Logic Level Mosfet und 7A Strom bei sehr geringem R_ds ?

[Max S. (maxic)]

Hallo Zusammen,

ich möchte den Boost Treiber einer per Li-Ion Akku betriebenen Led-Lampe 
über einen Mikrocontroller An- und Ausschalten. Der Akku soll das 
gesamte System mit Spannung versorgen.
Der Treiber macht aus den 3,7V des Akkus 6V für die Led. Dabei zieht er 
maximal 7A aus dem Akku (typisch sind eher 6A). Es müssen also 7A 
geschaltet werden können.

Meine Elektronikenntnisse: nur ein paar Grundlagen und viel Halbwissen.

Die grundsätzliche Frage ist:
Wie schalte ich die 7A mit möglichst wenig Verlust? Zur Zeit dient ein 
mechanischer Schalter als An/Aus. Dort fallen ca. 0,7 Watt ab. 0,7 Watt 
ist also die Referenz. Es darf gerne besser werden.

*Mein Vorschlag*:
Ein N-Kanal Mosfet als Low Side Switch. Schaltung siehe Anhang.
Ich habe lange gesucht nach einem mit möglichst wenig R_ds bei 3V U_gs.
Ausgewählt habe ich den IRF3708.
Worst Case:
die Akku Spannung geht gegen 3V; laut Datenblatt Fig1. folgt dann:
U_gs = U_ds = 3V -> I_d = 70A
Es wären also 70A möglich.

Verlust:
Datenblatt: U_gs=2,8V @ 7,5A -> R_ds_on_max = 29mOhm, R_ds_on_typ 
=14,5mOhm
-> P_verlust_max = 7A²*29mOhm = 1,4W
-> P_verlust_typ = 7A²*14mOhm = 0,68W

Fragen:
a) Gibt es Lösungen mit weniger Verlust? Zum Beispiel ein geeigneterer 
Mosfet?
b) Stimmt der Schaltplan?

[Falk B. (falk)]

Max S. schrieb:
> Hallo Zusammen,
>
> ich möchte den Boost Treiber einer per Li-Ion Akku betriebenen Led-Lampe
> über einen Mikrocontroller An- und Ausschalten.

Hat der keinen Enable-Pin?

> Der Akku soll das
> gesamte System mit Spannung versorgen.
> Der Treiber macht aus den 3,7V des Akkus 6V für die Led.

Jain. Er erzeugt zwar ungefähr 6V, regelt aber den Strom. Siehe LED.

> Wie schalte ich die 7A mit möglichst wenig Verlust? Zur Zeit dient ein
> mechanischer Schalter als An/Aus. Dort fallen ca. 0,7 Watt ab.

Wirklich? Dann wäre es ein arg schlechter Schalter mit ca. 14mOhm. Naja.

> Ein N-Kanal Mosfet als Low Side Switch. Schaltung siehe Anhang.
> Ich habe lange gesucht nach einem mit möglichst wenig R_ds bei 3V U_gs.
> Ausgewählt habe ich den IRF3708.

Naja, nicht vollkommen falsch aber auch nicht besser als dein Schalter. 
Der MOSFET hat 14-29mOhm bei 2,8V U_GS.

> Worst Case:
> die Akku Spannung geht gegen 3V; laut Datenblatt folgt dann:
> U_gs = U_ds = 3V -> I_d = 70A
> Es wären also 70A möglich.

Naja.

https://www.mikrocontroller.net/articles/FET#Gate-Source_Threshold_Voltage

> Verlust:
> Datenblatt: U_gs=2,8V @ 7,5A -> R_ds_on_max = 29mOhm, R_ds_on_typ
> =14,5mOhm
> -> P_verlust_max = 7A²*29mOhm = 1,4W
> -> P_verlust_typ = 7A²*14mOhm = 0,68W
>
> a) Gibt es Lösungen mit weniger Verlust? Zum Beispiel ein geeigneterer
> Mosfet?

Bessere MOSFETs nehmen. Aber die kommen heute in eher 
bastleruntauglichen Gehäusen. Oder einen LED-Treiber mit Enable-Eingang 
nutzen.

> b) Stimmt der Schaltplan?

Ja. Aber wozu dein ATtiny? Der Schalter kann den MOSFET auch direkt 
schalten.

[Andrew T. (marsufant)]

Max S. schrieb:
> a) Gibt es Lösungen mit weniger Verlust?

Wenn es genau dieser FET sein soll: 2 oder mehr parallelschalten.

Oder wie gesagt anderen FET nehmen (sofern gewünscht).

[Max S. (maxic)]

Falk B. schrieb:

> Hat der keinen Enable-Pin?
Nein.
> Wirklich? Dann wäre es ein arg schlechter Schalter mit ca. 14mOhm. Naja.
Ja, der Schalter ist schlecht. Eigentlich nur für 1A spezifiziert.

> Naja, nicht vollkommen falsch aber auch nicht besser als dein Schalter.
> Der MOSFET hat 14-29mOhm bei 2,8V U_GS.
Nicht schlechter ist erst mal ok. Es dürfen gerne bessere Lösungen 
gennant werden.
>> Worst Case:
>> die Akku Spannung geht gegen 3V; laut Datenblatt folgt dann:
>> U_gs = U_ds = 3V -> I_d = 70A
>> Es wären also 70A möglich.
>
> Naja.
>
> https://www.mikrocontroller.net/articles/FET#Gate-Source_Threshold_Voltage
Was meinst du mit"Naja"? Kann man nicht 70A aus Fig1 ablesen?

> Bessere MOSFETs nehmen. Aber die kommen heute in eher
> bastleruntauglichen Gehäusen. Oder einen LED-Treiber mit Enable-Eingang
> nutzen.
Ich kann alles löten. Was wäre denn ein besser Mosfet?

>> b) Stimmt der Schaltplan?
>
> Ja. Aber wozu dein ATtiny? Der Schalter kann den MOSFET auch direkt
> schalten.
Gut, danke fürs drüberschauen.
Der Attiny soll die vier Helligkeiststufen des Treibers durchschalten. 
Ich brauche nur zwei Stufen. Der Tiny schaltet den Treiber dann 2x aus, 
um in den übernächsten Mode zu springen. Der Schalter am Tiny wird 
wahrscheinlich eine Fernbedienung.

[Max S. (maxic)]

Andrew T. schrieb:
> Max S. schrieb:
>> a) Gibt es Lösungen mit weniger Verlust?
>
> Wenn es genau dieser FET sein soll: 2 oder mehr parallelschalten.
>
> Oder wie gesagt anderen FET nehmen (sofern gewünscht).
Welcher Mosfet denn bitte? Das war ja meine Frage.

Parallelschalten ist aber auch ne Idee. Bevorzugen würde ich aber eine 
Lösung mit nur einem Mosfet.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Max S. schrieb:
>>> die Akku Spannung geht gegen 3V; laut Datenblatt folgt dann:
>>> U_gs = U_ds = 3V -> I_d = 70A
>>> Es wären also 70A möglich.
>>
>> Naja.
>>
>> https://www.mikrocontroller.net/articles/FET#Gate-Source_Threshold_Voltage
> Was meinst du mit"Naja"? Kann man nicht 70A aus Fig1 ablesen?

Nein. Denn du willst ja nicht daß deine 3V komplett am MOSFET 
abfallen. U_ds soll viel kleiner als 3V sein.

> Ich kann alles löten. Was wäre denn ein besser Mosfet?

Such beim Dealer deines geringsten Mißtrauens. Du suchst einen MOSFET, 
der bei 2.5V U_gs spezifiziert ist. Passend wäre z.B. der FDS6570 
(Fairchild, jetzt ON Semi)

[Max S. (maxic)]

Axel S. schrieb:
> Nein. Denn du willst ja nicht daß deine 3V komplett am MOSFET
> abfallen. U_ds soll viel kleiner als 3V sein.

Sehr aufmerksam. Das hatte ich echt noch nicht gecheckt. U_ds ist dann 
der Spannungsabfall, der sich aus R_ds_on ergibt?

Rein Interesse halber:
Der IRF3708 müsste doch bei U_gs=3V die 7A liefern können?

> Such beim Dealer deines geringsten Mißtrauens. Du suchst einen MOSFET,
> der bei 2.5V U_gs spezifiziert ist. Passend wäre z.B. der FDS6570
> (Fairchild, jetzt ON Semi)
Danke!

[Falk B. (falk)]

Max S. schrieb:
>> https://www.mikrocontroller.net/articles/FET#Gate-Source_Threshold_Voltage
> Was meinst du mit"Naja"? Kann man nicht 70A aus Fig1 ablesen?

In meinem Datenblatt geht die Kurve mit U_GS=2,7V bei 40A in die 
Sättigung. Außerdem sind das TYPISCHE Werte, nicht garantierte 
Mindestwerte. Und bei 40A hat der MOSFET hier auch schon knapp 1V U_DS 
und verheizt 40W ;-)

> Ich kann alles löten. Was wäre denn ein besser Mosfet?

Hab jetzt keinen speziellen Typen parat, aber es gibt sie. Such bei 
Digikey & Co.

[Veit D. (devil-elec)]

Hallo,

IRF6201 (unter 3 mOhm)
FDS6890A (Dual)

[foobar (Gast)]

> Ich kann alles löten. Was wäre denn ein besser Mosfet?

Ich hatte mir mal welche für nen High-Power Single-Cell-Switch 
rausgesucht:

 - Si7858BDP - 12V/40A, <4mΩ@1.8Vgs, 3mΩ@2.5Vgs
 - Sir404DP - 20V/60A, 2mΩ@2.5Vgs
 - IRLH6224 - 20V/80A, <4mΩ@2.5Vgs (QFN!)
 - IRLR6225 - 20V/50A, 5mΩ@2.5Vgs
 - CSD16342Q5A - 25V/20A, 6mΩ@2.5Vgs

Ein TO-220 Arbeitstier, leicht zu bekommen, wird oft von Dampfern 
eingesetzt:
 - IRLB3034 - 40V/200A, <2mΩ at 4.5Vgs, aber auch bei 3V noch OK

[Max S. (maxic)]

Falk B. schrieb:
> Max S. schrieb:
>>> https://www.mikrocontroller.net/articles/FET#Gate-Source_Threshold_Voltage
>> Was meinst du mit"Naja"? Kann man nicht 70A aus Fig1 ablesen?
>
> In meinem Datenblatt geht die Kurve mit U_GS=2,7V bei 40A in die
> Sättigung. Außerdem sind das TYPISCHE Werte, nicht garantierte
> Mindestwerte. Und bei 40A hat der MOSFET hier auch schon knapp 1V U_DS
> und verheizt 40W ;-)
Jap, ich hatte da etwas falsch verstanden.

@ Veit D. und foobar
Danke für eure Empfehlungen!
Gerade spricht mich der IRLR6225 am meisten an. Gutes Paket und 
angenehme Gehäusegröße. Haken: natürlich nicht einfach so erhältlich.

[Veit D. (devil-elec)]

Hallo,

interessante weitere Teile dabei.  :-)

Falls du den Gewünschten nicht so einfach bekommst, schau einmal bei 
Mouser vorbei. Sind Nettopreise, MwSt noch drauf. Bestellen könntest du 
dann bei David.  Beitrag "[Biete] Sammelbestellung de.Mouser.com 2019"

[Dieter (Gast)]

Oder PB1 als Ladungspumpe fuer Spannungsverdoppler verwenden und so 
eigene 5V Versorgung erzeugen fuer den ATtiny und Mosfet.

[Max S. (maxic)]

Veit D. schrieb:
> Hallo,
>
> interessante weitere Teile dabei.  :-)
>
> Falls du den Gewünschten nicht so einfach bekommst, schau einmal bei
> Mouser vorbei. Sind Nettopreise, MwSt noch drauf. Bestellen könntest du
> dann bei David.  Beitrag "[Biete] Sammelbestellung de.Mouser.com 2019"
Guter Tip- diese Möglichkeit kannte ich noch gar nicht.

>Oder PB1 als Ladungspumpe fuer Spannungsverdoppler verwenden und so
>eigene 5V Versorgung erzeugen fuer den ATtiny und Mosfet.

Bezüglich Spannungsversorgung des Attiny ist sowieso noch eine Frage 
offen:
Wie findet der Chip es, wenn plötzlich der Treiber läuft und die 
Akkuspannung unter Last entsprechend sprungartig absinkt?
Reicht da ein großer Kondensator (welcher?) oder setze ich besser auf 
einen Spannungsregler (hohe Effizienz wichtig! welcher?)? Ein Regler 
hätte auch den Vorteil, dass ich mehr Auswahl bei den Mosfets habe.
Vielleicht kann das auch die Ladungspumpe?

[Veit D. (devil-elec)]

Hallo,

dein Akku hat 3,7V. Das sagt mir du taktest den ATtiny nicht mit mehr 
als 8MHz. Richtig? Für die Betriebssicherheit kommt es laut meiner 
Ansicht nur darauf an das die Spannung Ub für den µC den Wert nicht 
unterschreitet den er für einen bestimmten Takt benötigt. Bsp. taktet er 
mit 1MHz, dann kann seine Ub  bspw. zwischen 1,8V und 5V schwanken. 
Juckt den nicht. Übliche Abblock Cs müssen natülich trotzdem ran. Miss 
einmal die Akkuspannung unter Last ob das noch für 8MHz reicht.

[Max S. (maxic)]

Veit D. schrieb:
> Hallo,
>
> dein Akku hat 3,7V. Das sagt mir du taktest den ATtiny nicht mit mehr
> als 8MHz. Richtig?
Definitv nicht mehr als 8Mhz. 1Mhz würde wahrscheinlich auch reichen.

>Für die Betriebssicherheit kommt es laut meiner
> Ansicht nur darauf an das die Spannung Ub für den µC den Wert nicht
> unterschreitet den er für einen bestimmten Takt benötigt. Bsp. taktet er
> mit 1MHz, dann kann seine Ub  bspw. zwischen 1,8V und 5V schwanken.
> Juckt den nicht. Übliche Abblock Cs müssen natülich trotzdem ran. Miss
> einmal die Akkuspannung unter Last ob das noch für 8MHz reicht.

Das klingt gut. Danke. Ich messe dann nochmal unter Last.