LED über Transistor schalten

Danney · Mo, 15.06.09, 12:54

Hallo zusammen,

Im Rahmen einer Studienarbeit möchte ich 3Watt Emitter über einen Transistor schalten, die vorhandenen Spannungen machen das aber nicht ganz einfach...
Das Gate des FET soll über 5V kommend vom uC geschalten werden. Aber die Spannung die die LEDs versorgt soll nur ca. 4,2V sein. Wenn ich jetzt zB einen Seoul Emitter mit Vorwiderstand an die Source hänge, blieben für die Gate-Source Spannung nur 1,5V (weil über dem Emitter fest 3,5V liegen). Das kann nicht funktionieren, selbst bei dem Logic Level FET im Anhang... Hat jemand eine Idee wie man das mit den angegeben Spannungen betreiben kann?

Viele Grüße
Danney

Borax · Mo, 15.06.09, 13:05

Ich glaube, Du verstehst da was falsch...
Source=Masse ist bei µP Schaltung und LED-Schaltung identisch. Gate geht (über einen Strombegrenzungswiderstand von ca. 150Ohm) an den Pin vom µP (der entweder 0V oder fast 5V hat). Drain geht über LED + LED-Vorwiderstand an den Plus-Pol der LED-Spannungs-Versorgung. Da gibt es keine Probleme

Danney · Mo, 15.06.09, 13:08

Ah okay, das klingt ja schon mal gut

Ist es für einen stabilen FET Betrieb auch kein Problem, dass über der Drain-Source Strecke nicht mehr als U-ULED = 4,2V - 3,5V = 0,7V liegen? Diese Drain-Source Spannung ist etwas das ich noch nicht verstanden habe...

Borax · Mo, 15.06.09, 13:45

Nein, das ist kein Problem. Ganz im Gegenteil - das ist 'das übliche'/erwünschte bei Mosfets. Die Drain-Source Spannung ist ja praktisch der 'Verlust', den man möglich gering haben will. Da sollen auch keine 0.7V abfallen (sonst könntest Du ja gleich einen bipolar-Transistor nehmen - wobei auch da nicht unbedingt 0.7V abfallen sollten). Am Mosfet sollten idealerweise 0V abfallen R_ds(on)=0Ohm, die 0.7V würden dann vollständig am Vorwiderstand für die LED abfallen. Die Realität ist natürlich nicht ideal: 'Dein' Mosfet hat ein R_ds(on) von etwa 70mOhm. Bei 700mA Strom bleiben also nur 50mV auf der Drain-Source Strecke hängen. Relativ zu den 0.7V die am LED-Vorwiderstand abfallen aber IHMO zu vernachlässigen...

Nochmal 'graphisch':

: MosFet_Ansteuerung1.png (6.39 KiB) 8274 mal betrachtet

Schau Dir mal Fig. 5 im Datenblatt des Mosfet an... Wenn wirklich 0.7V Drain-Source Spannung anliegen würden, ergäbe sich (bei einem Vgs von 5V) ein Strom von über 15A(!)

Danney · Mo, 15.06.09, 14:00

Das klingt einleuchtend

Danke für die super Erklärung! Ich werde das dann in der Praxis testen!

Danney · Mi, 17.06.09, 13:20

Funktioniert perfekt! Mich würde nur interessieren wie Du auf 150 Ohm für den Widerstand am gate kommst? Wie berechnet der sich oder ist das ein Richtwert?

Borax · Mi, 17.06.09, 14:59

Ist (mein persönlicher) Richtwert. Dieser ergibt sich daraus, dass der Gate-Eingang am Mosfet einen Kondensator darstellt, welcher beim Umschalten zwischen 'an' und 'aus' praktisch einen Kurzschluss bewirkt. Üblicherweise sollte man die Ausgänge von µPs nicht mit mehr als 25 mA belasten. Bei 5V und 25mA ergibt sich ein Widerstand von 200Ohm. Weil das Umschalten aber immer nur einen sehr kurzen Impuls benötigt, kann man auch einen kleineren Widerstand verwenden. IMHO ist alles zwischen 100Ohm und 200Ohm ok. In der Mitte liegt...
Höhere Widerstände würden natürlich auch gehen, aber die Flankensteilheit leidet darunter und damit steigt die Belastung des Mosfet recht schnell an.

Danney · Mo, 10.08.09, 16:05

Hallo zusammen!

Dank der Erläuterung von oben hat das bis jetzt ganz gut funktioniert! Ich habe aber ein fieses Problem: Ich bringe über den FET einen Emitter zum blinken und wenn das ganze mal eine Weile blinkt, passiert es irgendwann plötzlich, dass der Emitter nicht mehr abschaltet, er leuchtet ganz schwach dauerhaft und darüber blinkt er - aber auch nur noch mit halber Kraft!

Austauschen des FETs und es geht wieder! Woran kann das liegen? Gesteuert wird über den uC Pin, wie oben erläutert. Ich verweden einen 100Ohm Widerstand vor dem Gate. Als Pull Down 12k. Betrieb an 5V. Datenblatt des FET siehe anbei.

Was mach ich falsch? Ist der FET schlecht gewählt?

BMK · Mo, 10.08.09, 17:37

Was mir bei dem FET auffällt: die geringe zulässige Spannung Vgs von 8V
Und von 5V bis 8V ist nicht sehr weit weg.

Wichtig hierzu: Die 8V dürfen zu keinem Zeitpunkt überschritten werden,
auch nicht für 1ns, sonst geht die Sperrschicht in die Binsen.

Und eine Leiterbahn hat immer eine Induktivität, und der FET hat
am Gate eine Kapazität, und eine Schaltflanke ruft da immer eine
mehr oder weniger kurze gedämpfte Schwingung hervor, dessen
Scheitelwerte die 8V sehr wahrscheinlich überschreiten.

Also entweder eine Suppressordiode 5,6V direkt von Gate nach Source
oder eben einen MOSFET mit höherer Vgs.

CRI 93+ / Ra 93+ · Mo, 10.08.09, 17:43

Der Transistor ist mit seinem SOT-23-Gehäuse und max. 2,2A zwar ausreichend (denke mal nicht, dass Du der LED mehr zumutest), aber da reichen natürlich Sekundenbruchteile des "halb" eingeschaltet seins (z.B. wenn Du mit den Fingern auf die Schaltung fasst), um den Transistor den Hitzetod sterben zu lassen.
Der Pull-Down ist ebenfalls unbedingt notwendig, sonst könnte er im Einschaltmoment schon ein wenig leitend und überhitzen. Die 2,2 Ampere gehen bei einem so kleinen Gehäuse wirklich nur, wenn der MOSFET nur voll aus oder voll an ist.

Der MOSFET sollte nahezu kühl bleiben und dann eigentlich auch nicht kaputtgehen. Hier könnte u.U. ein Foto des Aufbaus oder zumindest ein Schaltplan, am besten aber beides Klärung bringen.

Ich hoffe, Du hast nicht doch wie im Ausgangsposting die LED an Source angeschlossen, dann wäre klar, dass der MOSFET überhitzt, da V_GS ja absinkt, sobald er eingeschaltet wird.

Danney · Mo, 10.08.09, 17:50

@CRI93+
Nein, die LED ist inzwischen von Drain nach PLUS angeschlossen.
Ich lasse den EMitter entweder blinken (schnell an - aus) oder dauer an. das ist ja eigentlich rein digital?! Pull Down habe ich 12k angeschlossen.

@BMK
Das geringe Vgs könnte dann ein Problem sein. Ich werds mal überprüfen...

CRI 93+ / Ra 93+ · Mo, 10.08.09, 17:54

Also an Eigenschwingung glaube ich nicht, habe mal in einem Application sheet diese Schwinung gesehen: die Amplitude ist doch eher gering. Wahrscheinlicher ist es da schon, dass die Stromführenden Leiterbahnen parallel zur Leiterbahn, die zum Gate läuft verlaufen und bei jedem Schaltvorgang wie ein Transformator wirken und so eine unzulässig hohe Spannung induzieren.

Aber ob es das wirklich ist oder überhaupt sein kann, könnte man wie gesagt am besten mittels eines Fotos klären.