Hi!
Ich möchte einen N-Ch-MOSFET (IRF7403) als low-side Schalter direkt an
einem AVR Pin per PWM ansteuern. Mir ist nicht wirklich klar, wie ich
ausrechnen (abschätzen) kann, welche Schaltfrequenz ich realistisch ohne
Treiber mittels des AVR-Pins realisieren kann. Die Gate-Kapazität des
FETs finde ich im Datenblatt, den AVR-Pin kann ich vermutlich bis 10 mA
belasten (wenn man mal davon ausgeht, dass noch andere Pins was treiben
müssen), wie ich von da aus weiterrechne ist mir noch nicht so ganz klar
... Es geht mir nur um eine Größenordnung, dh gehen 1kHz oder sogar 10
kHz?
Danke für alle Tipps!
Fett schrieb:> Die Gate-Kapazität des FETs finde ich im Datenblatt
Mit der Gate-Kapazität zu rechnen ist eher umständlich, weil die ja
nichts über die Schaltverhältnisse am Drain aussagt, und die
Miller-Kapazität (also der Spannungshub am Drain) die Umschaltzeiten im
wesentlichen bestimmt. Daher geben die Hersteller die Gateladung für das
Schalten bei bestimmtem Drainspannungshub an. Damit und mit der
Stromlieferfähigkeit des Treiberausgangs lässt sich die Umschaltzeit
besser berechnen.
Fett schrieb:> Es geht mir nur um eine Größenordnung, dh gehen 1kHz oder sogar 10> kHz?
Schau mal hier rein:
Beitrag "Re: Transistor, 1A, 4MHz Schaltfrequenz"
Die Treiber an den AVR-Pins haben einen Kanalwiderstand von ca. 50R.
Damit und mit den Kapazitäten am FET kannst du jetzt ausrechnen (oder
simulieren) wieviel Verlustleistung im MOSFET anfällt, in Abhängigkeit
von der Frequenz. Eine harte Grenze gibts da nicht. Du selber mußt
entscheiden, ab wann dir das zu viel wird.
>> Das ist gar nichts. Die 20nC sind die Gateladung bei 5V.
Das ist die Ansteuerleistung. Die interessiert nicht, vor allem weil
sie den MOSFET nicht erwärmt. Was interessiert, sind die
Umschaltverluste im MOSFET. Und die sind neben der Schaltfrequenz auch
abhängig von der zu schaltenden Spannung und dem zu schaltenden Strom.
@Axel S. (a-za-z0-9)
> P = f Q U = 10kHz 20nC 5V = 1mW>>>> Das ist gar nichts. Die 20nC sind die Gateladung bei 5V.>Das ist die Ansteuerleistung. Die interessiert nicht,
Aber sicher, vor allem den Treiber. Und wenn man so wie du schon ne
Weile hier mitliest, ist die Paranoia in bezug auf "och der arme AVR,
der kann doch keinen MOSFET allein treiben" nicht weit weg.
> vor allem weil>sie den MOSFET nicht erwärmt. Was interessiert, sind die>Umschaltverluste im MOSFET.
Die auch, aber danach war glaube ich nicht gefragt worden.
> Und die sind neben der Schaltfrequenz auch>abhängig von der zu schaltenden Spannung und dem zu schaltenden Strom.
Sicher. Wenn wir mal grob von dem hier ausgehen
https://www.mikrocontroller.net/topic/goto_post/2519459
und mal ganz konservativ 200ns Schaltzeit veranschlagen, macht das im
schlimmsten Fall bei 10kHz
https://www.mikrocontroller.net/articles/FET#Schalt-Verluste
Falk B. schrieb:>>> Das ist gar nichts. Die 20nC sind die Gateladung>>> bei 5V.>>>Das ist die Ansteuerleistung. Die interessiert nicht,>> Aber sicher, vor allem den Treiber. Und wenn man so> wie du schon ne Weile hier mitliest, ist die Paranoia> in bezug auf "och der arme AVR, der kann doch keinen> MOSFET allein treiben" nicht weit weg.
Naja, wenn Dir jemand im Zeitlupentempo das Enthaarungs-
pflaster abreißt, dann tut es nicht dem weh, der zieht,
sondern Dir...
Es war im OP von 10mA Umladestrom die Rede. 20nC = 20nAs;
20nAs/10mA = 20nAs / 0.01A = 2000ns = 2µs.
Könnte diese Zeit IRGENDWIE für im FET umgesetzte Leistung
relevant sein?
@Egon D. (egon_d)
>Naja, wenn Dir jemand im Zeitlupentempo das Enthaarungs->pflaster abreißt, dann tut es nicht dem weh, der zieht,>sondern Dir...
Hehe ;-)
>Es war im OP von 10mA Umladestrom die Rede. 20nC = 20nAs;>20nAs/10mA = 20nAs / 0.01A = 2000ns = 2µs.
Nö, das war eine Vermutung des OPs. Die Realität sieht GANZ anders aus.
Falk B. schrieb:>> Es war im OP von 10mA Umladestrom die Rede.>> 20nC = 20nAs; 20nAs/10mA = 20nAs / 0.01A =>> 2000ns = 2µs.>> Nö, das war eine Vermutung des OPs. Die Realität> sieht GANZ anders aus.
Ja, schon... nur... vielleicht ist der Strom, den
der µC an seinem Pin liefern KANN, nicht unbedingt
der, der seiner Gesundheit auf Dauer zuträglich ist.
Ist nur eine von Vorsicht getragene Vermutung; ich
kenne die Verhältnisse beim AVR nicht.
Egon D. schrieb:> Ja, schon... nur... vielleicht ist der Strom, den> der µC an seinem Pin liefern KANN, nicht unbedingt> der, der seiner Gesundheit auf Dauer zuträglich ist.
An deiner Stelle würd ich erstmal ins Datenblatt schaun. Dauerbelastung
eines AVR-Pins sind 40 mA, ganz unabhängig vom genauen Modell ;)
Da der TE das genaue Modell nicht spezifiziert hat und auch nicht
bekannt gegeben hat, welche sonstige Belastung er dem AVR zumutet sind
weitere Annahmen dazu nicht zielführend.
Q=I*t
C=Q/U
Eingesetzt
C=(I*t)/U
Dann ist t
t=(C*U)/I
Bei deinen Werten und ausgehend dass der uC mit 3,3V läuft macht das
eine Zeit von
t=(1000pF*3,3V)/10mA=0,00000033 s
für das Laden des Gastes.
Der kleinste Tastgrad wäre also gerade das doppelte, also 66ns.
Wenn du eine 12 Bit PWM haben möchtest, müsstest du ja 4096 Schritte
darstellen können. Also wären es 270us für eine Periode. Was ca 3700Hz
sind.
Passt das oder habe ich mich total verzettelt.
Ist irgendwie noch ziemlich früh am Tag.
@ Egon D. (egon_d)
>Ja, schon... nur... vielleicht ist der Strom, den>der µC an seinem Pin liefern KANN, nicht unbedingt>der, der seiner Gesundheit auf Dauer zuträglich ist.>Ist nur eine von Vorsicht getragene Vermutung; ich>kenne die Verhältnisse beim AVR nicht.
Und da sind sie wieder, die Reichsbedenkenträger.
@N. M. (mani)
>Bei deinen Werten und ausgehend dass der uC mit 3,3V läuft macht das>eine Zeit von>t=(1000pF*3,3V)/10mA=0,00000033 s
Niemand schreibt 0,00000033 s, denn da übersieht man schnell man eine
Null. Es hat schon seinen Grund, warum SI-Präfixe erfunden wurden. 33ns
sind deutlich handlicher und verständlicher.
Fett schrieb:> gehen 1kHz oder sogar 10 kHz?
Kein Problem.
Bei dem kleine MOSFET auch unhörbare 25kHz. Bei 1MHz ist aber Schluss,
bei 100kHz sind die Flanken nicht mehr gut.
Falk B. schrieb:> Wenn wir mal grob von dem hier ausgehen>> https://www.mikrocontroller.net/topic/goto_post/2519459>> und mal ganz konservativ 200ns Schaltzeit veranschlagen, macht das im> schlimmsten Fall bei 10kHz>> https://www.mikrocontroller.net/articles/FET#Schalt-Verluste> P_schalt = 1/2 Pnenn * tr/T = 1/2 Pnenn 200ns/100us = 0,001 * Pnenn
Ich glaube das 1/2 stimmt hier nicht. Es ist 1/2 für jeden
Schaltvorgang, aber es sind ja zwei Schaltvorgänge je Periode.
> 1 Promille der geschalteten Leistung geht als Schaltverlust im MOSFET> unter. Ich glaube, damit kann man leben.
Auch mit 2 Promille kann man. Viel mehr als die 24V in deinem Versuch
kann der MOSFET des TE ohnehin nicht schalten, der Einfluß der
Miller-Kapazität bleibt also überschaubar.
@Axel S. (a-za-z0-9)
>> https://www.mikrocontroller.net/articles/FET#Schalt-Verluste>> P_schalt = 1/2 Pnenn * tr/T = 1/2 Pnenn 200ns/100us = 0,001 * Pnenn>Ich glaube das 1/2 stimmt hier nicht. Es ist 1/2 für jeden>Schaltvorgang, aber es sind ja zwei Schaltvorgänge je Periode.
Es sind 2x 1/4 = 1/2
1/4 wegen Lastanpassung zwischen Last und MOSFET. Steht auch so im
Artikel.
Falk B. schrieb:> Und da sind sie wieder, die Reichsbedenkenträger.
Butter bei die Fische:
Sagt das AVR-Datenblatt, dass 100mA Pulsbelastung je
Pin in Ordnung sind, oder sagt es das nicht?
Egon D. schrieb:> Butter bei die Fische:
Exakt. Das Datenblatt verbietet auch nicht, den AVR mit dem 5kg Fäustl
in den Sockel zu hauen.
Trotzdem geht er mir immer kaputt.
Schlussfolgerung: Kann es evtl. sein, dass die Datenblatt-Schreiberlinge
ein ganz ganz klein wenig Grundlagenwissen voraussetzen?
z.B. Grundlagenwissen wie "CMOS bedeutet: Ausgänge können FET-Gates
direkt treiben"?
Egon D. schrieb:> Sagt das AVR-Datenblatt, dass 100mA Pulsbelastung je> Pin in Ordnung sind, oder sagt es das nicht?
Grundlagenwissen. Der Bahnwiderstand begrenzt den Pulsstrom.
Die Frage ist im Bezug auf die FET-Ansteuerung also komplett irrelevant.
Grobmotoriker schrieb:> z.B. Grundlagenwissen wie "CMOS bedeutet: Ausgänge> können FET-Gates direkt treiben"?
Das ist in dieser Allgemeinheit Unsinn.
> Egon D. schrieb:>> Sagt das AVR-Datenblatt, dass 100mA Pulsbelastung>> je Pin in Ordnung sind, oder sagt es das nicht?>> Grundlagenwissen. Der Bahnwiderstand begrenzt den> Pulsstrom.
Sicher -- und zwar bei den von Axel genannten 50 Ohm
Bahnwiderstand und 5V Betriebsspannung auf 100mA.
Guten Morgen. Grundlagenwissen.
Ich wiederhole meine Frage: Was sagt das DaBla zu
periodischer Belastung eines Pins mit 100mA?
Egon D. schrieb:> Ich wiederhole meine Frage: Was sagt das DaBla zu> periodischer Belastung eines Pins mit 100mA?
Ich wiederhole: Wie kommst du auf 100mA?
Physikalische Grundlage: I=f*C.
Rechne das mal mit einem dicken FET (100nC Total-Gate-Charge) und der
max. PWM-Frequenz (250kHz) aus, die ein AVR liefert.
Physikalische Grundlage: Bahnwiderstand.
Der Puls-Strom wird nicht so groß, dass er dem AVR gefährlich wird.
Was der internen IO-Schaltung gefährlich werden kann, ist Erhitzung.
Für lokale Hot-Spots ist die Wärmeleitfähigkeit u. Kapazität von
Silizium zu hoch und der Energieeintrag pro Umschaltvorgang zu gering.
Den Mittelwert kannst du dir aus dem U-I-Diagram eines PWM-Zyklus
rausrechnen. Oder Worst-Case mit "U*I"(== U*f*C) abschätzen.
Vergleich das mit der Verlustleistung, die im Datenblatt für Dauerstrom
angegeben ist.
Wenn dir das zu hoch und kompliziert ist, Gegenfrage:
Wo steht im AVR-Datenblatt, dass man den auf eine Platine löten darf
oder gar in einen DIP-IC-Sockel stecken darf?
das sind mal locker 10pF zusätzliche Kapazität pro Pin, die umgeladen
werden müssen. Mit einem unbegrenzten Umladestrom im Peak. Unendlich
hoher Verlustleistung im IC. Wird jedesmal die Erde zur Supernova, nur
weil jemand einen AVR einschaltet? Nein? Warum nicht? Wo steht das im
Datenblatt?
