus"- oder in der "Minus"-leitung.

Vor dem Verbraucher. Also zwischen Fahrregler und Motor des Zuges.

von Max B. (theeye)


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Kannst du mal bitte einen Schaltplan hochladen? Dann wird vieles klarer.

von Manfred (Gast)


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Andre K. schrieb:
> Ich weis nicht

> Wie heist dieser Wert

> Der Link zu den Standart Bauelementen

Beantworte die Frage
Wolfgang schrieb:
> Bevor du nach einem passenden Typ suchst, brauchst du erstmal einen
> Schaltplan. Wenn du zwischen Schiene und 0 schalten kannst, geht das
> direkt. Wenn du zwischen "+"-Ausgang des Fahrtreglers und Schiene
> schalten möchtest, wird es aufwändiger.

und stelle einen Schaltplan bereit, sonst wird das nichts.

von Andre K. (andre1980)


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Der Schaltplan:
https://www.tt-board.de/forum/attachments/anfbrems-jpg.280873/

Hoffentlich gibt das kein Ärger.

von Stefan F. (Gast)


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Die Seite funktioniert nicht. Ich sehe nur weiß und einen endlosen 
Ladekringel. Nach einer gefühlten Ewigkeit werde ich aufgefordert, mich 
einzuloggen. So war das sicher nicht gedacht.

von Andre K. (andre1980)


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Ja, man muss da angemeldet sein um die Schaltpläne einsehen zu können.

Hier der Link zum Thread:
https://www.tt-board.de/forum/threads/analog-automatisch-abbremsen-und-anfahren-mit-arduino.53251/

Aber der Zugang zu Bildern ist leider an ein Login gebunden.

von Stefan F. (Gast)


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Und du meinst ich melde mich da an, nur um den Schaltplan sehen zu 
dürfen, zu dem Du eine Frage hast? Soll ich das jetzt jeden Tag mehrmals 
so machen, für jeden, der Fragen stellt?

Nein Danke!

von Andre K. (andre1980)


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Ich verlange doch nicht das ihr euch dort anmeldet. Ich habe nur 
versucht zu erklären, das man dort angemeldet sein muß um auf die 
Inhalte zugreifen zu können. Genauso muss man hier angemeldet sein, um 
zu posten. Ist doch ein sehr gängiges Prozedere.

hier ist eine alternative:
dl.dropbox.com/s/rvuwzu7250rlvn7/220871-61baabe1866076d5ea15733bbd3d4315 
.jpg

von Thomas E. (thomase)


Angehängte Dateien:

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Stefan U. schrieb:
> Und du meinst ich melde mich da an, nur um den Schaltplan sehen zu
> dürfen, zu dem Du eine Frage hast? Soll ich das jetzt jeden Tag mehrmals
> so machen, für jeden, der Fragen stellt?
>
> Nein Danke!

Nun reg dich mal nicht so auf.

Du brauchst doch nur das Bild runterladen und vergrößern.

von Jörg R. (solar77)


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Andre K. schrieb:
> Genauso muss man hier angemeldet sein, um
> zu posten. Ist doch ein sehr gängiges Prozedere.

Falsch. In den meisten Unterforen kannst Du auch als Gast alles mitlesen 
und auch schreiben.


Weshalb möchtest du überhaupt abschalten? Du regelst doch über den 
Fahrtregler. Etwas stutzig macht mich 0-18 Volt und PWM in einem Satz.

Soll der Strom für eine oder mehrere Loks abgeschaltet werden?


Andre K. schrieb:
> Ja, man muss da angemeldet sein um die Schaltpläne einsehen zu können.

@TO
Kläre doch ab ob du den Schaltplan hier posten darfst.

von Andre K. (andre1980)


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Jörg R. schrieb:
> Weshalb möchtest du überhaupt abschalten? Du regelst doch über den
> Fahrtregler. Etwas stutzig macht mich 0-18 Volt und PWM in einem Satz.
>
> Soll der Strom für eine oder mehrere Loks abgeschaltet werden?

Das wird jetzt etwas länger. Ich denke mit meinem Leihenhaften Wissen, 
das dies nicht nötig ist. Aber ich versuchs zu erklären.

Es geht um Blockabschnitt Steuerung. Der Block wird in 3 Teile 
unterteilt. Gefahren wird Analog. Der Arduino erkennt einen Verbraucher 
auf dem Gleis. Wenn der folgende Block besetzt ist, regelt der Arduino 
die geschwindigkeit des Zuges langsam runter im ersten Teil, bis hin zu 
einer Kriechfahrt. Im zweiten Teil, wo auch die Schaltung nötig ist, dem 
Halteabschnitt, wird die Spannung weggenommen. Zug bleibt stehen und 
wartet. Sobald der folgende Block Frei Meldet, schaltet ein Relais die 
Spannung zum Halteabschnitt, wodurch der Zug langsam beschleunigt. Dies 
geschiet auch über den 3.Teil des Blocks.

Der Arduino gibt eine PWM auf das Gleis, gesteuert über einen 2N7000 und 
IRF9510. Die PWM wird über einen Prescaler (oder so ähnlich) runter 
geregelt auf 123Hz, weil diese Frequenz sehr kompatibel für die 
Zugmotoren ist.

Das alles funktioniert auch schon, und wurde getestet.

Mich stört nur das Relais, was die PWM vom Arduino auf den 
Halteabschnitt gibt, wenn das folgende Signal Frei meldet. bzw. öffnet 
wenn der folgende Block Belegt meldet.

Ich würde das gern das Relais, was ja nur die Verbindung schaltet, durch 
einen Halbleiter ersetzen. Ein MOSFET dürfte sich da anbieten, da er 
Wenig Strom braucht, und somit den Arduino wenig belastet.

Jetzt suche ich einen MOSFET, der bei 5V Voll durchschaltet. Die 5V 
sollen von einem Pin vom Arduino kommen. Durchgeschaltet werden die PWM 
die vom Arduino erzeugt wird und verstärkt durch die beiden anderen 
MOSFET ankommt. Die Spannung an der Drain/Source Strecke ist 
unterschiedlich, da sie vom Fahrregler einstellbar ist, wobei 18V das 
Maximum sein sollte.


Worauf ich keine Richtige antwort finde. Stört es ein MOSFET wenn die 
Spannund Drain/Source schwankt? Stört es einen MOSFET wenn die Spannung 
Drain/Source pulsiert (123Hz)?

Was ich immer noch nicht so richtig erkenne im Datenblatt, ab wann 
(V)ein MOSFET komplett durchschaltet, obwohl es dafür schon hinweise gab 
(RDSon).

Link zum Schaltplan:
dl.dropbox.com/s/rvuwzu7250rlvn7/220871-61baabe1866076d5ea15733bbd3d4315
.jpg

: Bearbeitet durch User
von derjaeger (Gast)


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Etwas verallgemeinert:

Nicht Logik-Level (N)MOSFET ist volldurchgeschaltet bei ~10V Ugs
Logik-level MoSFET ist volldurchgeschaltet bei ~5V Ugs

(Durchgeschaltet: Kleinster möglicher Widerstand zwischen Drain und 
Source)

von Andre K. (andre1980)


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derjaeger schrieb:
> Etwas verallgemeinert:
>
> Nicht Logik-Level (N)MOSFET ist volldurchgeschaltet bei ~10V Ugs
> Logik-level MoSFET ist volldurchgeschaltet bei ~5V Ugs
>
> (Durchgeschaltet: Kleinster möglicher Widerstand zwischen Drain und
> Source)

Woran erkennt man einen "Logil-Level" MOSFET?

Bei conrad kann man danach nicht filtern. Gibt es da Erkennungszeichen?

von Jörg R. (solar77)


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Andre K. schrieb:
> derjaeger schrieb:
>> Etwas verallgemeinert:
>>
>> Nicht Logik-Level (N)MOSFET ist volldurchgeschaltet bei ~10V Ugs
>> Logik-level MoSFET ist volldurchgeschaltet bei ~5V Ugs
>>
>> (Durchgeschaltet: Kleinster möglicher Widerstand zwischen Drain und
>> Source)
>
> Woran erkennt man einen "Logil-Level" MOSFET?
>
> Bei conrad kann man danach nicht filtern. Gibt es da Erkennungszeichen?

Eine Auswahl: (N-Kanal)
https://www.mikrocontroller.net/articles/MOSFET-Übersicht#N-Kanal_MOSFET

Unter Bemerkung gibt es entsprechende Hinweise, unter Package die 
Bauform.


Direktes Beispiel: IRLIZ44N

http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irliz44n.pdf

Auf Seite 2, Zeile 3, siehst du 3 Werte für Rdson. Die 2 wichtigen für 
dich sind 35mR bei 4 Volt Ugs bzw. 25mR bei 5 Volt Ugs.

: Bearbeitet durch User
von Andre K. (andre1980)


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Jörg R. schrieb:
> Andre K. schrieb:
>> derjaeger schrieb:
>>> Etwas verallgemeinert:
>>>
>>> Nicht Logik-Level (N)MOSFET ist volldurchgeschaltet bei ~10V Ugs
>>> Logik-level MoSFET ist volldurchgeschaltet bei ~5V Ugs
>>>
>>> (Durchgeschaltet: Kleinster möglicher Widerstand zwischen Drain und
>>> Source)
>>
>> Woran erkennt man einen "Logil-Level" MOSFET?
>>
>> Bei conrad kann man danach nicht filtern. Gibt es da Erkennungszeichen?
>
> Eine Auswahl: (N-Kanal)
> https://www.mikrocontroller.net/articles/MOSFET-Übersicht#N-Kanal_MOSFET
>
> Unter Bemerkung gibt es entsprechende Hinweise, unter Package die
> Bauform.

UDS/V ist die maximale Spannung an der Drain/Source Strecke, richtig?
ID/A ist der maximale Strom den er aushält, richtig?


Also sollte für mein vorhaben, ein MOSFET UDS/V von mindestens 20V haben 
und ID/A von mindestens 1A, richtig? und Logik-Level natürlich.

Jörg R. schrieb:
> Direktes Beispiel: IRLIZ44N
>
> http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irliz44n.pdf
>
> Auf Seite 2, Zeile 3, siehst du 3 Werte für Rdson. Die 2 wichtigen für
> dich sind 35mR bei 4 Volt Ugs bzw. 25mR bei 5 Volt Ugs.

Bei 10V UGs wäre er aber noch mehr "leitend", richtig?

: Bearbeitet durch User
von Jörg R. (solar77)


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Andre K. schrieb:
> und ID/A von mindestens 1A, richtig?

1 Ampere ist grenzwertig, du solltest schon Luft nach oben haben. Wobei 
die Mosfets, wenn es nicht gerade einer im TO92 Gehäuse ist, über 1 
Ampere nur lächeln.

Selbst der kleine IRLML2502 kann über 2 Ampere, ist allerdings SMD. 
Rdson Werte sind auch für unter 3 Volt Ugs spezifiziert. Uds wäre für 
deinen Anwendfall aber grenzwertig.


Andre K. schrieb:
> Bei 10V UGs wäre er aber noch mehr "leitend", richtig?

Ja, Rdson ist aber „nur“ 3mR geringer wie bei 5 Volt Ugs. Und 10 Volt 
liefert dein uC nicht, jedenfalls nicht ohne weitere Beschaltung.

: Bearbeitet durch User
von Andre K. (andre1980)


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Jörg R. schrieb:
> Andre K. schrieb:
>> und ID/A von mindestens 1A, richtig?
>
> 1 Ampere ist grenzwertig, du solltest schon Luft nach oben haben. Wobei
> die Mosfets, wenn es nicht gerade einer im TO92 Gehäuse ist, über 1
> Ampere nur lächeln.
>
> Selbst der kleine IRLML2502 kann über 2 Ampere, ist allerdings SMD.
> Rdson Werte sind auch für unter 3 Volt Ugs spezifiziert. Vds wäre für
> deinen Anwendfall aber grenzwertig.
>
> Andre K. schrieb:
>> Bei 10V UGs wäre er aber noch mehr "leitend", richtig?
>
> Ja, Rdson ist aber „nur“ 3mR geringer wie bei 5 Volt Ugs. Und 10 Volt
> liefert dein uC nicht, jedenfalls nicht ohne weitere Beschaltung.

Ja, 10V kann der µC nicht. Ging mir nur ums verstehen.

Wie ist das mit der Wärmeentwicklung. Woher weis ich ab wann ich kühlen 
muß?

von Andre K. (andre1980)


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Auf jeden Fall ein Danke an alle die mir geholfen haben die Welt der 
MOSFET besser zu verstehen.

An diesen hier:
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/150000-174999/156110-da-01-en-PWRMOS_60V_16A_STP16NF06L_STM.pdf
komme ich günstig ran.

Wenn ich es richtig verstanden habe, dann dann schaltet er ab maximal 
2,5V, und hat bei 5V am Gate einen ähnlichen RDSon wie mit 10V.

Das Gate noch mit 100k Ohm an Masse, und alles andere werden Tests 
zeigen.

Nochmal Danke und es wird bestimmt nicht das letzte mal gewesen sein, 
das ich euch mit Fragen löchere.

Biba

von Jörg R. (solar77)


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Andre K. schrieb:
> Wenn ich es richtig verstanden habe, dann dann schaltet er ab maximal
> 2,5V...

..nicht ganz korrekt. Er beginnt ab 2,5 Volt leitend zu werden. Mit 
diesem Wert kannst du aber nicht rechnen.
Wichtig und zuverlässig sind die im DB angegeben Werte für Rdson.

Hier findest du noch einiges an Erklärungen, auch etwas über 
Verlustleistung:

https://www.mikrocontroller.net/articles/FET


> ...und hat bei 5V am Gate einen ähnlichen RDSon wie mit 10V.

Ja.

: Bearbeitet durch User
von Stefan S. (chiefeinherjar)


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Andre K. schrieb:
> Wie ist das mit der Wärmeentwicklung. Woher weis ich ab wann ich kühlen
> muß?

Das steht alles hier in diesem schönen Artikel Kühlkörper
Verlustleistung bei durchgeschaltetem Mosfet ist (I_DS)^2 * R_on
Und so ein TO-220-Gehäuse würde ich mit nicht viel mehr als einem Watt 
belasten. Aber das ist natürlich nur eine ganz ganz grobe Faustformel, 
in dem Artikel kann man alles ganz genau nachlesen.

von Jörg R. (solar77)


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Stefan S. schrieb:
> Andre K. schrieb:
>> Wie ist das mit der Wärmeentwicklung. Woher weis ich ab wann ich kühlen
>> muß?
>
> Das steht alles hier in diesem schönen Artikel Kühlkörper
> Verlustleistung bei durchgeschaltetem Mosfet ist (I_DS)^2 * R_on
> Und so ein TO-220-Gehäuse würde ich mit nicht viel mehr als einem Watt
> belasten. Aber das ist natürlich nur eine ganz ganz grobe Faustformel,
> in dem Artikel kann man alles ganz genau nachlesen.

Für den IRLIZ44N wären das bei 1A statischer Last und 5 Volt Vgs 25mW 
Verlustleistung.
Bei 2 Ampere sind es aber nicht 50mW - sondern 100mW.

: Bearbeitet durch User
von Andre K. (andre1980)


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lol

Bei den Bewertungen fühlt man sich wie im Kindergarten. Naja.

Ich danke dennoch allen die mir geholfen haben. Schönes Wochenende 
gewünscht :)

von Andreas M. (andreas61)


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Die Motoren der Loks verursachen doch bestimmt Spannungsspitzen und 
Anfahrstromspitzen.
Deshalb vielleicht mal darüber nachdenken, so etwas wie den BTS 117 zu 
verwenden. Der kostet zwar mehr, dürfte aber nicht kaputt zu kriegen 
sein.

Andreas

: Bearbeitet durch User
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