Hallo, ich habe eine allgemeine Frage, auf die ich bisher immer nur widersprüchliche Antworten bekommen habe... Wenn ich einen MOSFET mittels AVR Schalten möchte, muss ich dann zwsichen Gate und AVR-Pin einen Widerstand einsetzen. Die Gate-Source Strecke hat ja die Charakteristik eines Kondensators, d.h. im Einschaltmoment ist es ein Kurzschluss. Begrenzt der AVR das automatisch bzw. sind ausreichend hohe "Widerstände" im Chip/MOSFET vorhanden, dass der Einschaltstrom niedrig genug ist, dass man ihn ignorieren kann? Jeder zusätzliche Widerstand in der Gate-Zuleitung verzögert ja die Durchschaltdauer, da es länger dauert die Gate-Source Strecke zu laden/entladen. Ich möchte speziell in diesem Fall diesen FET schalten http://www.fairchildsemi.com/ds/FD%2FFDN335N.pdf Das Schaltsignal wird ein PWM im Bereich von 5 bis 10 kHz werden. Der FET hat eine Eingangskapazität von 310pF. Das ergäbe einen Blindwiderstand von 50 - 100 kOhm, der sich ja nicht grad bedrohlich anhört. Nur ist die Frage ob die Stromspitzen beim Umladen gefährlich für meinen AVR sind, oder nicht... Ein AVR kann ja dauerhaft 20mA pro Pin liefern - was er spitzenmäßig kann hab ich aber leider nirgends gefunden... Ist übrigens ein ATmega8. Wäre echt dankbar, wenn mir jemand da mit einer klaren (möglichst begründeten) Aussage weiterhelfen könnte.
Ich behaupte mal, dem AVR ist die Gatekapazität des MOSFET egal! Der sehr begrenzte Aussgangsstrom des AVR wird aber auf jeden Fall der Effizienz deiner Schaltung nicht gerade förderlich sein. Wenn du Leistung von mehr als ein paar dutzend Watt schalten musst, dann empfehle ich dir, einen MOSFET-Treiber nachzuschalten. Gruss rayelec
Die Stromspitzen stören den AVR nicht, da der Innenwiderstand der Portendstufe mit einigen 10 Ohm relativ hoch ist. Allerdings hast Du diese Störungen dann auf der Betriebsspannung rund um den AVR und den MOSFET herum, so daß andere Schaltungen, insbesondere analoge, gut abgeblockt werden müssen. Was Du machen kannst, ist ein 100Ohm Serienwiderstand zum Gate und vom Gate 2k2 zur Masse. Damit wird der FET noch recht steil durchgesteuert und die Umschaltstörungen bleiben klein.
Einen widerstand zwischen AVR und Gate zu bauen ist einfach nur doof... AVR pins sind im grunde kurzschlussfest, die Pins lassen sich durch 310pF nicht beeindrucken. Bei größeren Kapazitäten gibt es halt Probleme wenn du höhere Schaltfrequenzen benötigst - aber mit 20mA geht schon ein bischen was... Oder schliest du jede Leiterbahn, die länger als 2 cm ist mit einen Widerstand an deinen AVR an? Soweit ich weiss, haben die ja auch eine Kapazität....
Das mit den Störungen habe ich auch schonmal woanders gelesen, aber fallen die bei so niedrigen Strömen wie der AVR sie treiben kann denn so stark aus? Der FET, welcher vielleicht eine größere Last schaltet, würde doch einiges mehr an Störungen verursachen oder?
Nachdem ich mir zwei AVRs zerschossen habe, finde ich die Widerstände gar nicht sooo doof. Wenn Du mehr als Vcc schaltest und dummerwese der FET stirbt, nimmt er Deinen AVR mit in die ewigen Jagdgründe. Ist mir bei Versuchen mit Halogenlampen an 12V passiert. 1-2k dürften die Flanken nicht zu sehr verschleifen, bieten aber einen (hoffentlich) ausreichenden Schutz. Grüsse Lothar
>AVR pins sind im grunde kurzschlussfest, die Pins lassen sich durch >310pF nicht beeindrucken. Dem AVR ist es relativ egal, richtig. Aber beim Umschalten treten je nach FET derart hohe Störungen auf, daß es andere Bauteile 'beeindrucken' könnte. Zum Zeitpunkt des Umladens fließen bedeutend höhere Ströme, als die angegebenen 40mA pro Pin, nämlich exakt so viel, wie der AVR-Pin mit seinem Innenwiderstand wirklich treiben kann. Das können auch schon mal mehr als 100mA bei 5V sein. >Das mit den Störungen habe ich auch schonmal woanders gelesen, aber >fallen die bei so niedrigen Strömen wie der AVR sie treiben kann denn so >stark aus? Das hängt vom FET ab, wir haben hier schon 0,5Vss auf Vcc gemessen, was ausreicht, den Controller bei aktiviertem BrownOut-Detektor zu resetten. Hinzu kommt Lothars Einwand bei abgerauchtem FET.
@ Lupin (Gast) also 310pF mit 2cm Leitungskapazität zu vergleichen finde ich aber auch ein bißchen doof ... Kann man überhaupt nicht vergleichen, denn 2cm Leitung haben nur ganz, ganz wenige pF. Schon deswegen ist es weit unkritischer. 310pF ist ja schon ein rechts schwacher MOSFET. Die Gatekapazität kann aber auch schon mal etliche nF haben. Dann wird's noch heftiger. Du mußt auch sehen, daß da schon relativ schnelle (Strom)-Schaltflanken entstehen, die über die Leitungsinduktivitäten in der Betriebsspannung schon hohe Spannungsspitzen verursachen können, die woanders stören können. Abblockung ist daher das A und O, wenn man den MOSFET mit einem R nicht "weicher" ansteuern will. Auch wenn höhere Ansteuerfrequenzen vorgesehen sind, muß man schon langsam an die entstehende Verlustleistung in den Port-Transistoren denken. Da kanns dem AVR auch schnell mal zu heiß werden (vor allem, wenn mehrere Mosfets getrieben werden sollen). Statt einem R als Strombegrenzung würde ich dann aber zu einem Mosfet-Treiber tendieren. Aber egal - es ist letzendlich so, wie Travel Rec. schon schreibt. Eigentlich brauchste keine R dazwischen für "normale" Aufgaben. Mit einem R kannst Du die Schaltflanken "verweichlichen", wenn Du unbedingt willst - steuert aber auch den Mosfet langsamer aus (höhere Verlustleistung)
@ Lothar (Gast) >gar nicht sooo doof. Wenn Du mehr als Vcc schaltest und dummerwese der >FET stirbt, nimmt er Deinen AVR mit in die ewigen Jagdgründe. Und denkst du, dass ein Widerstand von 100 Ohm das verhindert? Und 10K sind bei 10 kHz definitiv zuviel, selbst 1k ist nicht wenig. 1k * 310pF = 310ns Zeitkonstante. Sprich der Schaltvorgang ist nach ~1,5us abgeschlossen. Das ist ziemlich lange. >Flanken nicht zu sehr verschleifen, bieten aber einen (hoffentlich) >ausreichenden Schutz. Die Hoffnung stirbt zum Schluss, gleich nach dem AVR ;-) MFG Falk
Ich habe schon auf diesen Kommentar von Falk gewartet. Keine Schaltung bietet einen ausreichenden Schutz gegen alle Dummheiten des Anwenders. Natürlich muß so dimensioniert werden daß für den jeweiligen Anwendungszweck ein Optimum an Performance erreicht wird.
@ Lothar (Gast)
>1-2k dürften die
Flanken nicht zu sehr verschleifen, bieten aber einen (hoffentlich)
ausreichenden Schutz.
Wenn Du nur Lampen damit schalten willst, dann ist das sicherlich ok. Da
kann man das zu Entsörungszwecken so ganz einfach machen.
Aber wenn es langsam richtung HF geht, dann ist die Verschleifung der
Flanken mit 1-2k schon extrem. Die Flanken haben dann schon Zeiten im µs
Bereich bei entprechenden Leistungs-Mosfets. Hinzu kommt dann noch die
bei UgsThres einsetzende Flanke über die D-G Kapazität, die dem
Aufwärtsstreben der weich geschalteten Gatespannung zusätzlich
entgegenwirkt. Kann man richtig gut im Oszi sehen, wie die Gatespannung
da eins auf den Deckel bekommt).
Bei zunehmend höheren Frequenzen ist daher eine zunehmend niederohmigere
Ansteuerung praktisch Pflicht, wenn es einem an der Verlustleistung in
den Mosfets liegt.
5-10kHz ist absolut keine Hochfrequenz und darum geht es dem Anwender. Was er noch nicht geschrieben hat, ist die Amperezahl und die Spannung, die er zu schalten gedenkt. Vielleicht kann man dann ja noch konkreter werden.
Danke für die vielen Antworten! Die Frage war in erster Linie allgemein gemeint. Konkret hätte ich momentan die Ansteuerung eines Mini-Speakers (5V / 50mA / Frequenz variiert vorauss. zwischen 0 und 8 kHz) und die simple PWM-Dimmung einiger LEDs (12V 1-2A 1kHz). Ab und zu hätte ich auch mal bei 12V Lasten in Richtung 6-10A zu schalten. Aber dann normalerweise nur an/aus.
Für den MiniSpeaker die Freilaufdiode nicht vergessen. Der MOSFET hat zwar eine Diode integriert, aber die ist zu schwach und zu langsam und an der falschen Stelle.
sorry - hatte ich überlesen, daß da schon was von 5-10kHz geschrieben wurde. Da er aber PWM machen will, sollte der R trotzdem nicht zu hoch werden, falls er verwendet werden sollte. Denn 10kHz sind T=100µS bzw. 50µs pro "Halbwelle" - da sind Anstiegszeiten von einige µs bei ein paar kOhm schon gefährlich für die Genauigkeit der PWM. Ich denke mal, bei der Frequenz den R einfach weglassen - dürfte dann auch Anstiegszeiten um die 100 200 ns oder weniger im Mosi ergeben, was man schon als "ideal" betrachten kann.
@ André Wippich (sefiroth) >50mA / Frequenz variiert vorauss. zwischen 0 und 8 kHz) und die simple >PWM-Dimmung einiger LEDs (12V 1-2A 1kHz). Wozu 1 kHz? 100..200 Hz reichen locker. >Ab und zu hätte ich auch mal bei 12V Lasten in Richtung 6-10A zu >schalten. Aber dann normalerweise nur an/aus. BUZ11 ist dein Freund. MFG Falk
@Travel Rec: Logo, Freilaufdiode kommt mit dazu. Welchen Zweck die parasitäre Diode im FET hat ist mir noch nicht so ganz klar, aber eine Freilaufdiode ist es bestimmt nicht :-) @Falk Brunner: Mir wurde von Kollegen geraten eine höhere Frequenz zu wählen. Ich werde in der Praxis dann schauen, welche niedrigste Frequenz die besten Ergebnisse erzielt. Denke mal, das 250 Hz locker ausreichen werden - aber ich will den Rat meiner Kollegen auch nicht ignorieren. Immerhin haben die schon mehr gedimmt als ich ^_^ @All: Ich denke ich werde bei meinen MOSFET-Anwendnungen einen kleinen Serienwiderstand von vielleicht 100 Ohm vorsehen, um die Störungen zu reduzieren. Bei den kleinen Leistungen, die ich überwiegend schalte, sollte das kein Problem sein. Bei großen Lasten verwende ich gerne den BTS442 - der ist mehr IC als FET und hat einen TTL-Eingang, den ich direkt mit dem AVR verbinden kann.
@ André Wippich (sefiroth) >Logo, Freilaufdiode kommt mit dazu. Welchen Zweck die parasitäre Diode >im FET hat ist mir noch nicht so ganz klar, Zweck hat sie keinen, sie ist ja parasitär. >Mir wurde von Kollegen geraten eine höhere Frequenz zu wählen. Mit welcher Begründung? Das ist bestenfalls sinnvoll, wenn die LEDs schnell parallel zur Betrachtungsebene bewegt werden, dann ist ein hohe PWM-Freqeunz von 1kHz und mehr nötig, um ein FLimmern zu vermeiden. >aber ich will den Rat meiner Kollegen auch nicht ignorieren. Immerhin >haben die schon mehr gedimmt als ich ^_^ Und? Das ist KEINERLEI substantielle Begründung. Ein ".. das machen wir schon seit Jahren so und basta " ist nur Gefasel alter Leute. MFG Falk
für den Minispeaker mit 50mA kannste auch einen kleinen Mosi nehmen wie den BS170 im TO92 oder SOT23-Gehäuse. Der kann auch schon 500mA, und mit 5V Gatespoannung erreicht der sogar auch schon seinen Idmax - hat also schon LL-Eigenschaften, die sich also solche nutzen lassen. Gate-kapazität sind's auch nur wenige 10pF, so daß der auch ohne Gate-R nur vernachlässigbare Störungen verursachen dürfte, und für die µC-Augänge auch keine relvante Belastung darstellt.
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