DC-Motor über MOSFET ansteuern

Hallo zusammen,

ich möchte eigentlich eine Roboterhand mit Hilfe von Federn aus Formgedächtnislegierung realisieren (an einem Faden befestigte FGL-Feder zieht sich bei Wärme zusammen und lässt den Finger einknicken).

Zunächst möchte ich aber die prinzipielle Ansteuerung mit einem kleinen DC-Motor und 4 Batterien zum Laufen bekommen, bevor ich mit größeren Spannungen arbeite. Wegen letzteren möchte ich aber gerne einen MOSFET verwenden, da er soweit ich das verstanden habe im Gegensatz zu einem normalen Transistor für größere Spannungen/Stromstärken verwendet werden kann, aber trotzdem die 20mA am PWM-Port ausreichen, um das Gate zu aktivieren - das stimmt doch soweit, oder?

Mein Problem ist nun, dass der Motor immer läuft - egal ob ich über Pin 11 die 20mA sende oder nicht… Laut Datenblatt müssten die 20mA aber eigentlich ausreichen - der MOSFET ist ein IRF9640 (hier gibt’s das Datenblatt: http://www.vishay.com/docs/91086/91086.pdf)

Jemand eine Ahnung was ich falsch mache? Außerdem wäre ich für den einen oder anderen Ratschlag sehr dankbar, falls ihr noch irgendwelche anderweitigen Fehler finden solltet - bin neu was Elektrotechnik angeht.

Meinen Schaltplan und ein Foto habe ich angehängt.

Beste Grüße und vielen Dank,

Ropott

der IRF9640 ist kein Logic-Level-MOSFET. Das heißt, dass Du ihn mit 5V nicht zum durchsteuern brigen kannst.

Dein Fehler liegt bei der Auswahl des Mofets es muss ein N-Channel Fet sein beim einem P-Fet muss das Gate so hoch leigen wie VCC bei dir. Er steuert durch bei Vcc- Vgs. Hast du nun 12 Volt setuert er bei deinem High (5V) genauso durch wie bei LOW (0V) also keine Regelung.
Entwerder du tauscht es N-Fet(mit Logic Level z.B. IRF540) aus dann geht es so wie du es in deiner Schaltung vorgesehen hast (siehe Anhang 1) oder du nutzt einen Transitor (NPN) mit dem du das Gate bei LOW Transotor gespertt den gate über einen Widerstand an VCC häbgt( z.B. 1K) und bei High das Gate in Richting masse zieht. (siehe Anhang 2)
Interessantes Tut
http://www.mikrocontroller.net/articles/Transistor
Gruß
Der Dani

P.S.: Je nachdem welche Ströme nutze ich gerne die IRLD024 http://www.reichelt.de/IRL-IRFZ-Transistoren/IRLD-024/3//index.html?ACTION=3&GROUPID=2896&ARTICLE=41764&SHOW=1&OFFSET=16&
Sind gut zu Handhaben und bis 1-1,5A bleibt das Dingen max Handwarm.

uC-MOSFET-Ansteuerung.GIF

_12V_Schalter_an_PCF8574.png

volvodani, der IRF540 ist aber kein logic level MOSFET. Grüße Uwe

Der läuft weil das max Vgs zum “Durchbrechen” 4V beträgt siehe Anhang. Schaltschwelle maximal 4V da kommst du mit 5V drüber da auch bei PWM keine “steigende” Spannungen hast :wink:
Das N dahinter ist für ds Isolierte gehäuse.
Auf Nummer sicher bist du mit dem IRL540.
Gruß
Der Dani

IRF540N.JPG

Logic Level bedeutet vor allem, dass der minimale Kanalwiderstand RDS(on) auch bei 5V liegt.

Es gibt jede Menge FETs die bei 2-4V schon genug für relativ kleine Ströme leiten, aber deren Kanalwiderstand in dem Bereich höher ist als mit einer Gate-Spannung von 7-8V. Solange der Drain Strom nicht zu groß wird, reicht das u.U.

Und das wichtigste was dir fehlt (zuzüglich zu dem, was die Vorredner geschrieben haben) ist eine
Masseverbindung.
Du mußt den Minuspol der Battiere mit dem GND von Arduino verbinden.
Als Logic-Level N-Kanal Mosfet empfehle ich den IRLZ44N.
Der kann bis ca. 6A ohne Kühlung betrieben werden und ist bei Ebay günstig zu haben: Ebay: IRLZ44N
Dann empfehle ich dir noch einen Gatevorwiderstand ca 150Ohm.
Und als Pin solltest du einen PWM Pin nehmen, dann kannst du sogar die Drehzahl steuern.

Das was du als Schaltplan geposted hat ist kein Schaltplan, sonder die Steckbrettansicht.
Das Ist in Fritzing erstellt? Dann klicke mal auf die Schaltplanansicht, mit der arbeitet man um eine Schaltung zu designen.

(ich habe dir mal ein Beispiel drangehängt)

Edit: die Diode, die ich reingezeichnet habe, ist sinnvoll, wenn du den Motor mit PWM betreiben willst.
Ich würde dann eine MUR420 nehmen, nicht die im Plan verwendete 1N4001, die ist zu langsam.

FET_DC_Motor.fzz (8.26 KB)

volvodani:
Der läuft weil das max Vgs zum “Durchbrechen” 4V beträgt siehe Anhang. Schaltschwelle maximal 4V da kommst du mit 5V drüber da auch bei PWM keine “steigende” Spannungen hast :wink:
Das N dahinter ist für ds Isolierte gehäuse.
Auf Nummer sicher bist du mit dem IRL540.
Gruß
Der Dani

nein Das ist kein Logik Level MOSFET. Der MOSFET Steuert erst bei ca der doppelten VGS(th) voll durch (erreicht den kleinsten Drain-Sourcer Widerstand.
LogikLevel MOSFET haben VGS(th) zwischen 1V und 2V (min - max-Wert)

Grüße Uwe

Jetzt will ich es aber genau wissen, bzw mein Verständnis bestätigt haben- oder auch nicht.

Der MOSFET Steuert erst bei ca der doppelten VGS(th) voll durch (erreicht den kleinsten Drain-Sourcer Widerstand.

Den Drain Source Strom kann man auch berechnen. Angenommen der FET wird im Sätigungsbereich betrieben. Dann gilt dies : Ids= K /2 *(Ugs-Uth)² Zumindest habe ich diese Formel gefunden K ist der Verstärkungsfaktor des jeweiligem FET, den ich aber im Datenblatt nicht finde ?

Grüße Rudi

Sättigungsbereich bedeutet:
Die Spannung VGS ist so hoch, dass der kleinste RDSon erreicht ist.
Eine weitere Erhöhung der GAte-Soure Spannung bringt nix.
Dummerweise ist das ganz aber auch vom Drainstrom abhängig.

Deshalb ist in Datenblättern immer RDSon in bei definierter VGS und IDangegeben:
Drain-Source On-State Resistance RDS(on) (VGS = 5.0 V ID = 31 A) : 0.028?
Drain-Source On-State Resistance RDS(on) (VGS = 4.0 V ID = 25 A) : 0.039? (Aus dem Datenblatt des IRLF44)

Die Formel die zitierst, kenne ich so nicht, aber es deutet auf Linearbetrieb hin. Einen festen Verstärkungsfaktor gibt es nicht.
Auch hier hast du verschieden Einflußfaktoren, dafür gibts in den Datenblättern immer die Diagramme der Transferfunktion.

Aber wir hier im Arduino-Forum verwenden MosFets fast ausschliesslich als Schalter. Und da ist nur der Sättigugsbetrieb interessant.
Weil ich möchte, dass im ON Zustand die Verluste am Fet möglichst klein sind.

Letztlich kann ich einen “Logic Level” Mosfet daran erkennen, ob er den angegebenen RDSon bei 5V erreicht oder nicht. Manchmal geben die Namen einen Hinweis darauf:
IRF540: RDSon = 0.044Ohm (VGS = 10.0 V ID = 16 A)
IRL540: RDSon = 0.077Ohm (VGS = 5.0 V ID = 17 A)

Die von Volvodani zitierte “Gate Threshold Voltage” besagt nur, dass er bei dieser Spannung anfängt zu leiten. Von Sättigung ist er da noch weit weg. Aber ich gebe dir in sofern recht, dass bei unseren Anwendungen, wo die Fets weit unter Limit betrieben werden, auch der IRF540 funktionieren würde. Es gibt aber bessere.

Sättigungsbereich bedeutet: Die Spannung VGS ist so hoch, dass der kleinste RDSon erreicht ist.

Ich habe meine Erkenntisse von http://de.wikipedia.org/wiki/Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor Und von dort interpretierte ich den Sättigungsbereich eben anders.

Die Formel die zitierst, kenne ich so nicht, aber es deutet auf Linearbetrieb hin

So wird es wohl sein (weil logisch) ,so steht es aber im Wiki oder ich verstehe das nicht wirklich.

Also ab der "Gate Threshold Voltage" geht der FET in den linearen Bereich, bei weiterem Anstieg verläuft der Graph parallel (Sättigung) zur x-Achse. Auch bei Erhöhung der DS- Spannung fließt der gleiche Strom.

rudirabbit: Also ab der "Gate Threshold Voltage" geht der FET in den linearen Bereich, bei weiterem Anstieg verläuft der Graph parallel (Sättigung) zur x-Achse. Auch bei Erhöhung der DS- Spannung fließt der gleiche Strom.

Meinst du damit dieses Diogramm?

Dann verstehe ich was du meinst. Wobei der Strom der fliesst ja immer von der Beschaltung abhängt. Und bei PowerMosfets fängt das eben nicht bei Ugs=1V an, sonder oberhalb der Thresholdspannung. Sieht aber genauso aus, und du findest dieses Diagramm in jedem Mosfet-Datenblatt.