Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Welchen MOSFET zur Schaltung von 6V/3A mit 3,3V µC?


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von Richard M. (thebluebrain)


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Hallo Leute,

habe mir MOSFETs leider keine Erfahrung.
Zum z.B. Dimmen von LEDs habe ich immer KSQs mit PWM-Eingang verwendet.

Jetzt habe ich aber ein Retro-Projekt mit 8 Stk. 6V 350mA Glühbirnchen, 
die ich gerne mit einem ESP8266 (3,3V) über einen MOSFET mit PWM dimmen 
möchte.

Hier tummeln sich ja einige Leute mit deutlich mehr Ahnung was MOSFETs 
betrifft.
Kann mir jemand einen Tipp geben, welcher MOSFET für mein Projekt 
geeignet wäre?
Wie erwähnt geht es in Summe um 6V und rund 3A zu schalten mit 3,3V 
Logik.

Vielen Dank im Voraus.

von MaWin (Gast)


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Glühbirnen haben einen höheren Einschaltstrom, leicht mal das 10-fache.
Diesen Strom muss der Teansistor kurzfristig abkönnen, falls nicht durch 
andere Massnahmen der Strom begrenzt wird (z.B. Spannungsquelle hat 
Strombegrenzung).
Wenn deine 6A das schon berücksichtigen, reicht ein IRF6201 im noch 
handlichen SO8

von Jörg R. (solar77)


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: Bearbeitet durch User
von Richard M. (thebluebrain)


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Danke für Eure Tipps.
Schön langsam fange ich an, durchzublicken.

Vgs wird ja als treshhold angegben, darf aber i.d.R natürlich auch 
darüber liegen.
Und ich wunderte mich schon, warum es keinen einzigen mit exakt 3,3V zu 
geben scheint.

Jetzt macht das ganze natürlich mehr Sinn.

Sehe ich das richtig, dass die anderen, wichtigsten Spezifikationen die 
folgenden sind:
V(br)DSS: max. Spannung D-S
I(d): max. (Dauer-)Strom
Rds(on): Widerstand im durchgeschalteten Zustand, d.h. je geringer, 
desto weniger Verlust in Form von Wärme
Und ggf. noch die t_... Schaltzeiten

Den Rest braucht einen "Bastler" nicht sonderlich interessieren, wenn es 
sich nicht um ein sehr spezielles Projekt handelt, nehme ich an.

Der vorgeschlagene IRF3708 scheint ja durchaus passend zu sein.
max. 30V (benötigt 6V)
max. rund 60W (benötigt 18W)
max. rund 50A (benötigt 3A)
248A Pulsfestigkeit
Vgs 0,6 - 2V (benötigt <=3,3V)

Korrigiert mich, wenn ich irgendwo falsch liege.

von Mark S. (voltwide)


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Richard M. schrieb:
> max. rund 60W (benötigt 18W)

Das ist Unsinn. Du willst 18W in den Birnen verheizen, nicht im FET.
Da möchtest Du, ohne zusätzliche Kühlung, höchsten 0,5W verheizen - was 
ohne Schwierigkeiten zu unterbieten ist mit den vorgeschlagenen Typen.

von Richard M. (thebluebrain)


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Ah! Dann ist das also die max. (Verlust-)Leistungsaufnahme vom FET.

von Jörg R. (solar77)


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Richard M. schrieb:
> Ah! Dann ist das also die max. (Verlust-)Leistungsaufnahme vom
> FET.

Ja.

Der IRF3708 wird bei Vgs von 3,3 Volt einen Rdson von ca. 20mOhm haben, 
nur grob geschätzt. Bei 3 Ampere Dauerlast ensteht daher eine 
Verlustleistung von <0,2 Watt.

Wenn der Transistor sperrt fällt an ihm zwar die Spannung von 6 Volt ab. 
Es fließt aber kein Laststrom, daher gibt es such keine Verlustleistung.

Richard M. schrieb:
> Vgs wird ja als treshhold angegben, darf aber i.d.R natürlich auch
> darüber liegen.

Die Angabe Vgs(th) für den Parameter Threshold Voltage gibt an ab 
welcher Spannung der Transistor minimal leitend wird. Für Dich eher 
uninteressant. Interessant ist der Wert für den Rds(on). In Deinem Fall 
muss sichergestellt sein das der Wert im DB für 3,3 Volt oder kleiner 
spezifiziert ist. Beim IRF3708 ist der Wert u.a. für 2,8 Volt 
spezifiziert, daher passt er.

Hier noch ein interessanter Link zum Thema:

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

Für den Typ Transistor den Du benötigst gibt es eine spezielle 
Bezeichnung: Logic Level
Das sind Mosfet die mit Vgs von 5 Volt und weniger spezifizierte Rdson 
Werte haben.

: Bearbeitet durch User
von Richard M. (thebluebrain)


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Jörg R. schrieb:
> Die Angabe Vgs(th) für den Parameter Threshold Voltage gibt an ab
> welcher Spannung der Transistor minimal leitend wird.

Dafür ist nehme ich an, die Vgs zu Id Kurve interessant, bei welcher 
Spannung am Gate wie viel Strom durchgelassen wird, oder?

: Bearbeitet durch User
von Jörg R. (solar77)


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Richard M. schrieb:
> Jörg R. schrieb:
>> Die Angabe Vgs(th) für den Parameter Threshold Voltage gibt an ab
>> welcher Spannung der Transistor minimal leitend wird.
>
> Dafür ist nehme ich an, die Vgs zu Id Kurve interessant, bei welcher
> Spannung am Gate wie viel Strom durchgelassen wird, oder?

Die Kurve zeigt keinen statischen Wert an. Das Gate wird mit einer 
Pulsweite von 20us angesteuert. Du siehst auch das für den Strom Werte 
von >200A dargestellt sind. Als statische Dauerbelastung verträgt der 
Transistor aber "nur" 62A, bei 25 Grad Celsius.

Der Wert für Vgs(th) ist im DB in der Tabelle spezifiziert. Der 
Transistor kann bereits bei 0,6 Volt Vgs leitend werden. Er kann aber 
auch erst bei 2 Volt leitend werden. Stichwort: Exemplarstreuung
Leitend werden heißt aber ein Wert im uA-Bereich.

Datenblatt Seite 2, Parameter: VGS(th) Gate Threshold Voltage
Min: 0,6 Volt
Max: 2,0 Volt

von Richard M. (thebluebrain)


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Kann man denn dann überhaupt herauslesen, welcher Strom bei Spannung X 
mindestens durchgelassen wird?

Das ist doch einer der wichtigsten Parameter.

Wie du schon richtig gesagt hast, besagt der treshhold Wert ja nur, ab 
welcher Spannung der FET beginnt leitend zu werden. Nur wen interessiert 
das in der Praxis, ab wann die ersten Milliampere zu fließen beginnen, 
wenn das ganze für zig Ampere ausgelegt ist bzw. eingesetzt werden soll.

von Jörg R. (solar77)


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Richard M. schrieb:
> Kann man denn dann überhaupt herauslesen, welcher Strom bei Spannung X
> mindestens durchgelassen wird?

Der Wert für Rds(on) ist klar definiert. Im Falle des IRF3708 sind 3 
Werte angegeben. Für 2,8V, 4,5V und 10V. Der minimale Wert beträgt 
12mOhm.


Richard M. schrieb:
> Nur wen interessiert
> das in der Praxis, ab wann die ersten Milliampere zu fließen beginnen,
> wenn das ganze für zig Ampere ausgelegt ist bzw. eingesetzt werden soll.

Siehe es mal andersherum. Für einen Entwickler ist es schon wichtig zu 
wissen wann der Mosfet definitiv sperrt. Je nachdem was geschaltet wird, 
oder was noch an dem Mosfet hängt, darf kein Strom fließen. Auch keine 
mA oder uA. Ich nehme an dass hier auch Entwickler mitlesen, die dass 
besser Erläutern können.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Richard M. schrieb:
> Der vorgeschlagene IRF3708 scheint ja durchaus passend zu sein.
...
> Vgs 0,6 - 2V (benötigt <=3,3V)
>
> Korrigiert mich, wenn ich irgendwo falsch liege.

Ja, bei Vgs_th liegst du falsch. Die muß nicht nur einfach kleiner als 
3.3V sein, sondern sollte über den Daumen weniger als die Hälfte der 
geplanten Steuerspannung sein. Genauer gesagt suchst du einen MOSFET, 
der einen garantierten maximalen Rds_on bei 3.3V (oder weniger) hat. Und 
wo dieser Rds_on bzw. die daraus resultierende Verlustleistung passend 
ist.

Die 350mA Dauerstrom sind nicht das Problem. Der Einschaltstrom ist es. 
Der kann (wie Vorposter schon sagten) bis zum 10-fachen ansteigen. Eine 
mögliche Abhilfe besteht darin, die Glühlampen nicht ganz auszuschalten, 
sondern mit einem Widerstand parallel zum MOSFET auch ausgeschaltet ganz 
leicht glimmen zu lassen. Dann ist der Einschaltstrom kleiner. Und die 
Glühlampen schalten auch schneller. In alten Glühlampengräbern wie 
Flipperautomaten sieht man das häufig. Da auch, um das Netzteil etwas 
kleiner dimensionieren zu können.

von Richard M. (thebluebrain)


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Ich gehe jetzt einfach mal davon aus, dass es klappen wird, und meine 3A 
ohne große Verluste problemlos durchgeschaltet werden (genau genommen 
sind es sogar nur 8 x 350mA = 2,8A).

"Schlimmstenfalls" kann ich ja immer noch mit einen PNP Transistor die 
6V Vcc auf das Gate vom MOSFET mit dem ES8266 durschalten, sollten die 
3,3V direkt vom µC tatsächlich nicht genügen.

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