Versornungs Spannung / Masse Frage

Ich hab nen Arduino Mega 2560 an dem zwei Ausgänge jeweils einen npn Mosfet schalten. Das ganze wird derzeit mit einer Spannungsquelle von 12V betrieben.

Da die Transistoren 30V abkönnen und ich diese gern nutzen möchte, hätte ich nun den Mega nur über 5V USB versorgt und die Mosfets auf 30V gelegt. Die Schaltspannung der Mosfet kommt weiterhin vom Arduino. Die Masse muss ja trotzdem verbunden bleiben. Geht das oder raucht mir dann etwas ab?

gruß Jens

Das funktioniert solange die gleiche Masse als Bezugspotential vorhanden ist. Transistoren sind ja gerade dafür gedacht höhere Spannungen zu schalten. Du hast aber hoffentlich Logic-FETs die schon bei 5V Ugs voll durchschalten (bzw. Ugs Treshold-Spannung ca. 1-2V).

Was wichtiger ist ist dein Drainstrom. Wieviel willst du da machen? Wenn du da mehrere Ampere schalten willst, musst du aufpassen dass der Transistor schnell genug schaltet und nicht zwischendurch zu lange halb-leitend ist. Sonst wird der Strom am Kanal-Widerstand in Wärme umgesetzt.

NPN-MOSFET gibt es übrigens nicht. Du meinst einen N-Kanal.

tja hm gute Frage. Hab hier ein Datenblatt, kannst du da mal nachschauen STP36NF06
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/150000-174999/155781-da-01-en-MOSFET_STP36NF06_STM.pdf

geschalten werden derzeit 12V 2A. Ich möchte es aber erweitern auf evtl 50V 15A

Das ist ein Logic-FET, aber du musst seine Grenzen beachten. Siehe Seite 4, das Diagramm Mitte Links. Da ist die zweite Kurve von unten Ugs=5V. Maximaler Drainstrom ist damit dann etwa 10-12A. Den höheren Drainstrom von bis zu 60A bekommst du nur mit höheren Gate-Source-Spannungen. Siehe auch Mitte Rechts für Uds = 25V. Der macht zwar bei 5V weit genug auf für kleine Ströme, aber um wirklich Rds(on) Minimal zu halten braucht man die üblichen 8V und mehr am Gate. Das siehst du auch oben bei den Testbedingungen für Rds(on) = 32 mOhm. Das gilt nur für Ugs = 10V

Generell solltest du mal das hier durchlesen:
http://www.mikrocontroller.net/articles/FET

Da steht auch was man macht damit er schneller schaltet. Bei diesen riesigen Leistungen besser gleich in einen MOSFET-Treiber investieren, damit er schnell durchschaltet:
http://www.mikrocontroller.net/articles/Treiber
http://www.mikrocontroller.net/articles/MOSFET-Übersicht#MOSFET-Treiber

Und einen Kühlkörper. Was du da vorhast ist nicht trivial. Und praktisch habe ich mit solchen Strömen auch keine Erfahrung, deshalb kann ich dir da keine genauen Tips geben was funktioniert und nicht. Bei Mikrocontroller.net haben die ein Forum, wo du wahrscheinlich bessere Hilfe mit der genauen Dimensionierung bekommst.

Das Problem ist dass der zwar im durchgeschalteten Zustand seinen Rds(on) von ein paar Dutzend Milliohm hat, aber er schaltet nicht sofort von leitend in sperrend. Wenn der Schaltvorgang dann zulange dauert, hat er einen Widerstand, was sich bei hohen Strömen natürlich stark bemerkbar macht. Das ist vor allem bei Schaltnetzteilen relevant die im kHz-Bereich geschaltet werden, aber auch bei An/Aus-Schaltern und hohen Strömen muss man es u.U. berücksichtigen.

Ein echter Logic-Level FET das nicht, das erkennt man vor allem daran, dass für VGS=5V der Rds nicht definiert ist.
Ich würde dir einen echten Logic-Level Fet empfehlen, z.B. den IRLZ44
Der hat bei VGS = 5.0V einen Rds von 28mOhm (es gibt aber auch bessere)

Aber, Achtung!
Bei 15A statisch erzeugt der FET 6,3W Verlustleistung (bei Tj=25°C)
Du brauchst einen Kühlkörper mit höchstens 5K/W!

(Gesamt-Rth:  Ptot bei Tj max = 15*15*0,028*2=12,6W;
                      dT = Tjmax - Tamb max = 175°C-50°C = 125°C
                      Rthges = dT / Ptot = 9,9K/W
                      RthKK = Rthges - RthFet - Rthmontage = 9,9 - 1 - 1 = 8 K/W; Noch etwas Sicherheit sind es 5k/W)

Und, wie Serenifly schon angemerkt hat:
wenn du schnell schalten willst (im kHz Bereich) mußt du die dynamischen Schaltverluste mit einrechen und minimieren. Das geht nicht, wenn der FET aus dem Arduinopin direkt angesteuert wird. Wenn du gelegentlich mal ein und wieder aus schaltest, dann geht das auch ohne Treiber.

Gunther

edit:
zum Thema gemeinsame Masse hatte ich mal dieses Bild gezeichnet:

Da passiert nix!

Hier kann man viel über Mos Fets lernen :slight_smile:
Habe mit den Dingern wenig Erfahrung

Warum man zum Schnellen schalten einen Treiber braucht habe ich verstanden.
Meine Frage bezieht sich auf diesen Link Treiber – Mikrocontroller.net

Hier der low Side Treiber 2b mit den beiden Treiber (npn/pnp) Transistoren in der bekannten Komplementärschaltung.
Die Funktion ist mir schon klar, aber warum braucht es in der Gate zum IRF den Widerstand R29 über die Diode D7
Also wenn das Gate nach Plus gezogen wird geht es über R29 (20 ohm) in umgekehrten fall über R28 auch 20 ohm.

Oder nutzt man hier die 0.7 V der Diode D7 aus um eine quasi Hysterese von High zu Low zu haben ?

Die Diode D7 / R29 ist eine Paralellschaltung zu R28 und vermindert den Widerstand auf 10 Ohm solange der Spannungabfall an R28 größer als 0,7V ist. Dies aber nur beim Einschalten des MOSFETS.
In der Beschreibung steht:

Die Kombination aus zwei Gatewiderständen und einer Diode sind für schnelles Einschalten und etwas langsameres Abschalten ausgelegt.

Grüße Uwe