Hallo,
man verwendet immer den Verstärkungsfaktor zur Berechnung im Schalterbetrieb. Was sonst. Dann das fünffache des errechneten Basisstromes für einen sicheren Schalterbetrieb. Wenn Ic 0,5A sein soll, dann lasse ich keinen Basisstrom von 12mA fließen, sondern nur ausreichende 3mA. Dann ist der auch gesättigt. Warum soll mehr Basisstrom fließen als notwendig.
Doc_Arduino:
man verwendet immer den Verstärkungsfaktor zur Berechnung im Schalterbetrieb. Was sonst.
Hab' ich anders gelernt. schulterzuck
HFE ist ausschlieslich und nur für den Betrieb im Arbeitspunt gültig. (ist ja auch ein Kleinsignal Parameter)
sicherlich bist du mit dem 5fachen Basisstrom schon nahe an der Sättigung dran.
Aber dieses Verfahren kennen ich nur HF-Bereich um Schaltzeiten zu minimieren. Ist hier aber unnötig. (und sorgt für höhere Verlustleistung im Transistor.
Wenn die Rechnung mit den 5-fachen Basisstrom des Arbeitspunktes stimmen würden dann wären auch die Sättigungsströme IBsat proportional zu den zugehöringen ICsat.
Aber mein Favorit wäre sowieso ein Mosfet. Einfacher und robuster.
Hallo,
kann man bestimmt jetzt endlos darüber disktutieren. Letzlich wollen wir alle einen Strom Ic sicher fließen lassen ohne das der Transistor über sein Ptot abraucht. Deshalb muß Uce im Sättigungsbereich liegen. Funktionieren tut beides. 
Bei "dicken" Leistungstransistoren sinkt die Stromverstärkung sogar noch bei steigenden Kollektorströmen! Da sehe ich klare Vorteile für den MOSFET.
Im Kleinleistungsbereich bevorzuge ich bipolare Transistoren (auch weil ich davon mehrere Hundert habe)
Wenn bei einer Selektionsklasse hfe 250-750 angeben wird, gehe ich vom Minimum aus. Maximal zu erwartender Ic/hfe x 5 und großzügig nach unten runden, was die R Kiste hergibt. Das kann dann auch 10-15x statt 5x sein 
Hallo und danke, dass ihr euch die Zeit genommen habt!
Also zur Ansteuerung der LED des Optokopplers, habe da komplett den Ausgangsstrom der digitalen Pins vernachlässigt.. leider. Habe ja schon mal hier im Arduino Forum nachgelesen, dass dieser ca. bei 20mA liegen sollte.
Ich verstehe nur nicht ganz wo diese 10mA her sind, ich sehe zwar die 10mA bei electrical characteristics -> "COUPLER" -> "Collector emitter saturation voltage", also der UCE Sättigungsspannung, und bei der "Cut-off frequency", aber was hat der Strom von UCESAT, also vom Optokopplertransistor, oder der von VCE mit der LED zutun?
Ich dachte da muss man sich (wie in einem Tutorial erklärt), sich an dem unter "Input" angegebenem IF orientieren.
Also zum Thema MOSFET anstatt bipolarem Transistor, gibts da neben der verlustlosen Steuerung, da kein "Basis"-Strom fließt sonst noch Vorteile bezogen auf diese Anwendung?
Grüße
aber was hat der Strom von UCESAT, also vom Optokopplertransistor, oder der von VCE mit der LED zutun?
angegeben ist VCEsat bei IF = 10mA und IC =1mA. IF bezieht sich auf die Diode.
Also zum Thema MOSFET anstatt bipolarem Transistor, gibts da neben der verlustlosen Steuerung, da kein "Basis"-Strom fließt sonst noch Vorteile bezogen auf diese Anwendung?
Ja. Bipolare Transistoren, die Überspannung bekommen sind kaputt. Da reicht ein klitzekleiner µs-Puls, die nicht immer sauber zu unterdrücken sind.
MosFets gehen bei Überspannung in den 2.Durchbruch (Avalache) und begrenzen die Spannung, gehen aber nicht kaputt, solange die Energie, die der FET hier verkraften muß nicht zu hoch wird.
die wird in Mosfet-Datenblättern angegeben, meist als "Single Pulse Avalanche Energy".
In deiner Schaltung hätte das den Vorteil, dass du für die Schnellabschaltung mit höherer Spannung keine weiteren Bauteile benötigen würdest. (Wenn die Energie des Schützes nicht zu hoch ist.)
Allerdings müsstest du die maximal zulässige Gate-Source Spannung mit Spannungsteiler auf den zulässigen Wert begrenzen. die wenigsten Fets können 24V.
guntherb:
Allerdings müsstest du die maximal zulässige Gate-Source Spannung mit Spannungsteiler auf den zulässigen Wert begrenzen. die wenigsten Fets können 24V.
Wäre es dann nicht gleich besser, einen Logic Level MOSFET zu nehmen? Und nur mal so nebenbei, wäre es dann auch noch sinnvoll, eine Potentialtrennung mit dem Optokoppler zu machen?
Achja und ich habe gelesen, dass er nicht sonderlich schnell schaltet, da die Gate-Kapazität abgebaut werden muss.
( Getriebemotoren Ansteuerung – RN-Wissen.de )
Grüße
Dü könntest natürlich einen Logic-Level-Mosfet nehme (z.B. den IRLZ44N) und den direkt mit dem Arduino ansteuern.
Du hast ja bereits mit dem Schütz eine Potentialtrennung. Mit Optokoppler hast du halt eine Sichere Trennung auch vom 24v Teil zum Arduino. Das ist nicht unbedingt nötig, eine saubere Leitungsführung vorausgesetzt, schadet aber auch nicht.
Und, ja, wenn man mit Mosfets schnell schalten will, dann muß man etwas Aufwand treiben. (wie übrigens bei Bipolaren auch).
Aber hier reden wir von Schaltzeiten im µs-Bereich. Da mußt du dir keine Sorgen machen. Der Fet ist immer noch 1000mal schneller als dein Schütz!
Das schnelle Schalten spielt hauptsächlich eine Rolle wenn du PWM ab ein paar Dutzend kHz machst oder bei Schaltnetzteilen. Dann kann man auch nicht mehr von "leistungsloser Ansteuerung" sprechen, da man einen Strom braucht um das Gate umzuladen. Das ist hier aber irrelevant.
Hallo,
Also wenn ich bei der Variante mit den 24V bleiben möchte, also keinen Logic Level MOSFET verwenden möchte.
Ich habe mal bei RS-Components nachgesehen, und die bieten da über 500 MOS FETS mit einer UGS max. von +/- 30V an, das müsste dann ja für die 24V UGS ausreichend sein. (Das +/- heißt ja, es kann sowohl eine positive als auch negative Spannung (DC) zum Ansteuern verwendet werden oder?)
Wenn ich also so einen nehmen würde, z.B. STP12NM50, welcher eben eine max UGS von +/-30V hat, und eine VGS(th) im Bereich von 3-5V hat, würde der bei 24V eigentlich den voraussitzlichen ID von 208,3mA leiten. IDmax ist bei diesem 12A, das heißt ja das die ~208mA locker drüber können. Alleine von diesen Betrachtungen kann man ja schon sagen, dass dieser MOSFET passen würde oder?
Weiters habe ich die Verlustleistung für meinen Fall ausgerechnet:
Hierzu ist zu sagen, dass der RDS(on) 0,035Ohm hat. Jedoch ändert sich dieser ja je nachdem welche VGS anliegt und welcher ID fließt, ist da trotzdem dieser Wert zu nehmen?
Auch noch dazu eine Frage wäre, welche Verlustleistung hier genommen werden sollte? Eben wie diese berechnet, sprich die statische, oder soll ich auch noch die Schaltverluste irgendwie berücksichtigen - eher nicht, da ich ja keine PWM habe oder?
So und zum Schluss noch eine grundsätzliche Frage zu den FETS, ich weiß ist zwar ne richtige Grundlagenfrage, aber irgendwie wird es in den Lehrbüchern nicht so genau beschrieben. Ist eben nur um zu sehen, ob ich es verstanden habe:
Je nachdem welche UGS anliegt, so steigt die Leitfähigkeit des Drain-Source Kanals, sprich der Widerstand dieses Kanals wird kleiner. (natürlich alles bezogen auf einen selbstsperrenden n-MOSFET...)
D.h.: Wenn man sich die Ausgangskennlinie ansieht, in diesem Falle vom STP12NM50, so erkennt man, dass der Drainstrom je nach angelegter VGS und VDS ansteigt bzw. variiert, das heißt aber nur, der MOSFET könnte bei so und so einer Spannung einen Drainstrom von z.B. 10A fließen lassen wenn die Last so einen Strom treiben würde, wäre er durch die Last kleiner, so wäre es noch in Ordnung (Verlustleistung mal aus dem Spiel gelassen..), wäre er aber größer als 10A in diesem Moment, so wäre der MOSFET überlastet, da der Kanal ja in diesem Falle nur für die 10A "geöffnet" ist, und nicht mehr durchlassen kann, obwohl im Maximalfall der MOSFET 12A vertragen kann..
So ich hoffe das war nicht zu viel Text, aber trotzdem mal ein großes DANKE für eure bisherige Hilfe!
Wenn du einen MosFet mit UGSmax +/-30V hast, dann kannst u den mit 24V ansteuern.
Das "+/-" bedeutet aber nicht, dass du ihn auch mit negativer Spannung ansteuern kannst, sondern dass er kaputt gehen, wenn mehr als 30V (egal welche Polarität) anliegen. Wenns ein N-Kanal Fet ist muß die UGS positiv sein.
Deine Verlustleistungsberechnung stimmt nicht.
Du hast Uds = 24V gesetzt. Wenn der Fet aber leitet und der Schütz angesteuert ist, dann liegen die 24V am Schütz an, am FET nur ein paar mV.
In dem Falle:
Uds = Rdson * ID = 0,035 Ohm * 0,2A = 7mV
und Ptot = Rdson * ID² = 1,4mW
Das Bauteil wird also nichtmal lauwarm werden.
Zu deinen Ansteuerfragen:
ja, ich kann mit Höhe der UGS den RDS beeinflussen, und damit den Stromfluss.
Da du aber ja rein im Schaltbetrieb arbeitest, also weit über der Gate threshold spannung, mußt du dir da keine Sorgen machen.
Das sind Betrachtungen, die du machen mußt, wenn du z.B. einen Audioverstärker bauen willst.
Noch zwei Sachen:
a) Schnellabschaltung.
Du solltest auf keinen Fall einen FET mit UDS>100V verwenden, besser 60V. Der Fet den du ausgesucht hast, hat 500V. Bei abschalten wird also die Induktionsspannung auf 500V geklemmt! Mit solchen Spannungsspitzen in der Schaltung wirst du nicht glücklich!
b) Sicherer Zustand.
Ich weiß nicht, ob das für deine Anwendung eine Rolle spielt, aber meist werden solche Schaltungen so ausgelegt, dass bei Ausfall des Controllers oder Leitungsbruch, das Schütz abgeschaltet wird. Hier müßtest du vor oder nach dem Optokoppler noch eine Kleinsignaltransistorstufe zum invertieren einbauen. (oder den Optokoppler weglassen)
guntherb:
Noch zwei Sachen:
a) Schnellabschaltung.
Du solltest auf keinen Fall einen FET mit UDS>100V verwenden, besser 60V. Der Fet den du ausgesucht hast, hat 500V. Bei abschalten wird also die Induktionsspannung auf 500V geklemmt! Mit solchen Spannungsspitzen in der Schaltung wirst du nicht glücklich!
Huch das wird ja immer komplizierter. Aber wieso wird die Induktionsspannung auf 500V geklemmt?? Ich dachte die VDS ist die Spannung, die maximal zwischen Drain und Source anliegen darf...
guntherb:
b) Sicherer Zustand.
Ich weiß nicht, ob das für deine Anwendung eine Rolle spielt, aber meist werden solche Schaltungen so ausgelegt, dass bei Ausfall des Controllers oder Leitungsbruch, das Schütz abgeschaltet wird. Hier müßtest du vor oder nach dem Optokoppler noch eine Kleinsignaltransistorstufe zum invertieren einbauen. (oder den Optokoppler weglasse
Aber sollte der Controller ausfallen, sprich von den 5V plötzlich 0V anliegen, so wäre das doch das gleiche, als würde ich das Signal zum Abschalten geben. Wenn dann 0V anliegen, sperrt der Optokopplertransistor und infolge dessen wird der MOSFET doch auch sperren, wieso also noch durch eine Kleintransistorstufe invertieren?
mfG
HarryL_99:
Huch das wird ja immer komplizierter. Aber wieso wird die Induktionsspannung auf 500V geklemmt?? Ich dachte die VDS ist die Spannung, die maximal zwischen Drain und Source anliegen darf...
Weil der von dir angegebene STP12NM50 500V Uds hat.
Und, wie vorher schonmal erwähnt, haben Mosfets einen zweiten Durchbruch (Also so eine Art Z-Dioden Funktion).
Deshalb die Empfehlung einen Mosfet mit 60V zu nehmen. Das reicht dicke um das Schütz schnell abzuschalten.
HarryL_99:
Aber sollte der Controller ausfallen, sprich von den 5V plötzlich 0V anliegen, so wäre das doch das gleiche, als würde ich das Signal zum Abschalten geben. Wenn dann 0V anliegen, sperrt der Optokopplertransistor und infolge dessen wird der MOSFET doch auch sperren, wieso also noch durch eine Kleintransistorstufe invertieren?
Über das Verhältnis R1/R3 kannst du übrigens leicht die Gatespannung einstellen.
Ok bei dieser Variante verstehe ich wieso, ich bin aber eher von dieser ausgegangen:
Ich habe hier einfach des bipolaren Transistor durch den MOSFET ausgetauscht, funktionieren sollte diese aber ja im Prinzip auch. Was hier fehlt ist noch der Gatewiderstand, aber den vernachlässige ich jetzt mal.
Gruß
HarryL_99:
Ok bei dieser Variante verstehe ich wieso, ich bin aber eher von dieser ausgegangen:Ich habe hier einfach des bipolaren Transistor durch den MOSFET ausgetauscht, funktionieren sollte diese aber ja im Prinzip auch. Was hier fehlt ist noch der Gatewiderstand, aber den vernachlässige ich jetzt mal
Ah! ok, da war ich zu sehr meinen eigenen Denkmustern verhaftet. So funktionierts.
Aber den Gatevorwiderstand solltest du schon wieder mit reinnehmen.
Und die FreilaufDioden kombi kann entfallen, das macht dann der Fet für dich.
Hallo,
wenn ich mal dazwischen fragen darf. Das mit den 500V habe ich auch noch nicht verstanden. Wo sollen die herkommen? Und warum fällt die Freilaufdiode weg bei Verwendung eines Mosfets?
Beim Abschalten einer Induktivität (Spule) entstehen hohe Spannungen.
Der Strom, der durch die Spule fließt unterliegt einem Beharrungsvermögen, das bedeutet, wenn die Spule von der Versorgung getrennt wird, muß der Strom weiterfliessen, bis die in der Spule gespeicherte Energie verbraucht ist.
Dies passiert, in dem die an der Spule anliegende Spannung sich umpolt und so weit ansteigt, bis über parasitäre Kondenstoren, wiederstände etc dieser Strom weiterfließt. Das kann sogar bis zum Lichtbogen führen.
Und deshalb müssen Halbleiter vor diesen Abschaltspannungen geschützt werden.
Mit Ausnahme moderner Mosfests. Die schützen sich selber.
Der zweite Durchbruch, der bei bipolaren Transistoren zur Zerstörung führt, ist bei Mosfets so gesteuert, dass er nicht zur Zerstörung führt, sondern wie eine Z-Diode wirkt.
Trotzdem ist es in manchen Fällen sinnvoll, eine Freilaufdiode zu verbauen, nämlich wenn die Energie in der Spule erhalten werden soll. Z.B. bei PWM-Betrieb vom Motoren, hier soll der Strom während der Ausphase frei weiterfliessen (Wie ein Fahrrad im Freilauf weiterfährt wenn man nicht tritt).
Wenn aber, wie beim schnellen Abschalten einer Spule, die Energie möglichst schnell vernichtet werden soll, ist eine Freilaufdiode eher fehl am Platz.
Hallo,
ja okay, ich meinte das hier.
Noch zwei Sachen:
a) Schnellabschaltung.
Du solltest auf keinen Fall einen FET mit UDS>100V verwenden, besser 60V. Der Fet den du ausgesucht hast, hat 500V. Bei abschalten wird also die Induktionsspannung auf 500V geklemmt! Mit solchen Spannungsspitzen in der Schaltung wirst du nicht glücklich!
Wo sollen die 500V herkommen? Nimmt er einen anderen FET, sollen es plötzlich weniger wie 500V sein? Die Logik verstehe ich nicht. Ich meine, die enstehende entgegenwirkende Induktionsspannung wird doch nicht vom verwendeten FET bestimmt. Der muß dieser nur standhalten. Bin jetzt etwas verwirrt.
Doc_Arduino:
Hallo,ja okay, ich meinte das hier.
Noch zwei Sachen:
a) Schnellabschaltung.
Du solltest auf keinen Fall einen FET mit UDS>100V verwenden, besser 60V. Der Fet den du ausgesucht hast, hat 500V. Bei abschalten wird also die Induktionsspannung auf 500V geklemmt! Mit solchen Spannungsspitzen in der Schaltung wirst du nicht glücklich!Wo sollen die 500V herkommen? Nimmt er einen anderen FET, sollen es plötzlich weniger wie 500V sein? Die Logik verstehe ich nicht. Ich meine, die enstehende entgegenwirkende Induktionsspannung wird doch nicht vom verwendeten FET bestimmt. Der muß dieser nur standhalten. Bin jetzt etwas verwirrt.
Die Induktionsspannung beträgt je nach Spulenwicklungen das 10 bis 20fache der Nennspannung.
=> 240 - 480V!
Kurzfristige unzulässige Spannung führen meist zum kompletten defekt der Platine. Beim kurzfristigen unzulässigen Strömen haste Glück, wenn du nur ein paar Bauteile defekt hast.
Was spricht gegen eine Diode antiparalell zur Spule des Schutz's?
Grüße Uwe
