Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Mosfet (IRF540) summt


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von Phillip P. (gerripeach)


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Hallo,
ich bin dabei einen LED-Tisch zu bauen.
Ich habe 10m 5630-LED-Striped verwendet. Diese verbrauchen laut 
Datenblatt zusammen etwa 12A bei 12V.

Zum schalten verwende ich einen IRF540-MOSFET 
(https://www.vishay.com/docs/91021/91021.pdf)

Dieser Mosfet macht relativ laute Summgeräusche:
- (1) Warum?
- (2) Kann ich das irgendwie verhindern?
- (3) Gibt es einen besseren Mosfet für diesen Anwendungsfall?
- (4) Könnte ich auch einfach 2, 3 oder 4 von diesen Mosfest Paralell 
schalten um die Last pro Mostfet zuverringer und so vielleicht die 
Geräusche zu reduzieren?

mfg

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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12V * 12A sind über 100 Watt. Willst damit jemanden blenden (blind 
machen)?

> Dieser Mosfet macht relativ laute Summgeräusche

Glaube ich Dir nicht. Halbleiter summen nicht. Da summt sicher was 
anderes.

Ich ahne böses: Du steuert die ganzen LEDs doch nicht etwa mit 
rechteckiger PWM an? Dann hast du einen erstklassigen breitbandigen 
Störsender gebaut. Die Aluhut Fraktion wird wegen diesem Elektrosmog 
sicher auch unruhig.

: Bearbeitet durch User
von Phillip P. (gerripeach)


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Stefanus F. schrieb:
> 12V * 12A sind über 100 Watt. Willst damit jemanden blenden (blind
> machen)?
>
>> Dieser Mosfet macht relativ laute Summgeräusche
>
> Glaube ich Dir nicht. Halbleiter summen nicht. Da summt sicher was
> anderes.
>
> Ich ahne böses: Du steuert die ganzen LEDs doch nicht etwa mit
> rechteckiger PWM an? Dann hast du einen erstklassigen breitbandigen
> Störsender gebaut. Die Aluhut Fraktion wird wegen diesem Elektrosmog
> sicher auch unruhig.

Nein. Für meine Freundin die Architektur studiert, das ganze halt zum 
abpausen bzw darauf zeichnen. Um eine möglichst gleichmäßige 
Lichtverteilung zu bekommen (auf DIN-A1, 600*850) muss es halt hell 
sein.

Angesteuert wird das ganze mit einem Arduino. Also ja rechteckige PWM.

: Bearbeitet durch User
von hinz (Gast)


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Phillip P. schrieb:
> 12A bei 12V.
>
> Zum schalten verwende ich einen IRF540-MOSFET

Phillip P. schrieb:
> Angesteuert wird das ganze mit einem Arduino.

Der IRF540 ist da völlig falsche Wahl. Der will mit 10V angesteuert 
werden und hat wegen der unnötig hohen Spannungsfestigkeit einen unnötig 
hohen Kanalwiderstand.

Nimm einen 30V Logikpegel MOSFET, dann wird das was.

von L. N. (derneumann)


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öh darf ich mal einhaken an der stelle - was heißt rechteckiges pwm und 
was ist die alternative? wo kann ich mich einlesen? heißt rechteckig, 
dass die schaltflanken möglichst steil sind, also so wie es eigentlich 
erstrebenswert ist?

dankesehr

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Ja, es geht um steile Flanken. Je steiler sie sind, umso effizienter 
arbeitet die Schaltung. Aber die Leitungen strahlen hochfrequente 
Oberwellen ab, und das reichlich.

Deswegen benutzt man bei so etwas normalerweise eher ein Schaltnetzteil, 
dessen Ausgangsstrom mit einem PWM Signal steuerbar ist (auch LED 
Treiber genannt).

von L. N. (derneumann)


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aber funktionieren nicht alle LED dimmer mit einem uC und mosfets oder 
ist das nur bei den chinaknallern und in der arduino welt so? ich hab 
einen pca9685 treiber mit mosfets dran und da summt es auch immer, außer 
bei 0% und 100% dutycycle. würde man so einen dimmer grundsätzlich 
anders aufbauen?

: Bearbeitet durch User
von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Das ist nur bei den Chinaknallern so

> würde man so einen dimmer grundsätzlich anders aufbauen?

Ja doch, hab ich doch erklärt.

von Manfred (Gast)


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hinz schrieb:
> Der IRF540 ist da völlig falsche Wahl. Der will mit 10V angesteuert werden.

Spannung hätte er theoretisch da. Egal, bei typ. 85mOhm muß der schon 
aus der Platine tropfen, das sind gute 12 Watt. Der, im Forum auch gerne 
erwähnte, IRF3708 wäre dort passender.

L. N. schrieb:
> mal einhaken an der stelle

Repariere gefälligst Deine Shift-Taste!

> möglichst steil sind

Wasch' mir den Pelz, aber mach' mich nicht naß :-)

Steile Flanken ergeben ein breites Störspktrum, also unerwünscht.
Langsame Flanken erzeugen Schaltverluste im Transistor - auch 
unerwünscht.

Suche Dir aus, welchen Tod Du sterben willst.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Man kann von beiden Vorteilen was haben, wenn man wie gesagt ein PWM 
gesteuertes Schaltnetzteil mit Strom-Regelung verwendet (=LED Treiber).

von L. N. (derneumann)


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> L. N. schrieb:
>> mal einhaken an der stelle
>
> Repariere gefälligst Deine Shift-Taste!

ich komm einfach nicht dahinter, habs schon mit wd40 und gewebeband 
probiert!

>
>> möglichst steil sind
>
> Wasch' mir den Pelz, aber mach' mich nicht naß :-)
>
> Steile Flanken ergeben ein breites Störspktrum, also unerwünscht.
> Langsame Flanken erzeugen Schaltverluste im Transistor - auch
> unerwünscht.
>
> Suche Dir aus, welchen Tod Du sterben willst.

am liebsten keinen davon :-) was macht man dann im normalfall - ein 
mittelding daraus oder das was stefanus gesagt hat (wovon ich noch 
weniger verstehe - strom per pwm steuern.. hä?)

von L. N. (derneumann)


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Stefanus F. schrieb:
> Man kann von beiden Vorteilen was haben, wenn man wie gesagt ein PWM
> gesteuertes Schaltnetzteil mit Strom-Regelung verwendet (=LED Treiber).

gut, sowas gibts ja fertig zu kaufen, z.b. mit trimpot zum strom 
einstellen. aber wie baut man sowas selbst, ich meine man will seine 
LEDs ja vielleicht per software steuern können...

#neuland xD

von Phillip P. (gerripeach)


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Hab grad noch ein bisschen rumprobiert, was nun summt ist das 
Schaltnetzteil. Aber auch NUR wenn die LEDs mit Mosfet angesteuert 
werden. Interessant ist dass das Netzteil unterschiedlich laut summt, 
wenn man andere Mosfets verwendet (gleicher Typ).

von L. N. (derneumann)


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Phillip P. schrieb:
> Hab grad noch ein bisschen rumprobiert, was nun summt ist das
> Schaltnetzteil.

bei mir kommt das summen auch aus dem schaltnetzteil. hab einen sehr 
ähnlichen aufbau: ESP8266 mit PCA9685 und IRF3708 MOSFETs.

> Aber auch NUR wenn die LEDs mit Mosfet angesteuert
> werden.
auch bei 0% und 100% duty cycle (helligkeit)?

> Interessant ist dass das Netzteil unterschiedlich laut summt,
> wenn man andere Mosfets verwendet (gleicher Typ).
keine ahnung woran das liegt - fertigungstoleranzen?

: Bearbeitet durch User
von Michael B. (laberkopp)


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Phillip P. schrieb:
> Hab grad noch ein bisschen rumprobiert, was nun summt ist das
> Schaltnetzteil. Aber auch NUR wenn die LEDs mit Mosfet angesteuert
> werden. Interessant ist dass das Netzteil unterschiedlich laut summt,
> wenn man andere Mosfets verwendet (gleicher Typ).

Nö, nicht interessant, sondern logisch.

Wie schon erwähnt wurde, steuerst du deinen MOSFET vermutlich mit zu 
wenig Spannung an, nämlich nur 5V am Gate.

Da sind einige Exemplare etwas durchgeschaltet, andere halb 
durchgeschaltet und manche recht gut durchgeschaltet.

5V sind für den einfach zu wenig, er will 10V am Gate sehen, dann 
schalten auch alle Exemplare gleich gut.

Aber irgendwie ignorierst du Antworten aus dem Forum und machst 
betonkopflmässig weiter wie immer, warum fragst du dann überhaupt ?

von L. N. (derneumann)


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Michael B. schrieb:
> Aber irgendwie ignorierst du Antworten aus dem Forum und machst
> betonkopflmässig weiter wie immer, warum fragst du dann überhaupt ?

wenn ich das mache, ist das im normalfall weder böse, ignorant noch 
sonst irgendwie mit negativer intention behaftet sondern ich bin dann 
meistens überfordert und weiß nichts oder wenig mit den informationen 
anzufangen. aber da kann ich nur für mich sprechen.

von Phillip P. (gerripeach)


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Michael B. schrieb:
> Phillip P. schrieb:
>> Hab grad noch ein bisschen rumprobiert, was nun summt ist das
>> Schaltnetzteil. Aber auch NUR wenn die LEDs mit Mosfet angesteuert
>> werden. Interessant ist dass das Netzteil unterschiedlich laut summt,
>> wenn man andere Mosfets verwendet (gleicher Typ).
>
> Nö, nicht interessant, sondern logisch.
>
> Wie schon erwähnt wurde, steuerst du deinen MOSFET vermutlich mit zu
> wenig Spannung an, nämlich nur 5V am Gate.
>
> Da sind einige Exemplare etwas durchgeschaltet, andere halb
> durchgeschaltet und manche recht gut durchgeschaltet.
>
> 5V sind für den einfach zu wenig, er will 10V am Gate sehen, dann
> schalten auch alle Exemplare gleich gut.
>
> Aber irgendwie ignorierst du Antworten aus dem Forum und machst
> betonkopflmässig weiter wie immer, warum fragst du dann überhaupt ?


Aber aus interesse heraus, warum macht das Schaltnetzteil Geräusche, 
wenn der Mosfet nicht richtig schaltet?

Ich hab noch den Mosfet auf Vorrat: fqp30n06l - sehe ich das richtig, 
dass der besser geeignet ist?

von L. N. (derneumann)


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> Aber aus interesse heraus, warum macht das Schaltnetzteil Geräusche,
> wenn der Mosfet nicht richtig schaltet?
>
> Ich hab noch den Mosfet auf Vorrat: fqp30n06l - sehe ich das richtig,
> dass der besser geeignet ist?

er schaltet vielleicht nicht durch aber die schaltflanken werden wohl 
recht steil sein, was störungen und damit geräusche begünstigt. wenn ich 
die vorhergehenden posts richtig verstanden habe.

der FQP30N06L würde bei V(gs) = 5V noch immer 6,5W verbraten bei 12A. 
Besser, aber ohne Monsterkühlung noch immer zu viel.

von L. N. (derneumann)


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Der angesprochene IRF3708 würde bei V(gs) = 5V zwischen 1,4W und 2W 
verbraten bei 12A. Das wäre durchaus kühlbar...

von Phillip P. (gerripeach)


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L. N. schrieb:
>> Aber aus interesse heraus, warum macht das Schaltnetzteil Geräusche,
>> wenn der Mosfet nicht richtig schaltet?
>>
>> Ich hab noch den Mosfet auf Vorrat: fqp30n06l - sehe ich das richtig,
>> dass der besser geeignet ist?
>
> er schaltet vielleicht nicht durch aber die schaltflanken werden wohl
> recht steil sein, was störungen und damit geräusche begünstigt. wenn ich
> die vorhergehenden posts richtig verstanden habe.
>
> der FQP30N06L würde bei V(gs) = 5V noch immer 6,5W verbraten bei 12A.
> Besser, aber ohne Monsterkühlung noch immer zu viel.


Mit welchen Werten aus dem Datenblatt bist du auf diese Werte gekommen?

von L. N. (derneumann)


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verbratene leistung = strom zum quadrat mal rds(on) in ohm.

also 12 A x 12 A x 0,045 Ohm = 6,48 W

der FQP30N06L hat laut datenblatt bei einer gatespannung V(gs) von 5 V 
einen widerstand von 0,045 Ohm.

: Bearbeitet durch User
von Phillip P. (gerripeach)


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Hab ich theoretisch sinvolle möglichkeiten die Spannung am Gate von 
einem Arduino aus zu erhöhen?

von L. N. (derneumann)


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soviel ich weiß:

- du musst die höhere spannung irgendwo herbekommen

- mit einem mosfet gate treiber könntest du das lösen

- ein transistor oder zweiter fet sollte theoretisch auch gehen - aber 
keine ahnung ob das schlau ist

im endeffekt ist es einfacher und sinnvoller den passenden mosfet zu 
nehmen, dh mindestens den IRF3708 oder einen mit noch niedrigerem 
rds(on) bei 5V.

von Michael B. (laberkopp)


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Phillip P. schrieb:
> Hab ich theoretisch sinvolle möglichkeiten die Spannung am Gate von
> einem Arduino aus zu erhöhen?

Die übliche heisst: MOSFET-Treiber (wie MC34151 oder TPS2811)
die sind abee vor allem nötig wenn man SCHNELL schalten will.

Das will man bei einer langen Streifenleitung eher nicht.

Also eher CD40109.

Oder selber bauen
        +12V      +12V
          |        |
         1k        |
          |        |S 
          +-------|I P-Kanal MOSFET
          |        |
TTL--1k--|< BC547  +---|>|-- LED-Streifen -- GND
          |E
         GND

von Manfred (Gast)


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Phillip P. schrieb:
> Hab ich theoretisch sinvolle möglichkeiten die Spannung am Gate von
> einem Arduino aus zu erhöhen?

Wenn Deine Karre zu viel Kraftstoff verbraucht, kannst Du einen 
Zusatztank einbauen. Du könntest aber auch mal Vergaser und Luftfilter 
in Ordnung bringen ... Will sagen:

Die Gatespannung zu erhöhen, wäre machbar. Es bedeutet aber erheblich 
mehr Aufwand, als ganz einfach den FET durch einen besseren Typ zu 
ersetzen.

Du hast Deine Schaltung laufen, wie warm wird der FET? Wenn Du Platz und 
Kühlfläche hast und es nicht stört, lass' wie's ist.

Geräusche vom Netzgerät, klar - Wandlertrafo und / oder Filterdrossel 
knetern im Takt der PWM. Kann man die PWM-Frequenz deutlich höher legen? 
Lassen sich direkt an der Lampeneinspeisung große Elkos unterbringen, 
die die Schaltpulse abdämpfen?

Beitrag #5395051 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Äxl (geloescht) (Gast)


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Die PWM vom Arduino macht so ca. 500Hz. klar hört man das denn irgendwo 
Fiepen...

von hinz (Gast)


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Äxl (geloescht) schrieb:
> Die PWM vom Arduino macht so ca. 500Hz.

Über 60 kHz!

von der schreckliche Sven (Gast)


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hinz schrieb:
> Über 60 kHz!

Was hörbare Inferenzen erzeugt.

von antilatino (Gast)


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Stefanus F. schrieb:
>> würde man so einen dimmer grundsätzlich anders aufbauen?
>
> Ja doch, hab ich doch erklärt.

Vielleicht fehlt ja der Punkt, der den Unterschied macht.

PWM / ungefilterte Rechteckpulse der gesamten Betriebsspannung über 
Vorwiderstand (und die Zuleitung --> Sendeantenne) auf die LEDs zu 
geben, ist nicht immer gut.

Bei LED-Treibern wird die PWM (anlegen der gesamten Versorgung über 
kurze Zeiträume, gefolgt von kurzen "Pausen") über eine Spule geglättet. 
Das Störpotential der angeschlossenen Leitung ist minimal.

Und im Gegensatz zur PWM bei DC-DC-Konvertern wird in diesem Fall 
(Betrieb von LEDs) gleich nicht die Spannung, sondern der Strom (und 
zwar zwecks Dimmung auch noch variabel) geregelt - das ist hier 
sinnvoll(er).

Das dürfte der Hauptunterschied sein.

Bei LED-Treibern gibt es (je nach genauem Treiber) aber auch die 
Möglichkeit, anstatt den Konstantstrom variabel zu machen für eine 
Dimmung, den Ausgang über eine niederfrequente PWM zu dimmen - 
genaugenommen wird so nur der Vorwiderstand eingespart, plus etwas mehr 
Flexibilität vielleicht.

Erstgenanntes Konzept geht auch mit dem Arduino - PWM über Spule 
glätten, Konstantstrom gewinnen.

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