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Topic: Kann ich diese MOSFETs am Arduino-Uno verwenden? (Read 1 time) previous topic - next topic

Sagamihara

Ich würde gerne zwei der unten verlinkten MOSFETs parallel betreiben, um einen größeren Strom schalten zu können.

Da ich noch nicht viel mit MOSFETs zu tun hatte, bin ich mir nicht sicher, worauf ich achten muss. Die Gate-Threshold Voltage von 1.0 V ist sicherlich relevant.
Wie ich gelesen habe, sollte man vor das Gate jeweils einen Widerstand einbauen, ist das richtig (und wie groß sollte der sein?)?
Wird es ansonsten grundsätzlich funktionieren, zwei MOSFETs über einen Digital-Pin zu steuern, oder benötigt man einen MOSFET-Treiber oder ähnliches?


Reichelt.de-Link


Gehe ich recht in der Annahme, dass ein solcher Treiber die Schalt-Geschwindigkeit erhöhen würde? Wie groß wäre der Unterschied ungefähr?

combie

Quote
Gehe ich recht in der Annahme, dass ein solcher Treiber die Schalt-Geschwindigkeit erhöhen würde? Wie groß wäre der Unterschied ungefähr?
Wenn man bedenkt, dass ein AVR Pin alleine ca 20mA bis 40mA schadlos liefen kann, aber ein solcher Treiber auch mal 1A (das Datenblatt verschafft Klarheit), dann steckt in den Schaltzeiten ca der Faktor 25.
*grob vereinfacht*
"Freiheit, Gleichheit, Brüderlichkeit!"
Aber wie gelangen wir zu den Tätigkeitswörtern?
Quelle: Stanislaw Jerzy Lec

Wuehlmaus

Hallo Sagamihara!

Als ich damals als Newbie und nicht Elektriker in die Welt des Arduino / MOSFET eingestiegen bin fand ich im Forum irgendwo den Tip zum direkten Anschluss den MOSFET IRL 540 N zu verwenden.

Z.B.:
https://www.reichelt.de/IRL-IRFZ-Transistoren/IRL-540N/3/index.html?ACTION=3&LA=446&ARTICLE=41761&GROUPID=2896&artnr=IRL+540N&SEARCH=MOSFET%2BIRL%2B540%2BN%2B

´habe mir das von einem Industrieelektronik-Entwickler inzwischen bestätigen lassen, der mir den Hinweis gab für den täglichen Betrieb noch einen Gate- und Source- Widerstand dazu zu schalten.

In der Anlage wie ich das dann zum Beispiel für 2 Stück 9V LED-Beleuchtungen, schalt- und dimmbar verwende.

Die Widerstände Rs und Rg sind ganz universell verwendbar, also nicht speziell auf diese 9V Anwendung zugeschnitten.

Gruß
Wühlmaus

Serenifly

#3
Nov 25, 2017, 04:43 pm Last Edit: Nov 25, 2017, 04:45 pm by Serenifly
Bei 5V geht im Prinzip alles mit IRL im Namen. Bei 3,3V muss man etwas genauer hinsehen.

FET-Treiber brauchst du wahrscheinlich nicht. Die braucht man u.a. bei hohen PWM Frequenz wenn die Zeit nicht mehr ausreicht um das Gate umzuladen. Dann verwenden die hohe Ströme um das schneller zu erledigen. Standard Arduino PWM ist aber sehr niederfrequent.
Eine andere Anwendung ist bei sehr hohen Strömen um die Zeit zu verringern in der der FET im linearen Bereich ist. Oder beides zusammen.

combie

FET-Treiber brauchst du wahrscheinlich nicht.
Ich denke schon...
Das sind 150A Typen.
Und davon 2 parallel.
Das führt zu einer erheblichen Gate Kapazität.
Und damit zu langen Umladezeiten, wenn ohne Treiber.

Müsste man halt mal ausrechnen, und dafür natürlich die Anwendung kennen.
"Freiheit, Gleichheit, Brüderlichkeit!"
Aber wie gelangen wir zu den Tätigkeitswörtern?
Quelle: Stanislaw Jerzy Lec

Serenifly

Man müsste halt mal wissen was er genau machen möchte. Wie viel Strom? Wird PWM verwendet, bzw wie oft wird umgeschaltet?

DrDiettrich

Praktisch hilft es, die Temperatur des MOSFET im Betrieb zu prüfen. Dazu genügt ein nasser Finger. Wenn's zischt, dann braucht's einen Treiber.

uxomm

Praktisch hilft es, die Temperatur des MOSFET im Betrieb zu prüfen. Dazu genügt ein nasser Finger. Wenn's zischt, dann braucht's einen Treiber.
Das ist im wahrsten Sinne des Wortes eine "Daumenregel" :)
Always decouple electronic circuitry.

uwefed

#8
Nov 25, 2017, 08:59 pm Last Edit: Nov 25, 2017, 09:11 pm by uwefed
´habe mir das von einem Industrieelektronik-Entwickler inzwischen bestätigen lassen, der mir den Hinweis gab für den täglichen Betrieb noch einen Gate- und Source- Widerstand dazu zu schalten.
Der Gate Widerstand begrenzt den Gatestrom. Da Gate ist ebei einem MOSFET ein Kondensator gegen Source und muß umgeladen werden (ge- bzw entladen) un ein- bzw auszuschalten. Ein ungeladener Kondensator ist im ersten Moment wenn man Spannung anlegt leer und darum wie ein Kurzschluß. Darum schaltet man einen Gatewiderstand damit der Strom auf einen Wert begrenzt wird den der (Arduino) Ausgang verkraftet. Durch die Strombegrenzung lädt der Gate Source Kondensator langsamer auf und deshalb ist der Übergang des MOSFETs von eingeschaltet zu ausgeschaltet langsamer und in dieser Zeit wechselt der MOSFET vom ausgeschalteten Zustand (keine Verlustleistung weil kein Strom fließt) zu eingeschalteten Zustand Wenig Verlustleistung weil RSD klein ist. Der übergang zwischen den beiden Zuständen erfolgt aber durch gleitenden Übergang von RDS = unendlich zu RDS = RDS(on) = 6mOhm beim IRL3803 mit der Verlustleistung P = RDC* IS*IS. Diese Verlustleistung tritt zwar nur sehr kurz auf (bei ordentlicher Ansteuerung unter µS Bereich) wenn dies aber wegen hoher PWM Frequenz 100000 oder 1000000 mal in der Sekunde auftritt ist die Verlustleistung immens.

Den Widerstand den Du Sourcewiderstand nennst ist keiner, denn dieser müßte zwischen Source und Masse geschaltet sein. Der genannte Widerstand ist ein Pulldownwiderstand damit bei fehlender Ansteuerung des MOSFETs durch den Arduino (zB beim Startup bis der Sketch startet oder wenn der Arduino nicht mit Spannung versorgt wird, die Spannung die der MOSFET schalten muß aber vorhanden ist) der MOSFET durch den Widerstand mit Masse verbunden ist und darum sicher sperrt und nicht irgenwelche Störspannungen den Mosfet durchschalten lassen.

Außerdem ist eine statische Leistungsrechnung durchzuführen. (Verluste nur durch Strom und Widerstand des MOSFETS und nicht durch Umladeverluste; die würden noch zusätzlich dazukommen)
Ich nehme mal an daß der TO 2 MOSFET paralellschalten will, weil einer allein den Strom nicht verkraftet. Ich nehme mal den besten Fall an daß der Gesamtstrom wenig mehr als 120A sind.

Ptot = RDS(on) *ID*ID
Das wären 0,006Ohm *120A*120A = 86,4A also bei 2 MOSFETs bekäme jeder im besten Fall ca 44W im schlimmsten bei I = 240A ca 87W.
Diese Rechnung ist etwas ungenau weil der Source-Drain Widerstand nicht für den Arbeitspunkt (UGS = 5V ID = 60 bzw 120A) im Datenblatt angegeben wird.

Alternativ kann die Grafik Fig.1 auf Seite 3 von https://www.reichelt.de/index.html?ACTION=7&LA=3&OPEN=0&INDEX=0&FILENAME=A100%252FIRL3803_IR.pdf dienen. Da ist UDS in Funktion von ID
Bei 5V Ansteuerung und 60A sind das 0,3V und bei 120A ca 1,15V Daraus ergibt sich die Verlustleistung von ca 18W bzw ca 140W.

Der IRL3803 kann 200W bei entsprechender Kühlung. Darum sind 120A prinzipiell kein Problem. Der Kühlkörper der für 140W Verlustleistung benötigt wird ist aber immens. Ich würde einen der Größe eines großen PC CPU-Kühlers erwarten.

Auch bei 18W Verlustleitung (pro MOSFET) brauchen die beiden MOSFET einen ordentlichen Kühlkörper.

@Sagamihara Beschreibe uns mal genau Dein Projekt. Einfach mal 2 MOSFETs nehmen, die den vermuteten Strom aushalten geht hier nicht.

Grüße Uwe

Sagamihara

Danke schonmal für all die Antworten! Umso mehr man sich damit beschäftigt, desto unübersichtlicher scheint das zu werden.

Ich möchte mit dem MOSFET (oder mehreren) eine Magnetspule betreiben, um mit dem Prinzip des elektromagnetischen Beschleunigers zu experimentieren. Die Ströme werden also nur über einen Zeitraum von weniger als einer Sekunde, mit großen Pausen dazwischen, geschaltet und es soll also kein PWM zur Verwendung kommen.

Was ich bisher verstanden habe ist, dass ein Gate-Treiber größere Ströme und höhere Spannung bereit stellt als der Arduino per Digital-Pin liefern kann, und somit der Schaltvorgang schneller abläuft, da das Gate wie ein Kondensator geladen werden muss. Außerdem verhindert der Treiber, dass beim Schaltvorgang Ströme zum Arduino zurück fließen, die diesen beschädigen könnten(?).


Beim Betrachten verschiedener Treiber verwirren mich die vielen unterschiedlichen Typen völlig. In der Tabelle von mikrocontroller.net ist u.a. von Low- und High-Side, Halb- und Vollbrücken die Rede. (Ich habe auch schon versucht, die Unterschiede durch Youtube-Tutorials zu verstehen, aber das ist mir [aktuell noch] zu hoch). In Datenblättern bin ich außerdem auf die Begriffe "inverting" und "non-inverting" gestoßen, und hoffe, dass ich vorerst ohne aufwendiges Studium eine Lösung finde, die einfach funktioniert.

In einem Video-Tutorial bin ich auf den scheinbar recht günstigen TC4420 gestoßen - wäre der für den Anwendungszweck ausreichend, bzw. gut geeignet? Von den für mich verständlichen Daten her scheint er zu passen. Unklar bin ich mir aber, wie groß die "Reverse output currents" sind ("Will Withstand >1.5A Reverse Output Current"), und was das mit dem oben genannten "inverting" bzw. "non-inverting" zu bedeuten hat.
Angenommen, dieses Modell wäre tatsächlich geeignet und ich würde wirklich zwei MOSFETs parallel schalten wollen, dann könnte ich sicherlich beide an einen Treiber anschließen, oder?

agmue

Danke schonmal für all die Antworten! Umso mehr man sich damit beschäftigt, desto unübersichtlicher scheint das zu werden.
"Je mehr Antworten wir finden, desto mehr Fragen stellen sich uns." sagen Wissenschaftler, also vollkommen normal.

Low- und High-Side
Low-Side schalten bei GND, High-Side bei Versorgungsspannung. Besser erklärt wird das bei Beispiele zu Low-Side Treibern und Beispiele zu High-Side Treibern.

In Datenblättern bin ich außerdem auf die Begriffe "inverting" und "non-inverting" gestoßen, und hoffe, dass ich vorerst ohne aufwendiges Studium eine Lösung finde, die einfach funktioniert.
Wenn Du im verlinkten Datenblatt 4.0 APPLICATIONS INFORMATION anschaust, siehst Du beim Inverting Driver ein HIGH am Eingang und ein LOW am Ausgang, invertiert eben. HIGH am Eingang und HIGH am Ausgang ist nicht invertierend.

uwefed

#11
Nov 26, 2017, 01:30 pm Last Edit: Nov 26, 2017, 01:31 pm by uwefed
So wie ich Deine Ausführungen verstanden habe funktioniert das ganze nicht.

Du willst Spulen über MOSFET mit hohen Strömen versorgen. Dazu hast Du Dir einen MOSFET für 120A und 30V ausgesucht.
Mit 30 V bekommst Du keine 120A durch eine Spule durch. Die Spuleninduktivität bremst den Stromanstieg und Du kommst gar nicht auf solche Ströme.

Ist das eine Luftspule ohne Eisenkern oder mit Eisenkern? Woher bekommst Du den Strom? Aus einem Netzteil oder aus einer Kondensatorbatterie?

Ich denke da eher an Kondensatorbatterie auf eine möglichst hohe Spannung aufgeladen und eine Tyristor zur Zündung. Der Strom muß ja nicht ausgeschaltet werden.

Grüße Uwe

Sagamihara

@uwefed: Das mit der Induktivität war mir zwar grob bekannt, aber ich kann mir nicht vorstellen (oder ausrechnen), wie sich das quantitativ auswirkt. In einer Erklärung eines Physik-Kanals bei Youtube schien es zunächst so zu sein, dass der Strom nach einer gewissen Zeit genauso groß sein würde, wie ohne Spule, daher dachte ich, diesen Effekt vernachlässigen zu können.

Die Spule soll eine Luftspule sein, und der Strom soll aus einer Lipo-Batterie kommen.


@agmue: Ich habe versucht, die Beispiele zu verstehen, aber ich fürchte, dass dafür zu dumm bin. :smiley-sad: Ich erkenne nicht einmal, ob das herausgesuchte MOSFET bzw. der Treiber low- oder high-side ist, noch bin ich sicher, was für meine Anwendung richtig wäre.
Das mit dem invertierten Treiber habe ich immerhin verstanden (vermute ich).

Alles in allem betrachtet macht es mit meinem geringen Verständnis für die Materie vermutlich überhaupt keinen Sinn, das noch weiter zu verfolgen. Das ist doch komisch: Als ich mit dem Arduino angefangen habe, ging eigentlich alles locker von der Hand, aber wenn es darum geht, einen MOSFET zu verwenden, habe ich das Gefühl, dass ich mit meinem geringen Elektronik-Wissen vor einer unüberwindbaren Wand stehe. In den weit verbreiteten Youtube-Tutorials scheint es fast so, als müsse man sich um die vielen "Details" gar nicht kümmern, daher hatte ich wohl einen falschen Eindruck von der Komplexität, wenn es Abweichungen vom dort dargestellen Fall (höherer Strom und Ansteuerung des MOSFET per Treiber) gibt...

DrDiettrich

Warum fängst Du dann nicht einfach ohne Treiber an? Wenn das nicht klappt, dann weißt Du wenigstens, worüber Du noch mehr fragen und lernen mußt.

Tommy56

"Wer den schnellen Erfolg sucht, sollte nicht programmieren, sondern Holz hacken." (Quelle unbekannt)

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