Frage zu LED Steuerung mit MOSFET

Guten Tag Zusammen!

Mein Name ist Tim und ich bin seit einigen Wochen mit dem Arduino beschäftigt.
Die grundlegenden Tutorials hab ich durchgearbeitet und will mich jetzt an ein
eigenes Projekt wagen. Dazu bitte ich um eure Mithilfe.
Folgenden Aufbau habe ich vor: 6 LED-streifen mit je 6 LED sollen über je
einen zugeordneten Fotowiderstand angesteuert/gedimmt werden. Wegen der
erforderlichen Leistung für ca. 36 LED werde ich ein externes Netzteil verwenden.
Elektronische Grundkenntnisse hab ich, aber nur wenig Praxiserfahrung mit
Schaltungen. Daher möchte ich erstmal darum bitten mir zu sagen, ob die beigefügte
Schaltung funktioniert.

Gruß
Tim

Schema.pdf (17.3 KB)

Sieht einigermassen korrekt aus.

Aber: ich sehe keinen Vorwiederstand für die LEDs. Weiterhin ist unklar wie große die Gatekapazität des FETs ist. Wenn die sehr groß ist und Du die Frequenz ausreichend hochschraubst wirst Du den Arduino Pin überlasten. Normalerweise passiert sowas aber nicht.

Ich nehme für sowas lieber bipolare Transistoren, aber da gehen die Meinungen im Forum auseinander.

Gruß, Udo

Ich tendiere auch zu Bipolar-Transistoren, da der Strom gering ist.

Grüße Uwe

Achso, noch ein Nachtrag: bipolare Transistoren brauchen ein Bauteil mehr. Nämlich einen Basisvorwiderstand. Allerdings gibt es auch welche da sind die Widerstände praktischerweise gleich integriert. PDTD113Z ist so einer. Ich finde die sehr bequem.

Udo

Vielen Dank für eure Antworten! Ich arbeite mit vorhandenen Bauteilen, d.h. die LED-streifen sind mit dem Netzteil schon betriebsfertig konfektioniert.

Als MOSFET hab ich die im beigefügten PDF beschriebenen Teile zur Verfügung. Stichwort “Gatekapazität”: sind das die Ciss/Coss/Crss -werte aus dem Datenblatt? Könnt ihr mir sagen ob diesen FETs arbeiten kann und/oder was ich bei deren Anwendung noch zusätzlich brauche?

Gruß
Tim

FS100SMJ.pdf (42.8 KB)

Hallo Udo

am Gate braucht es einen Widerstand um den Schaltstrom zu begrenzen und schwingen zu verhindern.

http://www.mikrocontroller.net/topic/84187

Grüße Uwe.

Versteh ich das richtig: Ich brauche einen Widerstand zwischen PWM-Out und Gate dessen Wert sich aus dem Ansteuer-Strom und -Spannung ergibt. Wenn ich die USB- Stromversorgung des Arduino zugrunde lege komme ich zu folgendem Wert: R = 5V / 0,5A = 10 Ohm

Stimmt das so?

Gruß Tim

Man braucht nicht zwingend einen Gate Widerstand. Die Sachlage ist vereinfacht wie folgt:

Das Gate ist aus Sicht des Mikrocontrollers ein kleiner Kondensator. Jeder Schaltvorgang sieht deshalb zunächst immer aus wie ein Kurzschluß. D.h. der Spitzenstrom wird durch den InnwendwiderstandController begrenzt. Der maximal zulässige Pin Strom wird dabei praktisch immer überschritten. Allerdings nur kurzzeitig.

Der maximale Pinstrom wird aber bezogen auf Dauerstrom. Wenn dieser zu hoch ist, dann wird der Pin irgendwann durchbrennen. Wenn man nun niedrig frequent schaltet, dann macht die kurzzeitige Überlastung dem Pin nichts. Sobald man aber die Frequenz hochdreht wird so ein Pin irgendwann überlastet weil er im Mittel über dem erlaubten Dauerstrom ist.

Aus Sicht des FETs ist für schnelle Schaltzeiten eine niedrige Quellenimpedanz (niedriger Innenwiderstand) nötig. Wenn das nicht gegeben ist (z.B. weil der Arduino direkt ein Gate ansteuert) steigt die Gatespannung "langsam" an. In der Zeit zwischen abgeschaltet und nicht ganz durchgeschaltet wird im FET deutlich mehr Leistung verbraten als im "aus" bzw, "ein" Zustand. D.h. der FET wird dann warm. Bei niedrig Frequenzen fällt das nicht ins Gewicht, bei hohen Frequenzen allerdings schon.

Dann kommt noch die Sache mit den Leitungsinduktivitäten. Da das FET Gate ein Kondensator ist hat man zusammen mit der Leitungsinduktivität einen Schwingkreis. Insbesondere bei langen Leitungen kann sowas zum Problem werden. Wer auf dem Steckbrett unterwegs ist hat aber in der Regel andere Probleme. Oder anders: bei den im Forum diskutierten Schaltungen schaut eh keiner auf EMV.

Das ist alles nicht schlimm, aber man kann es auch nicht notwendig vernachlässigen. Wer's genauer wissen will googlet oder liest es gleich bei Horrowitz Hill nach (aber in der englischen Version, die deutsche Übersetzung ist eine Katastrophe).

Udo

Was den Wert des Widerstands angeht: das Limit ist nicht die Stromversorung des Bus sondern die maximale Pin Belastbarkeit. Die ist wenn ich mich richtig erinnere bei 40mA --> 120 Ohm. Die Frage ist aber wie hoch die Frequenz wird und wie groß die Gatekapazität ist.

Siehe auch das hier: http://www.mikrocontroller.net/articles/MOSFET-%C3%9Cbersicht#Mosfet-Treiber

Udo

Danke Udo, für diese ausführliche Erklärung! Das ist dann doch etwas komplizierter als ich dachte, aber ich fasse daraus folgendes für meine Anwendung zusammen:

Um sicherzugehen, das ich den PIN nicht überlaste werde ich mit der Dimmung nicht ins extreme gehen, also bei erreichen von ca. 1/3 der maximalen Lichtstärke die LED ausschalten.

Kann ich den von dir genannten Widerstandswert (120 Ohm) als Empfehlung für den Gatewiderstand betrachen?

Gruß Tim

Hallo Atim

Die Größe des Drainstroms hat keinen Einfluß auf die Gate-Kapazität und darum auf den Einschaltstrom am Gate. FET’s und MOSFET’s werden mit Spannungs gesteuert. Der Strom der am Gate fließt kommt nur durch die Gate-Kapazität zusammen.

Also 120 Ohm Widerstand und Du kannst soviel Strom schalten wie der MOSFET verträgt.

Wie groß ist eigentlich der Strom der LED’s?

Grüße Uwe

uwefed: Wie groß ist eigentlich der Strom der LED's?

Grüße Uwe

Weis ich nicht. Ich hab hier einige fertigkonfektionerte Streifen. Das dazugehörige Steckernetzteil kann 12V / 2.4A. Ich müsste mal versuchen den Ohm-Wert der SMD- widerstände auf den LED-streifen herauszufinden.

Tim

So, der erste Test ist geschaft. Ein Streifen mit 5 LED wurde über den Mosfet und dem "fading-example" angesteuert. Der 120 Ohm Widerstand führte allerdings dazu, das die LED nur dauerhaft schwach leuchteten. Mit R= 12 Ohm ging es dann.

Vielen Dank vorerst für eure Hilfestellung!

Grüße Tim

Ich Exhumiere mal eine Leiche..

Warum leuchteten die LEDS mit 12Ohm nur schwach? Sehe ich es richtig, bei U/I -> 5V/0,04A kommen 125Ohm raus. Damit fällt die Spannung bei 120Ohm quasi auf 0 und das V_th ist unterschritten. Liege ich richtig?

staivoup: Ich Exhumiere mal eine Leiche..

Warum leuchteten die LEDS mit 12Ohm nur schwach? Sehe ich es richtig, bei U/I -> 5V/0,04A kommen 125Ohm raus. Damit fällt die Spannung bei 120Ohm quasi auf 0 und das V_th ist unterschritten. Liege ich richtig?

Wir reden vom Gatewiderstand nicht vom Vorwiderstand der LED. Grüße Uwe

Davon rede ich auch. Er hatte seinerzeit Streifen mit Vorwiderständen.