ca 3A@12V-Last mit 3,3V schalten

[Evgenij (Gast)]

Hallo zusammen,

trotz meiner Ausbildung als IT-Systemelektroniker, bin ich ein absoluter 
Anfänger auf dem Gebiet eigene Schaltkreise zu entwickeln. Trotzdem 
möchte ich für mein Formicarium eine kleine Steuerung bauen um die 
Temperaturen zu messen, sowie eine Lampe und Heizmatte zu schalten. Als 
Controller wird ein esp32 eingesetzt.
Nun stehe ich vor der Frage: Wie schalte ich die Lasten? Sowohl die 
Lampe als auch die Heizmatte werden mit 12V betrieben. Die Heizmatte ist 
mit 20W angegeben, beleuchtet wird vermutlich mit LED- oder 
Halogen-Einbaustrahler bis max. 36W.
Jetzt weiß ich leider nicht, was in dieser Situation besser geeignet 
ist: Relais, Transistor oder MOSFET?
Bei der Heizmatte könnte ich evtl. ein SRD-03VDC verwenden, das 
Ein-/Ausschalten sollte mMn an dieser Stelle reichen.
Bei der Beleuchtung möchte ich aber eigentlich kein Relais einsetzen 
wegen PWM, auch wenn man PWM-Signal evtl. über eine separate Leitung an 
die KSQ weiterreichen könnte... Gibt es einen geeigneten Npn-Transistor 
bzw N-Kanal MOSFET? Worauf sollte ich bei der Schaltung achten?

Habt bitte ein wenig Nachsicht für die häufig gestellte Frage, aber für 
einen Anfänger ist die Frage nicht leicht zu beantworten.

Grüße
Evgenij

[Michael B. (laberkopp)]

Ein MOSFET wäre ok, aber wenn der durchbrennt (durchlegiert) wird 
dauernd geheizt, dann hast du gegrillte Ameisen. Also ein 
Übertemperaturschutz (Bimetallübertempsicherung) sollte immer hinzu. 
Auch der ESP kann mal hängen, immer den Watchdog nutzen.

20W an 12V (1.6A) sind die leichteste Übeung, aber Halogenlampen ziehen 
leicht mal den 20-fachen Einschaltstrom und der MOSFET ist schneller als 
die Glühbirne kaputt, lege den MOSFET also für 36A aus.

Ansteuerspannung aus dem ESP sind bloss 3.3V, nimm also einen MOSFET 
dessen Strom bei 2.7V oder 2.5V UGS spezifiziert ist, wie PH2925U oder 
TPH1R712MD (muss ja kein IRL6283 sein).

[Gerd E. (robberknight)]

Schau mal hier und in den dort verlinkten Threads:
Transistor

Für 3.3 V brauchst Du spezielle MOSFETs die auch mit 3.3V am Gate sauber 
durchsteuern. Das erkennst Du daran, daß im Datenblatt auch für 3.3V 
oder weniger ein Durchgangswiderstand (Rds(on)) angegeben ist.

Z.B. der hier:
https://www.tme.eu/de/details/ao3400a/n-kanal-transistoren-smd/alpha-omega-semiconductor/

Aber die von Michael B. genannten passen besser.

[Evgenij (Gast)]

Hallo Michael, hallo Gerd,

vielen Dank für die schnelle Hilfe.
Könntet Ihr mir bitte helfen, die Datenblätter besser/richtig zu 
verstehen?
Wenn ich Wiki zum Thema FET richtig verstehe, dann sind für mich bei 
dem folgende Parameter interessant (am Beispiel des PH2925U):
- Gate-Source Threshold Voltage => 1,2V, ab dieser Spannung  beginnt der 
MOSFET zu leiten. Aber ab welcher Spannung ist es "komplett und sicher 
durchgeschaltet"?
- Drain Source (Breakdown) Voltage: max Spannung Drain-Source liegt bei 
25V
- Continuous Drain current: max Dauerstrom 70A@100°C und 4,5V Ugs.
- Pulsed Drain Current (wäre für Einschaltstrom der Halogenleuchte 
interessant?): 300A
- Drain-Source ON Resistance => Damit könnte ich doch die 
Verlustleistung berechnen, oder? Ist es richtig nach der Formel <P = 
Rds-on * I> zu rechnen? Also hätte ich in dem Fall ca. folgendes Bild: P 
= 3mOhm * 3²A = 0,27W

Habe ich soweit alles richtig verstanden? Eine Freilaufdiode am 
Verbraucher sollte schon sein, oder? Ich habe auch irgendwo gelesen, 
dass es besser ist den MOSFET mit einem Transistor zu schalten: ist das 
in diesem Fall auch empfehlenswert?)?

[Nop (Gast)]

Evgenij schrieb:
> Aber ab welcher Spannung ist es "komplett und sicher
> durchgeschaltet"?

Ab der, wo Rds_on angegeben ist. Das ist dann garantiert.

Daneben gibt es noch die typischen Kurven, wo der typische Widerstand 
auch unterhalb der Spannung klein sein kann, die bei Rds_on angegeben 
ist - aber das ist nicht garantiert und kann je nach Exemplar auch mal 
anders sein.

[Niemand (Gast)]

Hast du vor die Last dauerhaft nur an oder aus zu haben oder willst du 
PWM machen?
Die saubere Lösung wäre auf alle Fälle einen Low-Side Gate Treiber 
nutzen. z.B. 1EDN7512B
Da du eh 12V hast passt das perfekt mit dem Gate-Treiber zusammen und du 
kannst auch mal mit 50 kHz schalten wenn du willst.

[Jörg R. (solar77)]

Evgenij schrieb:
> Wenn ich Wiki zum Thema FET richtig verstehe, dann sind für mich bei
> dem folgende Parameter interessant (am Beispiel des PH2925U):
> - Gate-Source Threshold Voltage => 1,2V, ab dieser Spannung  beginnt der
> MOSFET zu leiten. Aber ab welcher Spannung ist es "komplett und sicher
> durchgeschaltet"?

Die Frage hat Gerd E. schon beantwortet:

Gerd E. schrieb:
> Für 3.3 V brauchst Du spezielle MOSFETs die auch mit 3.3V am Gate sauber
> durchsteuern. Das erkennst Du daran, daß im Datenblatt auch für 3.3V
> oder weniger ein Durchgangswiderstand (Rds(on)) angegeben ist.

Der Wert Threshold Voltage ist für Dich uninteressant. Du möchtest eine 
Last schalten, da ist es wichtig bei welcher Spannung Ugs der Transistor 
sicher durchschaltet.

[äxl (Gast)]

Bau doch da einen TLP250 ein, um den (dann fast jeden beliebigen) MOSFET 
zu steuern. Ist einfach und du bist auf der sicheren Seite. Den TLP250 
versorgst Du mit aus den 12Volt.
Ist nur'n Vorschalg. Kannst ja auch einen LL-Mosfet Typ raussuchen. Da 
du eh bestellen musst, nimmt es sich nix, ob Du nun einen TLP250 
bestellst und einen vorhandenen MOSFET einsetzt, oder gleich einen FET 
bestellst, der mit den 3V3 klarkommt.