Grundschaltungstricks mit MOSFETs

peter51d schrieb:

Eine simpeler aber leider nicht stromsparende Variante lässt sich einfach mit einem NPN Transistor aufbauen. Letzte Schaltung In deinem Fall würde ich auch eher auf eine neuen Reedkontakt wie Starglider in vorschlägt ausweichen.

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Die gleiche Schaltung wird schlagartig ziemlich stromsparend, wenn man den bipolaren Transistor durch einen N-Kanal MOSFET ersetzt. Funktioniert ab 3V Betriebsspannung. Hat nebenbei auch den Vorteil, dass egal welche Reedkontakte zum Zusammenbappen neigen, wenn sie auch nur einen Hauch von echtem Laststrom schalten müssen oder gar noch so kleine kapazitive Lasten (wie z.B. Abblock-Kondensatoren in egal welchen Elektroniken).

Den MOSFET (IRLU2905) gibts für 70cent bei Reichelt.

Die Schaltung funktioniert von 3V bis 15V Betriebsspannung, oberhalb von 5V würde ich allerdings den Widerstand noch ein bisschen vergrößern, um noch etwas Strom zu sparen. "In Ruhe" braucht die Schaltung pro Volt Betriebsspannung 1µA Strom, das ist völlig vernachlässigbar.

Geht mit beliebig großen Lasten (ok, oberhalb 5A würde ich über einen Streifen Kupferblech als Kühlkörper auf dem MOSFET nachdenken), egal ob resistiv, kapazitiv oder induktiv. Freilaufdiode ist schon im MOSFET drin.

Als "Beispiel-Last" ist eine LED mit Vorwiderstand gemalt.

Guckstu:

Die gleiche Schaltung wird schlagartig ziemlich stromsparend, wenn man den bipolaren Transistor durch einen N-Kanal MOSFET ersetzt

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Und wieder was gelernt. Hatte die Transistorschaltung nur mal für eine Türklingel genutzt.
Da spielte der Stromverbrauch aber keine Rolle, da das ganze an einem netzgespeistem Trafo hing.

Dein Post wird gleich mal gespeichert, wer weiss wofür es mal gut ist.

peter51d schrieb:

Dein Post wird gleich mal gespeichert, wer weiss wofür es mal gut ist.

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Mist, hätt ich doch das CAD-System angeworfen und es hübsch gemalt statt es einfach auf meine Schreibtischunterlage zu schmieren ps: . Beim Nachbauen halt nur dran denken, einen MOSFET zu nehmen, der sowohl für Leistung als auch für Logikpegel gezüchtet ist. Den oben erwähnten zum Beispiel. Den lohnt es eh als Leib- und Magen-Leistungstreiber in der Grabbelkiste zu haben. Der ist auch ziemlich unkaputtbar, man muss halt nur drauf achten, dass das Gate nie, nie, nie, nie, nie nicht durch welchen Umstand auch immer frei in der Luft floaten darf. Nie nicht. Wer Angst hat, kann notfalls noch einen noch hochohmigeren Widerstand (10M ?) fest direkt am MOSFET zwischen Gate und Drain löten, ansonsten ist halt im schlimmsten Falle mal ein MOSFET hin

chrysophylax.

Nee, nee. Da braucht es kein Cad. Bekomme ich auch so gelesen.
Allerdings habe ich mit Mosfets noch überhaubt nicht beschäftigt.
Bestenfals mal ein paar Transistoren.
Mosfets waren bzw. sind mir immer noch etwas suspekt, frag aber nicht warum, könnte ich nicht mal sagen.

Wobei ich mir sogar schon mal welche mitbestellt habe diese hier IRF530. Ich weiss aber nicht mal mehr wieso oder wofür.

Taugen die was oder sind die vielleicht schon wieder zu speziel?

peter51d schrieb:

Mosfets waren bzw. sind mir immer noch etwas suspekt, frag aber nicht warum, könnte ich nicht mal sagen.

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Geht glaub ich "am Anfang" Jedem so, war bei mir nicht anders. Erschwerend kommt die dezente Diskrepanz dazu, dass du zu MOSFETs fast nichts in Ausbildung und Studium hörst und auch nur wenige Tutorials und Trickschaltungen findest, auf der anderen Seite aber fast alle Neuentwicklungen im Bereich von Leistungshalbleitern heute MOSFETs sind. Klassische bipolare Transistoren sind ziemlich aus der Mode gekommen.

peter51d schrieb:

Wobei ich mir sogar schon mal welche mitbestellt habe diese hier IRF530. Ich weiss aber nicht mal mehr wieso oder wofür. Taugen die was oder sind die vielleicht schon wieder zu speziel?

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"Taugen" ist immer verdammt relativ... Die klassische Frage, "ob ein Auto gut ist". Ein Porsche ist verdammt scheiße, wenn du damit in den Wald Holz machen fahren willst und ne Hängerkupplung und nen hohen Radstand brauchst. Kommt halt immer drauf an, was man womit machen will.

Wenn man es mal unter dem Aspekt der Verwendung für Dosensucherbasteleien sieht, sind die Dinger gar nicht mal so unbrauchbar. Vielleicht nicht die optimale Wahl als Universal-Bauteil fürallesmögliche, aber bestimmt auch nicht die schlechteste. Prinzipiell verwurste ich ja gerne Brocken von IRF, die haben schöne Bauteile und gute Datenblätter dazu. Vielleicht ein kleines bisschen altbacken, aber dafür immer gut und lange verfügbar.

"Vorteile":
- Sie können relativ viel Strom ab (14A mit Kühlung),
- Sie haben eine große Bauform und düften daher dankbar in der Verarbeitung sein.

"Nachteile":
- Bei Schaltungen, die mit 3V versorgt werden ist die Gate-Source-Spannung einen Ticken zu klein, um sie voll leitend zu kriegen. Erst ab 5V machen die Dinger richtig Spaß (bis ca. 1A Laststrom), satt an für zweistellige Ampere Laststrom sind sie erst ab 10V Gate-Spannung.
- Sie können relativ viel Spannung ab (100V), die du beim Dosensuchen nie brauchen wirst. Von daher eher etwas überdimensioniert.
- Das Ding ist 10 Jahre alt, da hat sich in der technischen Entwicklung unglaublich viel inzwischen bewegt. Wirklich vergleichbar mit Computern von vor 10 Jahren und von heute.

Für obige Inverterschaltung von daher bedingt brauchbar unter der Prämisse, dass die Versorgung mindestens 5V und maximal 20V beträgt.

Für Dosensuch-Basteleien würde ich eher den oben schon erwähnten IRLU2905 oder für kleinere Ströme bis 0,5A einen FDN337 empfehlen. Sind beide schon mit 3V satt an zu bekommen....

chrysophylax.

P.S.: Was du mit dem Dingen machen wolltest ? Keine Ahnung. Bei den Daten würd ich sagen: "Irgendwas, was dicken Strom schaltet und zwischen 12V und 48V Versorgungsspannung hat. Entweder ein Schaltnetzteil auf kleinere Spannungen, oder ein Motor- oder Glühlampentreiber per PWM für 12V-Verbraucher oder sowas". So richtig wohl fühlt sich das Teil jedenfalls erst bei Betriebsspannungen von 12V aufwärts.

P.S.: Sollten wir uns nicht langsam abtrennen (lassen) ? Mit Öffnern und Schließern hat das hier gerade nicht mehr viel zu tun - mehr "Grundschaltungstricks mit MOSFETs"...

chrysophylax.

chrysophylax schrieb:

Ein Porsche ist verdammt scheiße, wenn du damit in den Wald Holz machen fahren willst und ne Hängerkupplung und nen hohen Radstand brauchst.

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Hängt ganz vom Baujahr und Modell ab.
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Dateiorsche_Traktor_Diesel_Super.jpg&filetimestamp=20060220090410

chrysophylax schrieb:

P.S.: Sollten wir uns nicht langsam abtrennen (lassen) ? Mit Öffnern und Schließern hat das hier gerade nicht mehr viel zu tun - mehr "Grundschaltungstricks mit MOSFETs"...

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Ja, gerne: http://www.geoclub.de/viewtopic.php?f=57&t=63676

OK, wenn es jetzt ein eigener Beitrag ist, hab ich da doch noch was.

Ich bin kein Schwachströmer und bin in der Ausbildung noch mit "Klappertechnik" groß geworden.

Ich habe jetzt mal ein wenig zu Mosfet gelesen. Und wenn ich ich das richtig verstanden habe, kann man so ein Mosfet ganz grob mit einem Relais vergleichen.

Gate-Source wäre dann die Spule und Drain-Source der Lastkontakt.
Ok, es gibt keine galvanische Trennung. Wie groß darf den die Spannungsdifferenz zwischen Gate und Drain sein?

peter51d schrieb:

Wie groß darf den die Spannungsdifferenz zwischen Gate und Drain sein?

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Bei dem hier z.B. 500 V.
Weil man bei statischer Aufladung sehr schnell ein Vielfaches davon am Finger oder Werkzeug haben kann das hier beachten.

Kann man das Gate in Deiner Schaltung oben auch direkt an einen Logik-Ausgang eines uC hängen (5V) oder braucht es irgendwelche Vor- oder sonstiger Widerstände? Den 1M nach + oder kann der dann entfallen?

Die Schaltung auf der vorherigen Seite invertiert das Signal.
Schalter geschlossen -- Ausgang "aus"
Schalter offen -- Ausgang "ein"
Das von chrysophylax vorgeschlagene Mosfet ist, so wie ich es verstanden habe µC tauglich.

chrysophylax:
man muss halt nur drauf achten, dass das Gate nie, nie, nie, nie, nie nicht durch welchen Umstand auch immer frei in der Luft floaten darf. Nie nicht.

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Ich versuche es mal Laienhaft zu erklären:
Der Wiederstand am Gate ist notwendig, damit das Mosfet ein und auch wieder aus schalten kann.
Würde man an Gate, einfach nur eine Steuerspannung anlegen und sie wieder weg nehmen, könnte das Mosfet nicht zurückschalten, da die Steuerspannung sich im Mosfet nicht abbauen kann und der Gate Anschluss einen "undefenierten" zustand einnehmen würde.
Der Widerstand in der gezeigten Schaltung fungiert hier also als Pullup.

Ich hoffe, das war halbwegs verständlich.



Ich habe da aber auch noch eine Frage:

Ich habe die Tage die Leistungselektronik in einem Induktionskochfeld getauscht. Dort waren auf einem riesigem zwangsbelüftetem Kühlkörper auch einige Bauteile montiert, die Mosfets sein könnten.
Läst sich mit Mosfets auch Wechselspannung schalten? Aus dem Bauch heraus würde ich davon ausgehen, das sie eigendlich nur für Gleichspannung geeignet sind.

peter51d schrieb:

chrysophylax:
man muss halt nur drauf achten, dass das Gate nie, nie, nie, nie, nie nicht durch welchen Umstand auch immer frei in der Luft floaten darf. Nie nicht.

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Ich versuche es mal Laienhaft zu erklären:
Der Wiederstand am Gate ist notwendig, damit das Mosfet ein und auch wieder aus schalten kann.
Würde man an Gate, einfach nur eine Steuerspannung anlegen und sie wieder weg nehmen, könnte das Mosfet nicht zurückschalten, da die Steuerspannung sich im Mosfet nicht abbauen kann und der Gate Anschluss einen "undefenierten" zustand einnehmen würde.
Der Widerstand in der gezeigten Schaltung fungiert hier also als Pullup.

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Ich denke mal eher daß ein MOSFET genau wie ein Transistor es auch nicht mag wenn nur 'halb' durchgeschaltet wird. Genau dann verbrät der ziemlich viel Saft. Und das mit dem 'in der Luft floaten' heißt daß der so empfindlich ist daß schon ein längeres Beinchen reicht um sich über diese Antenne irgendwelchen Mist reinzufunken.

Im Prinzip ist der FET-Eingang ja nichts als ein Kondensator - der ist quasi gar nicht mit den anderen Anschlüssen verbunden. Und wenn der Kondensator geladen ist schaltet der durch. Und ja, hier spricht auch mal wieder der Laie, hab noch keinen einzelnen FET in der Hand gehabt.

Ich hab noch in der Lehre gelernt dass FETs empfindlich sind gegen elektrostatische Aufladung (und dann kaputt gehen). Ist das bei den heutigen Typen immer noch so?

hcy schrieb:

Ich hab noch in der Lehre gelernt dass FETs empfindlich sind gegen elektrostatische Aufladung (und dann kaputt gehen). Ist das bei den heutigen Typen immer noch so?

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LeistungsMOSFETs zum Schalten von Strömen jenseits der 1A-Grenze sind nur noch auf dem Papier empfindlich. Die haben innendrin so große Gatekapazitäten (einstellige nF), dass man schon verdammt viele Katzen an Fleecepullis (oder so) schubbern muss, um die noch totzukriegen. Ich habs noch nie geschafft, obwohl ich bei sowas grundsätzlich ohne den üblichen ESD-Arbeitsplatz-Voodoo arbeite.

Kleinsignal-FETs (Klassiker wie der BF245 z.B.) sind da natürlich ganz was anderes, ebenso auf FET-Technik basierende Logikgatter wie die 4000er-Serie.

Aber einen Leistungs-MOSFET, den ein Dosensucher kauft um damit einen Lastausgang für große Ströme zu bauen wird man mit ESD nur verdammt schwer kaputtkriegen. Die sind robust.

chrysophylax.

Die Widerstände, die man üblicherweise "längs" in das Gate eines MOSFETS legt sind rein technisch selten notwendig - aber egal welche "Ansteuerelektronik" mag es halt für gewöhnlich nicht, eine rein kapazitive Last (nichts anderes ist so ein Gate) anzusteuern.

Digitaltechnik verschluckt sich dabei gerne mal, weil die Ausgänge heutiger Microcontroller alle auf durchaus Strom gezüchtet sind und dadurch das Umladen eines Gates schonmal ziemlich Lastspitzen auf der Betriebsspannung verursacht.

Man kann Leistungs-FETs auch durchaus analog ansteuern, um damit wie mit einem "halb leitendenden" bipolaren Transistor auch Regelkreise aufzubauen, das geht völlig dankbar und problemlos mit einem OP. Dabei muss man halt wie bei einem bipolaren Transistor bedenken, dass die Verlustleistung in Wärme geht und irgendwohin muss (das wird verdammt schnell verdammt viel), und hier haben die OPs gerne den Längswiderstand im Gate, weil eine reine kapazitive Last am OP-Ausgang ganz schnell die Regelcharakteristik der Schaltung versaut und diese ins Schwingen gerät.


chrysophylax.

hcy schrieb:

Kann man das Gate in Deiner Schaltung oben auch direkt an einen Logik-Ausgang eines uC hängen (5V) oder braucht es irgendwelche Vor- oder sonstiger Widerstände? Den 1M nach + oder kann der dann entfallen?

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Geht, wenn die Logikschaltung ein TriState Ausgang hat dann nicht mehr dann musste irgendwas bauen was die Ladungen vom Gate abfließen lassen kann.

Ich hätte da noch mal eine Frage zu den MOSFETs.
Ich habe gelesen, das sie für höhere Frequenzen nicht so gut geeignet sind und man da eher wieder auf Transistoren setzen sollte.
Wo fangen den "höhere" Frequenzen an?
Welche Werte aus den Datenblättern sind den hier für relevant, an denen ich sehe, bis zu welcher Frequenz das entsprechende Mosfet tauglich ist?

Folgender Aufbau:
Eine Led hat einen Peak Forward Current von 100mA, bei 1/10 Duty Cycle und 0,1 ms Pulse Width.
Das ganze soll über einen IRLU 2905, der von einem µC angesteuert wird, geschaltet werden.

Wenn ich das richtig interpretiere, habe ich bei 0,1ms Puls Width eine Frequenz von 10KHz.
Da der Duty Cycle auf 1/10 begrenzt ist, müssten das MOSFET einschalten und innerhalb von 0.01ms wieder abschalten. Was dann ja einer Schaltfrequenz von 100KHz entsprechen würde.

Oder habe ich da jetzt alles falsch verstanden?

Wäre so etwas mit dem IRLU 2905 machbar oder bin ich da schon jenseits jeglicher Spezifikation?

Bevor jetzt Fragen kommen, wie so ich bei diesem Stom keinen Transistor nehme, es sollen später mehrer LEDs geschaltet werden, mit einem Gesamtstrom von ca 3-5A.

Ich hoffe, ich habe es halbwegs verständlich erklärt, und danke euch schon mal im voraus für eure Antworten.

Völlig stressfrei mit dem Teil.

Der Beginn von "Höhere Frequenzen" variiert von MOSFET zu MOSFET (ja, ich weiß, blöde Antwort). Das, was die Frequenzen schwierig macht ist das Umladen der Gatekapazität. Je höher die Frequenz, umso häufiger muss im "Digitalbetrieb" das Gate komplett umgeladen werden, und umso mehr Energie geht fürs Umladen im Gate verloren. Sowohl durch die ständige Ladungsschaufelei, als auch durch die Schaltverluste in der Drain-Source-Strecke während der Umladung zu dem Zeitpunkt, wo das Ding gerade von leitend zu nichtleitend kippt.

Solange du die Dinger nur bei Schutzkleinspannung betreibst kannst du bis 100kHz völlig problemlos gehen, je nach Gatekapazität wird es irgendwo zwischen 100kHz und 1MHz spannend.

Die Schaltverluste durchs Umladen der Gatekapazität dürften bei den Lasten, die du treibst ziemlich vernachlässigbar sein, und bei Kleinspannung hast du in der Drain-Source-Strecke auch keine großen Verluste im Moment wo das Ding kippt.

Ich würde bei den Frequenzen allerdings schon einen relativ kleinen Gatewiderstand empfehlen - irgendwo einstellige hundert Ohm oder sowas. Irgendwas, was nicht allzuweit unter dem maximalen IO-Stroms des µC liegt.

Da ich deine Schaltung nicht kenne ist es etwas schwierig zu orakeln was du da treiben willst - ich würde eventuelle Probleme eher an anderen Ecken sehen:

- Wenn du 3-5A schaltest gibt das einen ziemlichen Ripple auf der Versorgungsspannung durch die Schalterei. Sollte da Analogtechnik in der Schaltung mitbeteiligt sein wirst du die Schaltfrequenz in jeder noch so kleinen Ecke sehen

- Wenn deine LED 100mA mit einem Verhältnis 1:10 gepulst wird, dann macht sie erheblich mehr Licht, wenn sie stattdessen mit 10mA kontinuierlich befeuert wird. (Je größer der Strom, desto schlechter der Wirkungsgrad der Teile). Nebenbei wird das Schaltungsdesign erheblich dankbarer, weil du keine solchen Stromsprünge hast. Ströme von 3-5A lassen sich nur ganz schlecht mit einer Konstantstromquelle liefern, wenn sie pulsen. Und Vorwiderstände sind bei solchen Strömen und Flußspannungsunterschieden zwischen kalten und warmen LEDs eher undankbar. Da wäre Dauerstrom in erheblich kleinerem Maße mit deutlich weniger Stolperfallen zu realisieren als PWM 1:10 bei 3-5A.

chrysophylax.

P.S.: Gerade nochmal das Datenblatt durchblättert - der MOSFET ist für die Ströme und Frequenzen eine recht gute Wahl (mit reichlich Luft in alle möglichen Richtungen), wenn du ihn mit mindestens 5V am Gate befeuerst. Aber nach 3V Betriebsspannung hört sich deine Schaltung eh nicht an.

chrysophylax.