N MOS FET als Schalter verwenden?
Hallöchen,
ich stehe im Moment ein bisschen auf dem Schlauch.
Für ein Projekt muss ich eine Last an und ausschalten über einen Microcontroller (Raspberry PI).
Ursprünglich sollte das ganze über Relais laufen, allerdings sind diese für Spannungen bis 48 V und Ströme bis 80 A viel zu groß, weshalb ich nun die Last über einen N-MOS FET schalten möchte.
Ich weiß allerdings jetzt nicht genau wie ich die Gate Source Spannung einstellen soll. Ich kenne nicht das Potenzial Phi (rot) und auch U_B ist variabel zwischen 12 und 48V Ich weiß lediglich das ich ungefähr eine Gate Source Spannung von etwa 5,5V anlegen muss und dabei darf das Potenzial Phi (rot) NICHT verändert werden. Ich muss also irgendwie das Potenzial beim Gate erhöhen um 5,5V. Habt ihr eine Idee wie ich das realisieren kann?
Der Pi ist davon komplett getrennt und sollte es natürlich auch bleiben, aber die Frage ist jetzt: Was für ene Verschalltung kann ich in die grüne Box packen?
Ich hatte schon an eine Schaltung mit einer Z-Diode gedacht, aber ich weiß insgesamt trotzdem nicht wirklich weiter, wie ich das genau anstellen soll..
Bitte um Hilfe!
5 Antworten
Stichwort für deinen Anwendungsfall nennt sich MOSFET Treiber.
Das sind spezielle Schaltungen die zwischen MOSFET und Controller geschaltet sind. Es gibt fertige IC für Lowside oder für Highside oder Mixbetrieb.
Damit du sowas ansehen und recherchieren kannst, habe ich entsprechend für dich gesucht, hier das Ergebnis einer Suche:
Ich habe folgenden IC gefunden: IR21814.
http://www.farnell.com/datasheets/60011.pdf
Dieser ist ja nun geeignet für Low und High Side Schalter.
Die Funktion für den Low-Side ist verständlich und logisch. Das Potenzial von LO wird je nach dem auf COM also Masse oder eben auf VCC gezogen und damit dann das Gate auf +12 V bzw. GND geschaltet. (Ähnliches Prinzip also auch bei dem High Side Schalter)
Aber wird V_B auch um VCC erhöht? oder ist V_B = VCC. Weil theoretisch ist V_B beim anschließen ja auf dem Niveau von VCC (kurzgeschlossen über Diode)
Wie soll das also mit dem High Side Schalter funktionieren wenn das Gate um 12V höher sein soll als Source mit 12V bzw. 48V?
Ich verstehe die ganzen funktionen der Geräte nicht wirklich, was für einem Zweck sie dienen.
super Danke, das werde ich aufjedenfall einmal recherchieren!
Zur Antwort von realister gibt's eigentlich nicht viel was man hinzufügen kann. Besorge Dir einfach einen passenden Gate-Treiber.
In deiner Frage ist ein kleiner Denkfehler drin: Das Potenzial bei Phi wird sich ändern, und zwar bei jedem Schalten!
Ist der MOSFET ein dann fällt über den Spannung praktisch keine Spannung mehr ab (naja, eigentlich noch U_DS= RDSON * I(Last), was aber eigentlich sehr wenig ist). Ist der MOSFET aus wird der zum "Nichtleiter" und Phi ist praktisch bei Null.
Das ist genau der Grund warum man hierfür einen Gate-Treiber braucht. Der Bezugspunkt des MOSFETS (Source) ändert sich beim Schalten. Damit der MOSFET aber eingeschaltet bleibt muss U_GS immer (bei dir wohl 5.5V) über Phi liegen, was sich ständig ändert. ist Der MOSFET ein, dann ist sogar U_GS+Phi über U_B!
Welche Spannung hast du zum Schalten zur Verfügung (Ausgang grünes Kästchen)?
Müssen die linke und rechte Masse zusammenhängen?
Wenn nicht, kannst Du es so machen wie du gezeichnet hast.
Du kannst auch einen IGBT nehmen.
Du musst auch auf entsprechende Kühlung achten (bei 80A).
Relais wäre "einfacher".
Es ist alles schon sehr wirr. wie möchtest du nun schalten? Low-Side? High-Side?
Der IR2181 ist ein Halbbrückentreiber und für etwas anderes gedacht.
Bei der erforderlichen Kühlung bin ich mir nicht sicher, ob das Relais wirklich größer würde.
Beides.
Danke.
Laut den Hersteller Angaben würde es reichen, die Fets an einem Metallgehäuse zu befestigen.
Bei 80 A müsstest du ca. 40-50W thermisch abführen, wie du das machst ist egal.
Bei dieser Leistung und einer maximal zulässigen Tj=150°C und den im Datenblatt angegebenen Werten des Thermischen Widestandes RthJC und RthCS benötigst Du demnach einen Kühlkörper Rth < 2,2°C/W.
Das wären dann solche:
Wenn Du damit klar kommst ist es natürlich OK.
- sowas macht man gern mit ner Ladungspumpe, die auf Ub noch 10V drauf pumpt...
- diese Spannung schaltet man dann mit nem beliebig wilden Treiber...
- so z. B.: langsam aus
- oder so: schnell aus
Ich habe folgenden IC gefunden: IR21814.
http://www.farnell.com/datasheets/60011.pdf
Dieser ist ja nun geeignet für Low und High Side Schalter.
Die Funktion für den Low-Side ist verständlich und logisch. Das Potenzial von LO wird je nach dem auf COM also Masse oder eben auf VCC gezogen und damit dann das Gate auf +12 V bzw. GND geschaltet. (Ähnliches Prinzip also auch bei dem High Side Schalter)
Aber wird V_B auch um VCC erhöht? oder ist V_B = VCC. Weil theoretisch ist V_B beim anschließen ja auf dem Niveau von VCC (kurzgeschlossen über Diode)
Wie soll das also mit dem High Side Schalter funktionieren wenn das Gate um 12V höher sein soll als Source mit 12V bzw. 48V?
Ich verstehe die ganzen funktionen der Geräte nicht wirklich, was für einem Zweck sie dienen.
also das Dingsy geht nur, wenn du ganz oft die High-Side an _und_ aus schaltest... also z. B. 10kHz...
das wolltest du doch gar nich... oda?
außerdem brauchst du da auch Vcc=10V oder so...
Nein eigentlich soll der MOS FET immer durch oder nicht durch geschaltet sein..
Hast du ein Beispiel was man da genau nehmen könnte? :( Ich weiß nicht mer wirklich weiter..
Bzw. eventuell nen Tip worauf ich achten muss, bei der Auswahl?
.. Ich möchte doch einfach nur etwas haben was ich mit dem Mikrocontroller ansteuern kann, ne externe Stromversorgung hat und eine Ausgangsspannung von mindestens 48V+10V hat...
- welche Spannungen hast du denn schon?
- wenn du 5V und 12V hast, dann nimm doch meine Schaltung mit der Ladungspumpe...
- wenn du nur 5V hast, dann könntest du nen boost-Konverter von Amazon nehmen, der n ENable Pin hat...
- oder du bastelst dir n eigenen boost Konverter und steuerst den mit dem Raspberry... https://de.wikipedia.org/wiki/Aufw%C3%A4rtswandler
- extra Zener Dioden brauchst du aber auf jeden Fall, wenn der MOSFET keine eigenen hat...
- der hohe Inrush Strom könnte auch n Problem werden... da könnte es helfen, den Raspberry zu isolieren von dem wilden Teil....
- vllt hat ja son Community Experte noch n paar hilfreichste Ideen... LOL
- ach so: n Low-Side-Schalter wär auch noch ne Idee... der is viel einfacher... dessen Gate könnte man mit nem ganz einfachen Längs-Regler und nem Opto-Koppler speisen...
- welchen MOSFET sollst du denn verwenden? offenbar einen, der mit 5,5V Vgs zufrieden ist? ob die aber auch gut durchschalten, weiß ich ja nich...
- der da hat z. B. unter 7mOhm bei Vgs=10V aber schon 9mOhm bei 5,5V: AOB1608L
wenn du den AOB1608L mit 80A laufen lässt, dann musst du 45W von ihm ableiten... der braucht also n fetten Kühlkörper, sonst wird es noch schlimmer... LOL
vllt brauchst du mehrere MOSFETs, die parallel geschaltet werden...? da ist die Kühlung dann auch einfacher...
Problem bei deinen MOSFETs ist das ich keinen Plan hab wie ich die anschließen soll, ich meine ich muss da ja irgendwie ein 10mm² kabel dran basteln :D
Was für Schalter das sind, ist ja leider durch die Verschaltung schon festgelegt. Es gibt High und Low Side Schalter..
Die Low Side Schalter sind ja realtiv einfach zu schalten, dafür sollte ja auch der IC21814 gehen. Wieso sollte der nur für höhere Frequenzen gehen? Kann man den nicht auch einfach einmal schalten? und nach 20 minuten wenn der Test durchgeführt wurde wieder aus? Das ist ja auch ne Frequenz halt nur eine sehr sehr kleine und vorallem unregelmäßige..
Ich habe 12V ich habe 5V ich habe auch wenn nötigt 48V zur verfügung wenns gar nicht anders geht, aber ich dachte man könnte sowas irgendwie mit einem Step Up-Converter realisieren..
- wenn du auch die Low-Side schalten darfst, dann solltest du das mit den 12V tun, die du ja sowieso schon hast... dafür brauchst du aber nur 3 kleine MOSFETs und nich n IC...
- wenn du den Leistungs-Stromkreis von dem Raspberry isolieren willst, dann geht es mit 2 kleinen MOSFETs und nem OptoKoppler...
- du brauchst na klar n PCB auf dem du die Transistoren und Kabel-Klemmen festlötetest... https://www.elecrow.com/pcb-manufacturing.html
- es gibt sowas (also isoliert und ohne Hilfsspannung) auch schon fertig mit fetten Klemmen: https://www.amazon.de/Woljay-SSR-100DD-Halbleiterrelais-3-32VDC-5-80VDC/dp/B06XRXH1K3/ref=sr_1_24?ie=UTF8&qid=1534408814&sr=8-24&keywords=solid+state+relais
Ich habe für andere Zecke noch so ein 16 Kanal Relais Modul von Sainsmart, darüber könnte ich ja auch 12 V zuschalten zur Low Side, die halten aber leider keine 58V aus sonst hätte ich die auch zum zuschalten für die HighSide genommen.
Und auf dem Board ist der Rasp dann auch über Optokoppler getrennt von der restlichen Schaltung.
Jetzt fehlt mir nur noch ne Lösung für die High Side Schalter...
Bei meinen Testen mit anderen MOSFETs ist mir bei 80 A der Lötzinn geschmolzen.. deshalb bin ich da ein bisschen vorsichtig geworden.
Das Relais wäre natürlich super! Und viel viel einfacher! da werde ich nochmal weiter schauen ob ich da was zu finde!
das Ding von Amazon geht auch für die HighSide... glaub ich... vllt sogar nur für die...
ja, du musst n MOSFET nehmen, der den Strom aushält... du liebe Güte... LOL
P=I²R sagt dir was... oda?
Das ist schon alles klar, das hab ich auch alles berechnet und ich hatte Kontakt mit Vichey und der MOS-FET funktioniert. Also das steht ja hier auch gar nicht zur frage, ich mache mir ja nur gedanken über die Ansteuerung von der Gerätschaft :D
- meinst du „Vishay“?
- welchen konkreten MOSFET halten die denn für geeignet?
- was ist so falsch am IPT012N08N5ATMA1 von Infineon?
- wäre das Ding von Amazon nicht sogar günstiger? da brauchst du außerdem nur n Schraubenzieher... LOL
zu 1. : Ja, so viele Namen, da kann man sich schon mal verschreiben UPS :P
zu 2. siehe darüber ;)
zu 3. Das ich nicht wirklich weiß wie ich das alles auf ne Platine kriegen soll.. dann brauche ich aufjedenfall noch neuen Lötzinn und co, der nicht anfängt bei 80A wieder flüssig zu werden :D Oder gibt es evtl. Sockel, die man nutzen kann, mit Verschraubungungen ?
zu 4. Das ding von Amazon ist super!!!! Ich hab mich bisher ehrlich gesagt nur noch nicht mit auseinander gesetzt, und muss mich da noch ein lesen, aber vermutlich wäre das wirklich ne super alternative!
Ich habe jetzt erstmal zwei MOS FETs bestellt und werde die austesten. Parallelgeschaltet und auch einzelnt. Mit der angedachten Kühlung die mir vorgeschalgen wurde.
Ich kann dann ja auch gerne meine Erfahrungen hier noch preis geben :)
Das Ding wird wohl heute oder Montag ankommen :)
- wenn das Lötzinn flüssig wird, dann ist der FET falsch oder dein Kühlkonzept...
- dass das Ding von Amazon viel billiger ist und dir die ganze OptoKoppler-Arie und Ladungspumpen/Boost-Arie abnimmt, ist dir schon klar?
- ich bin dann hier mal raus, da ich ja sowieso nich helfen kann... :)
- viel Glück
- bye
sowas hatte ich auch schon entdeckt, aber ich kann nicht einfach auf U_B was drauf geben, da hab ich keine Kontrolle drüber und das würde ja auch das Potenzial Phi ändern, oder hab ich das ganze Prinzip mit der Ladungspumpe falsch verstanden?
- ich glaube, du hast den linken Teil der Schaltung falsch verstanden...
- du erzeugst dir aus einer Hilfsspannung von 12V einfach Ub+12V abzüglich der Vorwärtsspannung der Dioden natürlich...
- du kannst da auch Osziloskope anschließen in dem Simulator... und alles ganz langsam laufen lassen... und anhalten...
Da ich zusätzlich noch eine Relaiskarte von Sainsmart mit 16 Relais habe und diese verwendet wird und noch Relais frei sind, habe ich für die Low Side folgende Lösung angedacht:
Ich habe 12V oder 5V wären da.
Nein besser wäre sogar wenn sie getrennt von einander wären.
Kühlung habe ich mich bereits mit der Frima des´MOSFET auseinander gesetzt und geplant.
Relais wäre einfacher aber nimmt viel zu viel Platz weg.
Kannst du noch mehr zu den Kommentaren und RIDDICC 's Antwort sagen?
Dort stehen auch die bezeichungen von den ICs die ich gefunden habe und benutzen wollte