Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Mosfet mit Arduino Nano ansteuern (3,3V)


von Karl-alfred R. (karl-alfred_roemer)


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Hallo zusammen,

ich möchte mit einem Arduino NANO LEDs ansteuern (12V bis zu 2 Ampere) 
Dazu würde ich am liebsten einen Mosfet verwenden.  Habt ihr zufällig 
einen passenden Mosfet im Hinterkopf, der mit 3,3V auszusteuern ist 
(100mOhm wären noch OK) Und, diese Mosfets sollte es möglichst bei 
Reichelt, Conrad Amazon und Konsorten bestellbar sein, damit es nicht so 
lange dauert. (also kein Import aus China oder so)

Ich danke schon mal
und
viele Grüße
Karli

: Bearbeitet durch User
von Stromberg B. (Gast)


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IRLML2502 oder
IRF3708 im TO220 Gehäuse

von Joachim B. (jar)


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mir gefällt immer ein Photomos Relais besser, trennt die 12V vom Arduino 
und
https://www.jameco.com/Jameco/Products/ProdDS/991220.pdf
macht 2,5A bei 5mA an der IR

von Manfred (Gast)


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Joachim B. schrieb:
> mir gefällt immer ein Photomos Relais besser,
> trennt die 12V vom Arduino

Ich kenne und nutze PhotoMOS-Relays, aber:

Wenn der Arduino-User nicht weiß was er tut, ist ein PhotoMOS die 
sichere Lösung. Wenn man unklare oder getrennte Massebezüge hat, ist 
PhotoMOS die beste oder einzig sinnvolle Lösung.

In der Masse aller Anwendungen brauche ich die nicht, als 
LowSide-Schalter bin ich mit einem IRF3708 gut bedient, 14,5..29 mOhm @ 
2,8 Volt UGS.

Muss ich HighSide schalten, tut es ein fast beliebiger P-MOSFet mit 
einem BC_irgendwas davor - beides mehrfach aufgebaut.

Karl-alfred R. muß bitte mal definieren, ob er Plus oder Ground schalten 
will.

Beitrag #5978178 wurde vom Autor gelöscht.
von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Hm, PhotoMOS macht hier wenig Sinn. Galvanische Trennung braucht man 
nicht, Wechselspannung auch nicht.

Man findet wahrscheinlich passende Fets, aber nicht von Hause aus die 
guten alten npn-Transistoren aus den Augen verlieren. Ehemals Zetex, 
jetzt Diodes hat da einiges Interssantes im Programm. Niedrige 
Restspannung in Kombi mit hoher Stromverstärkung. Verfügbarkeit bei den 
genannten Versendern habe ich aber nicht überprüft :-)

von F. F. (foldi)


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Stromberg B. schrieb:
> IRLML2502

Nehme ich auch für alles in diesem Bereich.

von Joachim B. (jar)


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H.Joachim S. schrieb:
> Hm, PhotoMOS macht hier wenig Sinn. Galvanische Trennung braucht man
> nicht, Wechselspannung auch nicht

genauer DU brauchst das nicht, das gilt aber NICHT für JEDEN der anfängt 
zu Basteln, genug gestorbene Hardware sagt was anderes.

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Das nennt sich dann Lernen und in der Folge Erfahrung :-)

von Brain 2.0 (Gast)


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Für die 2A tut es auch wunderbar ein IRLD024.
DIL-Gehäuse lässt sich gut verarbeiten.

von Dietrich L. (dietrichl)


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Brain 2.0 schrieb:
> Für die 2A tut es auch wunderbar ein IRLD024.

Der ist aber nur für Vgs=4,0V und Id=1,3A @Tj=25°C spezifiziert. Der 
Rest ist hoffen...

von Brain 2.0 (Gast)


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Dietrich L. schrieb:
> Brain 2.0 schrieb:
> Für die 2A tut es auch wunderbar ein IRLD024.
>
> Der ist aber nur für Vgs=4,0V und Id=1,3A @Tj=25°C spezifiziert. Der
> Rest ist hoffen...

Ok, sollte ich mich so getäuscht haben, das Datenblatt bei Reichelt (aus 
der Erinnerung) sagt was anderes.
Ich setze den schon seit einigen Jahren für meine Led-Steuerung bei 2A 
ein. Mag sein, das es knapp ist, dann sollte der TO eine andere Wahl 
treffen.

von Karl-alfred R. (karl-alfred_roemer)


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Guten Morgen!

Erst mal vielen Dank für Eure Antworten.

Bis heute morgen dachte ich, diese Mosfets würden unterhalb einer 
gewissen Spannung gar nicht durchschalten und oberhalb einer bestimmten 
etwas höheren  Spannung fast schon sprungartig auf den angebebenen RDSon 
springen.
Und ich dachte Logic Level wäre 5V.  Also müsste ein Logic-Level Mosfet 
meiner alten Meinung nach bis vielleicht 4,5V voll sperren und bei 5V 
voll durchschalten.

Wenn ich die Datenblätter der verlinkten Transistoren richtig verstanden 
habe, scheinen die Transistoren schon bei sehr viel geringeren Spannung 
anzufangen kontinuierlich ihren RDSon zu reduzieren.

Ich habe auch noch IRF540N hier liegen. Aber aus dem Datenblatt kann ich 
den RDS für eine Ansteuerspannung von 3V leider nicht herauslesen. Wenn 
dieser unter sagen wir mal 200 Milliohm wäre, könnte ich den verwenden.

Ansonsten würde ich den oben vorgeschlagenen IRF3708 wählen, denn den 
habe ich gerade bei Reichelt für 99 Cent gefunden.  Der ist zwar 
hoffnungslos überdimensioniert aber mir gefällt die Bauform To220 und 
für die paar Stück, die ich brauche, ist der Preis auch nebensächlich.

Danke nochmals und viele Grüße
Karl

: Bearbeitet durch User
von Dietrich L. (dietrichl)


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Karl-alfred R. schrieb:
> Und ich dachte Logic Level wäre 5V.

So viel ich weiß ist "Logic Level" bei MOSFEts gar nicht verbindlich 
definiert.

> Also müsste ein Logic-Level Mosfet
> meiner alten Meinung nach bis vielleicht 4,5V voll sperren und bei 5V
> voll durchschalten.

Nein. Die "Schaltschwellen" gibt es in dem Sinne gar nicht und ...

> Wenn ich die Datenblätter der verlinkten Transistoren richtig verstanden
> habe, scheinen die Transistoren schon bei sehr viel geringeren Spannung
> anzufangen kontinuierlich ihren RDSon zu reduzieren.

...genau das ist der Fall.
Und diese Kurven sind stark exemplarabhängig. Das sieht man z.B. an der 
"Gate Threshold Voltage" (das ist die Spannung am Gate, bei der der 
Transistor sicher sperrt) und ihrem großen Streubereich von "min" bis 
"max".

> Ich habe auch noch IRF540N hier liegen. Aber aus dem Datenblatt kann ich
> den RDS für eine Ansteuerspannung von 3V leider nicht herauslesen.

Da kannst du aber herauslesen, dass er bei 3V nicht sicher 
einschaltet: "Gate Threshold Voltage max. = 4,0V".

Sicheres Einschalten erkennt man (fast) nur an der Spezifikation von 
Rds(on). Daten für andere Arbeitspunkte kann man so halbwegs 
herausinterpretieren, wenn man die angegebenen Kurven (typische Werte!) 
entsprechend der Exemplarstreuung verschiebt.

von Stefan F. (Gast)


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Karl-alfred R. schrieb:
> Wenn ich die Datenblätter der verlinkten Transistoren richtig verstanden
> habe, scheinen die Transistoren schon bei sehr viel geringeren Spannung
> anzufangen kontinuierlich ihren RDSon zu reduzieren.

Fast richtig.

Sie lassen am Ausgang einen gewissen Strom fließen, dessen Höhe von der 
Steuerspannung abhängt. mehr Spannung = mehr Strom.

Die Angabe "Vgs Threshold" ist die Spannung, wo der Transistor so gerade 
eben beginnt, leitend zu werden. Wegen Exemplarstreuungen ist das immer 
ein Bereich von-bis, meistens mit ca. 1V Spannweite.

In beinahe jedem Datenbaltt gibt es ein Diagramm, das auf der X-Achse 
Vgs darstellt und und der Y-Achse Ids. An diesem Diagramm kannst du 
ablesen, wie viel Laststrom der Transistor bei einer bestimmten 
Steuerspannung typischerweise fließen lässt.

"typischerweise" bezieht sich auf die mittlere "Vgs Threshold". Die 
maximale Angabe für "Vgs Threshold" sagt Dir, wie viel Volt mehr 
eventuell nltig sind, als das Diagramm zeigt.

Wenn da zum Beispiel steht:

Vgs Threshold min=2V max=3V, dann bezieht sich das besagte Diagramm auf 
die Mitte dazwischen, also 2,5V.

Nehmen wir mal an, du liest am Diagramm ab, dass du für den gewünschten 
Laststrom typischerweise 2,8V brauchst. Dann musst du noch 0,5V 
addieren, damit es auch im "max" Fall funktioniert.

Mehr Spannung ist auf jeden Fall immer besser, um den Innenwiderstand 
RDSon zu senken.

von Brain 2.0 (Gast)


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Wieso überhaupt Nano und 3,3 Volt ??
Der Nano arbeitet üblicherweise (Datenblatt) mit 5 Volt, also auch eine 
Ansteuerung des Mosfet von 5 Volt.

von Karl-alfred R. (karl-alfred_roemer)


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Ups, arbeitet der Nano wirklich mit 5V? Irgendwo habe ich gelesen, er 
würde mit 3,3V arbeiten.  Aber habe gerade bei Reichelt ins Datenblatt 
geschaut. Dort steht tatsächlich auch 5V als Versorgungsspannung. 
Demnach könnte ich ja wirklich meine IRF540N verwenden.

Dennoch habe ich sehr viel über Mosfets in diesem Thread gelernt und 
kenne auch gleich einen geeigneten leicht verfügbaren, falls ich doch 
mal einen für 3,3V benötige.

Danke an Euch alle!

von Stefan F. (Gast)


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Karl-alfred R. schrieb:
> Ups, arbeitet der Nano wirklich mit 5V? Irgendwo habe ich gelesen, er
> würde mit 3,3V arbeiten.

Der USB-Port liefert fast 5V, der USB-UART liefert 5V Signale an RxD und 
TxD, und zumindest der Bootloader wird mit 16MHz getaktet, was 
mindestens 4V erfordert, wenn man sich an das Datenblatt hält.

Wobei die Arduino Gemeinde das mit den 3,3V versus 5V sehr oft nicht so 
genau nimmt, besonders bei den Signalen. Stattdessen wird sich dann 
gewundert, warum die im Tutorial hoch gelobte Schaltung zum verrecken 
nicht funktionieren will. Oder je nach Mondphase mal gut, mal nicht.

von Dietrich L. (dietrichl)


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Karl-alfred R. schrieb:
> Demnach könnte ich ja wirklich meine IRF540N verwenden.

Nein, auch bei Vgs=+5V bist du immer noch in Bereich "hoffen und beten".

von Finger Heber (Gast)


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Dietrich L. schrieb:
> Nein, auch bei Vgs=+5V bist du immer noch in Bereich "hoffen und beten".

Zumal aus einem Arduino selten wirklich volle 5V
geliefert werden.

von Brain 2.0 (Gast)


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Dietrich L. schrieb:
> Karl-alfred R. schrieb:
> Demnach könnte ich ja wirklich meine IRF540N verwenden.
>
> Nein, auch bei Vgs=+5V bist du immer noch in Bereich "hoffen und beten".

Ganz so ist es nicht.
Der steuert u.U. nicht komplett durch, was zur Folge hat, der Mosfet 
wird warm, evtl. sehr warm und die Leds kommen nicht zu vollen 
Helligkeit.
Hier wäre ein LogicLevel Mosfet deutlich besser.

von Dietrich L. (dietrichl)


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Brain 2.0 schrieb:
> Ganz so ist es nicht.
> Der steuert u.U. nicht komplett durch, was zur Folge hat, der Mosfet
> wird warm, evtl. sehr warm und die Leds kommen nicht zu vollen
> Helligkeit.

Ich weise auf das "u.U." hin. Genau das habe ich gemeint:

Dietrich L. schrieb:
> Nein, auch bei Vgs=+5V bist du immer noch in Bereich "hoffen und beten".

Du weißt also nicht, wie genau das Verhalten sein wird. Bei 
Einzelanwendungen kann man das ausprobieren und eventuell feststellen: 
mit diesen Exemplar des MOSFET funktioniert es. Aber bei jedem Nachbau 
stellt sich die Frage erneut.

von Karl-alfred R. (karl-alfred_roemer)


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Sind nur 4 identische Schaltungen. Wenn da mal ein Transistor mehr 
Widerstand haben sollte, als die anderen, ist das auch nicht sooo 
schlimm.
Der absolute Worstcase wäre ja, dass die volle Differenzspannung 
zwischen LED- und Batteriespannung am Transistor abfallen würde und das 
bei 2 Ampere. Dann müsste das Ding 10 Watt verbraten. Aber das ginge ja 
auch nur dann, wenn ich keinen Vorwiderstand davor hätte.  Dann wird die 
Leistung nochmal dadurch halbiert, dass die LEDs blinken, als 50% der 
Zeit an und aus sind. Wie viel Wärmeleistung kann ein TO220 Gehäuse ohne 
Kühlung eigentlich los werden?

von Manfred (Gast)


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Karl-alfred R. schrieb:
> Demnach könnte ich ja wirklich meine IRF540N verwenden.

Vergiss ganz schnell, dass es einen IRF540 gibt. Wieso, verdammt und 
zugenäht, taucht der ständig bei den Hobbybastlern auf?

Du musst im Datenblatt schauen, bei welcher Spannung Gate-Source ein 
bestimmter Drain-Source-Widerstand garantiert wird, die 
Ansprechspannung ("Threshold") ist für Anwendungen als Schalter 
uninteressant.

Beim IRF540 geht das ab 10V UGS los, die hast Du nicht.
Für den IRF3708 benennt das Datenblatt Werte ab 2,8 Volt UGS.
In einem 5V-System hast Du mehr Wahlfreiheit, da käme ein IRLZ44 in 
Frage.

Ich denke aber auch, dass Du mit dem IRF3708 recht universell bedient 
bist, habe ich hier in der Schublade, das ist kein Zufall.

-------

Zum IRF540: Die Dinger haben wir früher in Audio-Leistungsverstärkern in 
Serie verbaut, im Gegensatz zu den LogicLevel-Typen ist der für 
Analoganwendungen gut geignet. Ich habe IRF540 in meinem Akkutester 
eingesetzt, in einem Bereich etwa 3,5..4,5V UGS als einstellbaren 
Widerstand. Um den bei höheren Lastströmen zu entlasten, schalte ich 
Leistungswiderstände dazu, das machen ein paar IRLZ44 - weil mein A*Nano 
die sauber definiert durchgesteuert bekommt.

von Stefan F. (Gast)


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Karl-alfred R. schrieb:
> Wie viel Wärmeleistung kann ein TO220 Gehäuse ohne
> Kühlung eigentlich los werden?

Offen auf dem Tisch: ca 1W

In einem Gehäuse eher weniger.

von GEKU (Gast)


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Ich verwende den ZXM61N02 für alle meine 3.3V Projekte.

RDS(on) 0.24 Ω VGS=2.7V, ID=0.47A

https://www.mouser.at/Search/Refine?Keyword=ZXM61N02

Für größer Ströme kann mit FET's parallel schalten.

von Stolperstein (Gast)


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GEKU schrieb:
> mit FET's parallel schalten.
>--------^---------------------

Siehe auch:  http://www.deppenapostroph.info/

von M. K. (sylaina)


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Stefanus F. schrieb:
> Karl-alfred R. schrieb:
>> Wie viel Wärmeleistung kann ein TO220 Gehäuse ohne
>> Kühlung eigentlich los werden?
>
> Offen auf dem Tisch: ca 1W
>
> In einem Gehäuse eher weniger.

Man kann bei TO220 mit ca. 65K/W Wärmewiderstand rechnen, also 1W geht 
auch im geschlossenen Gehäuse ;)

von Stefan F. (Gast)


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M. K. schrieb:
> also 1W geht auch im geschlossenen Gehäuse

Bis sich die Wärme darin gestaut hat.

von M. K. (sylaina)


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Stefanus F. schrieb:
> M. K. schrieb:
>> also 1W geht auch im geschlossenen Gehäuse
>
> Bis sich die Wärme darin gestaut hat.

Nehmen wir mal an im Gehäuse wirds 60 Grad warm und wir verheizen 1W, 
bei den 65K/W wird die Sperrschicht dann grad mal 125 Grad heiß, das 
hält doch jeder Mosfet aus.

von Stefan F. (Gast)


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M. K. schrieb:
> Nehmen wir mal an im Gehäuse wirds 60 Grad warm und wir verheizen 1W,
> bei den 65K/W wird die Sperrschicht dann grad mal 125 Grad heiß, das
> hält doch jeder Mosfet aus.

Ja, MOSFET vertragen mehr Wärme, als bipolare Transistoren. Ich würde 
allerdings auch bedenken, wie sich die Wärme auf benachbarte Teile 
auswirkt - auch auf passive Kunststoffteile.

Was ich baue, soll in der Regel länger als 2 Jahre halten.

von M. K. (sylaina)


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Stefanus F. schrieb:
> M. K. schrieb:
>> Nehmen wir mal an im Gehäuse wirds 60 Grad warm und wir verheizen 1W,
>> bei den 65K/W wird die Sperrschicht dann grad mal 125 Grad heiß, das
>> hält doch jeder Mosfet aus.
>
> Ja, MOSFET vertragen mehr Wärme, als bipolare Transistoren. Ich würde
> allerdings auch bedenken, wie sich die Wärme auf benachbarte Teile
> auswirkt - auch auf passive Kunststoffteile.
>
> Was ich baue, soll in der Regel länger als 2 Jahre halten.

Ach, jetzt sind auf einmal die benachbarten Bauteile das Problem und 
nicht mehr das TO220-Gehäuse an sich? Sorry, aber das klingt jetzt ein 
wenig danach, als ob du dich rausreden wolltest, denn ob ich die 1W am 
TO220-Gehäuse direkt umsetze oder auf das TO220-Gehäuse noch nen KK mit 
15K/W schraube ist völlig wumpe. Man heizt dann trotzdem noch mit 1W. 
Und die Frage war schlichtweg wieviel Leistung man auf dem TO220-Gehäuse 
ohne KK verbraten kann. Mit den rund 1W bin ich ja bei dir, aber das 
würde ich nicht nur auf den offenen Tisch beschränken, das geht auch 
locker im Gehäuse.
Einfach mal vergegenwärtigen: 10-20 Widerstände/Dioden/Transistoren/ICs/ 
die so 50-100 mW Verlustleitung verbraten machen unterm Strich auch 1W 
Heizleistung aus und da störts dich sicher auch nicht die in ein Gehäuse 
zu packen.

von Karl-alfred R. (karl-alfred_roemer)


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Ich hatte inzwischen doch Bedenken bekommen und mir bei Reichelt die 
IRF3708 bestellt. Sollten morgen ankommen.

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