PIC=>Mosfet treiber => Mosfets (erledigt)

Hallo!
Mal ne Frage zu Details:
Ich hab nen PIC mit dem ich mir 2 voneinander unahängige pwm signale bastel:
Frequenz bei beiden 670Hz
Tastverhältnis 0-100% , separat regelbar über jeweils 1 poti

Damit möchte ich jetzt 2 Power Mosfets ansteuern:
Da die Ports aber nur maximal 25mA (wenn ichs grad richtig im Kopf hab)
können, und die Spannung nur 5V beträgt, reicht das nie für dicke MOSFETS

nunja, also muß da wohl ein logik-mosfet treiber dazwischen, aber was für einer ?
Ich wollte jeweils einen mosfet pro pwm kanal antakten, und damit dann ne heizfläche regeln.

Die Spannung die die FETs Schalten sollen / die am Treiber anliegt ist bei ca 13V.

Wenn ich jetzt 2 Mosfet zb IRLZ44N benutzen möchte..
Input Capacitance 1700pF
Output Capacitance 400pF
Reverse Transfer Capacitance 150pF

Wie bestimme ich was für treiber ich da brauche, bzw was für welche gibts, darf auch gern nen ticken überdimensioniert sein..nur nicht zu teuer :-({|=

oder kann ich da auch einfach transistoren benutzen?

geht das bei den 670Hz ? ich denke die Frequenz könnte ich auch noch irgendwie runterkriegen..
Wann wird der fet weniger heiß, bei höherer frequenz,oder ?
oder ist das ab nem gewissen wert egal..

Alsooo:
Wie mache ich das am besten ;-)

Dankeschön!

zur Ergänzung:
Der Schaltplan:
Steuerschaltung funktioniert, Lastschaltung gibts noch net ;-)
In Eagle hab ich keine mosfet treiber gefunden auf die schnelle,
habs also als relais eingezeichnet, sollen aber natürlich digitale treiber sein, wäre sonst n nettes feuerwerk ;-)

so denn.
gn8 :-b

edit:
die Last (Strom) über die Mosfets ist noch net fest, wird sich aber im Rahmen von 15-30A abspielen, ich will das ruhig etwas überdimensioniert haben.. die dinger sollten halt net heiß werden, also voll durchgeschaltet, und das möglichst schnell...

Zitat:

---

Wann wird der fet weniger heiß, bei höherer frequenz,oder ?
oder ist das ab nem gewissen wert egal..

---

Andersrum wird nen Schuh draus.

Wenn der Fet angesteuert wird dann muß das Gate aufgeladen werden.
Dh. der Fet schaltet dementsprechend durch.
Am Übergang bildet er einen zeitlich abnehmenden Widerstand und dementsprechend fällt eine Leistung im Arbeitsstromkreis an die in Wärme ungesetzt wird.

Dh. je schneller man das Gate geladen bekommt desto "kürzer" ist diese Phase und desto niedriger die anstehende Verlustleistung beim Schalten.

Soweit dürftest du das eh schon wissen.

Den Umschaltvorgang kann man aber zeitlich nie auf null verkürzen sondern nur annähernd auf null bringen.

Es wird also beim Schalten immer eine verlustleistung geben.

Folglich wird die mittlere Verlustleistung mit der Zahl der Schaltzyklen pro Zeit steigen.

Im Klartext.

Je höher die Schaltfrequenz desto höher die Verlustleistung.

Und daraus folgt: mit Deinen 670Hz liegst Du noch relativ weit unten, eine Gegentaktendstufe mit BC639/640 oder so würde reichen. Nur: wie steuerst Du die mit 5V an, so dass nachher eine höhere Gatespannung rauskommt? Noch ein Transistor als Pegelwandler, dann wirds flächenmäßig schon größer als ein Dual-MOSFET-Treiber im 8beinigen Gehäuse. Von ehemals Teledyne gibt's ja die TC4427-Serie, von IRF sicher auch was. Ich würde eine integrierte Lösung nehmen, wenn es nicht gerade in Serie geht und jeder Cent zählt (oder dann gerade, weil die Zuverlässigkeit evtl größer ist?!)

Du hast allerdings bisher nicht gesagt, wie die MOSFETs geschaltet sind. Der TC4427 treibt gegen Masse, wenn Du eine Halbbrücke steuern willst, musst Du noch mal neu suchen, weil dann ja noch die Gatespannungsüberhöhung für den High-Side-Switch generiert werden will.

hmmm..
also
die mosfets sind so verbaut wie im schaltplan

+ , dann die heizung , dann der FET, dann Masse.

Leitend wird der FET wenn der steuerpin high wird.

Was du mit den transistoren meinst ist:
ein transistor der den mosfet auf high zieht, wenn high rauskommt,
und ein transistor der den FET runterzeiht wenn das signal low ist, ja?

äm, lieg ich da falsch:
wenn ich den transistor ansteuere, und der nen faktor sagen wer mal 200 hat .. nehmen wer mal an 10mA/5V (an basis)

der ist doch stromgesteuert
also ich leg basis an die 5V und Collector an 12V und emitter an den mosfet.., dann wird der Fet doch high, mit maximal 10mA x 200 =2A

oder geht das nicht, unterschiedlich spannung an basis und collector?
mit transistoren hab ich noch nix wirklich gemacht bisher
################

Thema Frequenz:
Was heißt das jetzt.. höher bedeutet ja auch mehr stromfluß beim ständigen ein/ausschalten des fets über den treiber
die 1500pF bei dem MOSFET oben sind für ne Frequenz von 1MHZ angegeben..
oder soll ichs so lassen, weils nur 0,25W mehr Verlust sind?

höherer frequenz gleich mehr verlust, weil mehr 0-1 durchgänge..
hmm.. warum arbeiten die leute dann mit so hohen frequenzen ?

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Thema Treiber
also ich brauche nen treiber, am besten gleich 2in1,
der die mosfet high macht wenns high ausm ic kommt, und low, wenns low ausm ic kommt..

wenn dieser TC4427 (den ich weder bei conrad noch reichelt gefunden habe) das ding auf masse zieht..
müsste ich ja nen permantenten pullup ranmachen,..
das wäre aber blöd, weil wenn zb der ic ausfällt würde ja das ding anfangen zu heizen wie blöd, oder?
und ausserdem wäre ständig n stromfluß von 1A oderso (damits schnell geht mit dem umschalten)

gegentakt hieße eifnach nur andersrum,also wenn high low, wenn low high..

hmmm

klar was ich meine ?

Hab ich das richtig verstanden?

*äh*

ich schau mal nach ner schaltung mit dem tc dingsbumsda

Hi,

die IRLZ-FETs sind Logik-kompatibel. Daher das "L" im Namen :mrgreen:

Die schalten bei 5V am Gate schon fast zu 100% durch (RdsOn = 0.025Ohm bei 5V am Gate)

Bei den paar Hundert Hertz Schaltfrequenz brauchst Du keinen speziellen Gate-Treiber.

Gruß Hans

P.S:

Falls Du induktive Lasten schaltest, solltest Du antiparallel zur Last noch eine Freilaufdiode (Schottky) einbauen.

P.P.S:

Für 30A Dauerstrom käme evtl. auch der IRL3803 in Frage (140A, 1,20€ bei Reichelt.)

ich frag mal hier drin, bevor ich nochmal was neues anfang:
Laden-Entladen eines mosfet gates..
Stimmt das überhaupt mit den 1500pF was ich da geschrieben habe?
Wie rechne ich das richtig?

So hab ichs jetzt grade nochmal probiert:
(hab 760 statt 670Hz gerechnet :-b )

MOSFET/Hexfet IRL3803
Kapazität des Gates= ?
Im Datenblatt stehen 3 Sachen:
Total Gate Charge= 140
Gate to Source Charge= 41
Gate to Drain (Miller) Charge= 78

Wenn ich das richtig verstehe muß ich da in der Formel
C=Q/U bzw C=(I*t)/U
den wert für C einsetzen ..
Formel umgeschrieben: (C*U)/I = t
Vorgegebene Werte:
I=10mA =0,01A
U=5V
C=140nC =0,000.000.140 C (??)
---------------milli--mµ-nano

t=?

Dauer für 1xLaden des Gates:
(C*U)/I= t

( 0,000000140 C * 5 V)/ 0,01 A = t
t= 0,00007 s

für einmal gate laden brauchts also 0,00007 Sekunden
ich will das ja aber nciht nur laden, sondern auch entladen, also
2 * t = 0,00014s
und das bei einer Frequenz von 760Hz, also 760 mal pro Sekunde
also 0,00014s * 760 = 0,1064s

also bräuchte ich dafür ~0,12 Sekunden .. zur Verfügung für das 760 mal laden und entladen steht mir ja aber eine ganze sekunde zur Verfügung, also geht das. Und das Gate wird voll durchgesteuert
(im Rahmen der 5V DS)
Korrekt?

Oder muß ich da ne andere Kapazität annehmen?

weiter unten im Datenblatt steht was von 5000pF "Input Capacitance
bzw Output 1800pF , und Reverse Transfer 880pF ..
für ein Frequenz von 1MHz

Stimmt die Rechnung so, oder muß ich andere Werte benutzen?

Wenn das so stimmt, würde ich den Widerstand zwischen
PIC-PWM-Out und Gate so wählen, dass maximal 15mA fließen können.
mit bisschen Toleranz müsste ich dann immer noch über den eingerechneten 10mA liegen.


Oder ist datt alles falsch, weil C Coulombs sein sollen, und das dann irgendne andere formel ist?

passen tuts von den Werten auch wenn die 5000pF statt der 140nC reinkommen, aber watt is nur richtig ?

Danke!

edit:
oder muß ich da garnet soviel rechnen und einfach die zeiten zusammanaddieren, die die da schreiben für
Turn on delay time, Rise Time , Turn off delay time, FAll Time
für Vdd=15V ; Id=71A ; Rg=1,3Ohm ; Vgs=4,5V
datt wären zusammen 234080nS für 760 ladungen/entladungen
~=250µS .. 0,00025s die das dauert.. bleibt genug zeit von der sekunde übrig..
würde auch reichen.. hmmm

Hi PsiQ,

Deine Rechnung ist grob erstmal richtig (für eine Stromquelle mit 10ma)

Die 140nC entsprechen einer Gate-Spannung von 4,5V, d.h. die Multiplikation mit 5V kannst Du weglassen. Dadurch verkürzt sich die Zeit auf 20ms (2%).

Die PIC-Outputs sind allerdings keine Stromquellen sondern Spannungsquellen mit einem gewissen Innenwiderstand. (So um die 45 Ohm richtung LOW und 100 Ohm Richtung HIGH würde ich mal laut Datenblatt raten)

Daraus folgt, daß die Lade- und Entladeströme im Schnitt wohl noch höher als 10ma sind. (Müßte man mal durchsimulieren :) )

Gruß Hans

P.S:
Ist Dein Verbraucher wirklich ein Heizelement?
In dem Fall könntest Du die PWM-Frequenz auf wenige Hertz absenken, ohne daß das Regelverhalten schlechter wird. So ein dicker Heizer hat eine Zeitkonstante von etlichen Sekunden....

jou, soll ne sitzheizung im auto regeln, bzw 2 .. total oversized, ich weiß
:-b

aber ich weiß ja net was ich damit noch alles machen will
und der pic kommt wohl auch noch an ein lcd ran, mit paar anzeigen für
lambdaspannung bordspannung etc..

Äm:
die Lade-entladeströme:
die will ich ja net voll ausreizen, damit der pic net so belastet(warm) wird..
ich hab da :-b :-b einfach so mal die 25mA dauer angenommen die für
die anderen ports gelten wenn ichs richtig weiß :-b , und dachte ich hau da nen widerstand als begrenzung rein..
ich schau mal eben ins datenblatt

(PIC16F876A)

@Frequenz
wenns net sein muß, bleibt die frequenz so ;-)

Danke..!

öm.. sind das die richtigen daten?
maximum sunk / sourced 25mA
Anhang:

Zu deiner Frage Berechnung der Schaltzeiten:
die Rechnung mit der "Total Gate Charge" ist besser als die Rechnung mit
der "Input Capacitance". Ganz genau ist beides nicht.
Kannst mal hier lesen:
http://www.irf.com/technical-info/appnotes/mosfet.pdf
Schaltverluste berechnet übrigens näherungsweise mit:
1/6 Umax * Imax * f * (ton + toff)

Thema Heizung: Wie Hans schon sagte, ganz langsam schalten. Ich denke am Sitz wird sich auch eine PWM-Frequenz von 1Hz nicht auswirken.
Dann würde ich auch keinen Treiber nehmen - Gate direkt an einen MOSFET der aber bei 5V (oder noch weniger) 100% durchschaltet (Kennlinien ansehen).

Hallo PsiQ,

die Berechnung der Lade-/Entladezeit von Mosfetgates ist nicht so einfach, da die Kapazitäten nicht konstant sind, sondern spannungsabhängig und der Strom ins Gate auch nicht konstant ist. Zudem hat die Millerkapazität (Drain-Gate-Kapazität) einen großen Einfluss auf die Schaltzeit. Wenn man es genau wissen will, dann nur mit einem Simulator wie z.B. LTspice.

Geht es nur um die Schaltzeit des Transistors, dann kann man grob eine Rechnung mit der Gate-Drain-Ladung Qgd anstellen. Die ist nämlich hauptsächlich verantwortlich für die Schaltzeit. Allerdings ist die auch spannungsabhängig, der angegebene Wert im Datenblatt gilt auch nur für die dort angegebene Drain-Source-Spannung.
Mit t=Q/I kann man die Schaltzeit grob errechnen. Bei I=10mA und Q=78nC ergibt das eine Schaltzeit t=7,8µs. So gesehen doch wieder einfach. Ist aber nur ein Anhaltspunkt.

Der Vollständigkeit halber hier noch eine Korrektur zu deiner Rechnung, auch wenn sie hinfällig ist.

Zitat:

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Wenn ich das richtig verstehe muß ich da in der Formel
C=Q/U bzw C=(I*t)/U
den wert für C einsetzen ..
Formel umgeschrieben: (C*U)/I = t
Vorgegebene Werte:
I=10mA =0,01A
U=5V
C=140nC =0,000.000.140 C (??)

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Hier hast du Ladung Q mit Kapazität C verwechselt. Wenn, dann hättest hier eine Kapazität einsetzen müssen, aber wie schon gesagt, ist das nicht so sinnvoll.

Gruß Waste

Zitat:

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Zitat von waste

Hier hast du Ladung Q mit Kapazität C verwechselt. Wenn, dann hättest hier eine Kapazität einsetzen müssen, aber wie schon gesagt, ist das nicht so sinnvoll.

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hmm hatte ich ja befürchtet ;-) siehe:

Zitat:

---

Zitat von PsiQ

Oder ist datt alles falsch, weil C Coulombs sein sollen, und das dann irgendne andere formel ist?

passen tuts von den Werten auch wenn die 5000pF statt der 140nC reinkommen, aber watt is nur richtig ?

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hm, dass da was falsch war hatte ich befürchtet ;-)

d.h. also ist C=kapazität=Farad =1[C]/V = 1Coulomb pro Volt .
und das Coulomb ist (I*t)

also merke ich mir:
t~=Qgd/I
komme dann auf deine 7,4µS runde das mal auf 10 auf ;-)
mal 2 = 20µS (laden,entladen)
mal 700 =14000µS , runde das auf 20mS

und stelle fest..
das das gate jedenfalls "ganz" ge-und entladen wird

richtig?

also kann ich den mosfet irl3803 direkt am pic betreiben
(ist ja extra ein logic level fet, den hab ich quasi schon ausgesucht gehabt ;-),10 datenblätter nach Rds-on bei 5V abgesucht,nur den namen vergessen )
(auch) wenn ich den strom durch nen widerstand 5V/330Ohm=0,015A = auf ~15mA begrenze..



Frage am Rande:
Ich wollte an den Gatepin noch einen 1M-Ohm Widerstand nach GND hängen, damit der mosfet nicht undefiniert an oder aus ist, wenn der PIC nicht läuft- stört das in die rechnung?.. der widerstand hat ja auch ne geringe kapazität..genau wie der vorwiderstand fürs gate.. (ups?) .. ?

Jep,

hänge auf jeden Fall noch einen Widerstand nach GND, sonst raucht der FET früher oder später ab!

Gruß Hans

P.S: Selbst bei 9mOhm RdsOn bleiben bei 30A noch 10W im FET hängen, also Kühlkörper nicht vergessen....

wie kommst du auf die 10W ?

also ich hab mal grundlegend:
30A * 0,01Ohm = 0,3Watt dauernd
PLUS
Schaltverluste ?
1/6 Umax * Imax * f * (ton + toff) ton+toff= schaltzeitx2 ? = 20µS
1/6*14V*30A*700Hz*0,00002S = 0,98Watt

Das wären bei mir insgesamt <2 Watt?
hä?
ich schau jetzt noch das pdf an, dann ins bett :-b

edit: äm, moment, da is was falsch..
P=U*I*t
R=U/I .. äääh..
ich geh ins bett..

](*,)

Heh :)

P = R*I*I

Bei 15A sieht's schon wesentlich freundlicher aus....

Gruß Hans

Hallo PsiQ

Wohlgemerkt, Schaltzeit ist nicht gleich Ladezeit des Gates. Die Schaltzeit ist nur die Zeit in der sich am Ausgang die Spannung ändert. Die Ladezeit des Gates ist länger, etwa doppelt so lang wie die Schaltzeit. Im Datenblatt des IRL3803 ist das unter Fig 13a „Basic Gate Charge Waveform“ sehr gut zu sehen. In der ersten Phase Qgs wird nur das Gate geladen, ohne dass sich am Ausgang was ändert. In der zweiten Phase Qgd (wenn die Schaltschwelle erreicht ist) wird der Ausgang durchgeschaltet, das ist die Schaltzeit. Hier bleibt die Gatespannung wegen der Gegenkopplung des Miller-C ziemlich konstant. Danach steigt die Spannung weiter, das Gate wird weiter geladen.

Eigentlich interessiert aber nur die Schaltzeit, weil da die Schaltverluste auftreten.

Und noch was! Bei 330 Ohm Vorwiderstand wird der Gatestrom während der Schaltzeit keine 10mA erreichen, da der FET erst ab etwa 3V Gatespannung schaltet. D.h. am Vorwiderstand liegen dann weniger als 2V an. Zusätzlich hat der PIC auch noch einen Innenwiderstand. Ich würde da auf 100 Ohm runtergehen oder sogar ganz weglassen. Dass dann kurzzeitig, für ein paar µs, ein höherer Strom als 25mA auftreten kann, ist nicht so schlimm.

Waste

Zitat:

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Zitat von waste

Dass dann kurzzeitig, für ein paar µs, ein höherer Strom als 25mA auftreten kann, ist nicht so schlimm.

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Da hätte ich aber ein schlechtes Gewissen , weil die "kurze" stromüberlastung ja ständig wieder stattfindet... ..
naja, wenns mal läuft probier ichs am oszi, dann seh ich ja bis wieviel ohm der noch voll durchschaltet..


Nächste Frage:
Kühlkörper:
grundlegend mal, ich stürz mich dann noch auf die Formeln

wenn ein kühlkörper z.B. 7K/W hat, bedeutet das, dass er um 7K bzw 7°C pro Watt wärmer wird als die Umgebung, ja?

W hab ich als J/s angesehen..

wären bei mir bei 10W dann 10*7K = 70K ..
bei ner temperatur von 40°C im gehäuse wären das 110°C ..kann doch net sein
mööp? -autsch

mal googeln/ im forum suchen..

Zitat:

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Zitat von PsiQ

Zitat:

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Zitat von waste

Dass dann kurzzeitig, für ein paar µs, ein höherer Strom als 25mA auftreten kann, ist nicht so schlimm.

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Da hätte ich aber ein schlechtes Gewissen , weil die "kurze" stromüberlastung ja ständig wieder stattfindet... ..

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Brauchst kein schlechtes Gewissen haben, ich habe nochmal nachgeschaut, der PIC hat selber ca. 100 Ohm und mit den 100 Ohm extern kann gar nicht mehr als 25mA fließen.

Zitat:

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wenn ein kühlkörper z.B. 7K/W hat, bedeutet das, dass er um 7K bzw 7°C pro Watt wärmer wird als die Umgebung, ja?

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ja, so ist es.

10W sind nicht wenig, da braucht es schon einen etwas größeren Kühlkörper.

Waste

Hallo
der Gesamtwärmewiderstand ist die Summe aus Wärmewiderstand Sperrschicht-Gehäuse des Halbleiters, Wärmeübergangswiderstand Halbleiter-Kühlkörper (abhängig von der Oberfläche, Leitpaste, Isolierfolie) und Wärmewiderstand des Kühlkörpers.
Der zulässige Wärmewiderstand ist gleich (zul. Chiptemp. - Umgebubgstemp) / max. Verlustleistung
z.B. Rth = (120°-30°)/10W = 9K/W
Wärmeleitfolie 0,5K/W und Rth des Transistors 1,15 K/W ergibt einen zulässigen Rth des Kühlkörpers von 7,35K/W.Reserve sollte mit einberechnet werden,also Rth < 7 K/W wählen.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

aaaaaah-ja

..dann reicht der 7K/W dinger alsoooo so ungefähr..
weil die 30A maximal sollten sich ja über die beiden mosfets verteilen ;-)

d.h. bei maximum wirds warm ;-)

aaaber, die original sitzheizungssteuerung die ersetzt werden soll, war mit 25A abgesichert, also sollte das reichen... O:)
nachrüst matten liegen da leider massig drunter (laut datenblatt),
auch bei maximum :-k

zwei von denen 7K/W kühlkörpern mit lötpins hab ich mal ausm netzteil gelötet, die nehm ich dann mal vorerst für den ersten prototyp..

hmm.. ist ja noch genug platz im/am pic, evtl leg ich nochn temp-widerstand ran/ins gehäuse, damits bei überhitzung abschaltet ;-)

Vielen Dank!

jetzt hab ich aber doch noch ne Frage.. wo steht das denn mit den 100Ohm im PIC ?
ich find das net.. :-s
hab jetzt im datenblatt rumgeschaut, aber.. 8-[

das muss man aus den Diagrammen heraus lesen. Siehe Figure 16-16 im Datenblatt: Voh vs. Ioh

Waste

Hi PsiQ,

schau Dir mal die Abbildungen 18-16 und 18-18 an:

In 18-16 siehst Du, wie stark die Ausgangsspannung bei HIGH-Pegel abfällt, wenn der Port belastet wird.
Bei 25ma sind nur noch 2,5V übrig, das würde einem Innenwiderstand von 100Ohm entsprechen.

18-18 ist die entsprechende Darstellung für LOW-Pegel (der Strom fließt zum Port hin)
Bei 25mA steigt die Spannung um ca. 0,5V an, entsprechend ca. 20Ohm.

Mit einem 100Ohm-Widerstand bist Du wohl auf der sicheren Seite.
Es fließen nur extrem kurzzeitig Ströme > 25mA, das müßte OK gehen.

Ich habe im ganzen Datenblatt leider keine Aussage zur Impuls-Belastbarkeit der Ports gefunden....


Gruß Hans

aaaaah ja...
hmm, ok, wenns dann auf 3V fällt, und ich hab ca 150Ohm dran passt datt ja so Pi x Daumen (=0,02A)

da wäre ich von den namen des diagramms net drauf gekommen ;-)
Danke!

(@waste: anderes datenblatt? schaubilder hab ich erst ab 17.xx )
trotzdem Danke.. :Strahl

Zitat:

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Zitat von PsiQ

(@waste: anderes datenblatt? schaubilder hab ich erst ab 17.xx )

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Ja, ich hatte das vom PIC16F876 (ohne A). Dachte nicht, dass die unterschiedlich sind. Aber scheinbar hast du es trotzdem gefunden.

Gruß Waste