TIP 142 STM - Hohe Schaltverluste

[Besserwessi]

Ein 3,3 V PWM Signal ist relativ wenig und schränkt die Wahl des MOSFETs deutlich ein, wenn man direkt damit steuern will. Es gibt aber gerade für niedrige Spannungen auch passende MOSFETs - allerdings sind das halt SMD Typen, die ggf. die Platine zur Kühlung brauchen. Der IRL520 ist da eine Möglichkeit, aber halt gut nur für eher wenig Strom bis etwa 1 A. Wenn man da keinen passenden Typ findet, gäbe es die Möglichkeit das PWM Signal auf 5 V oder auch 12 V zu bringen. Allerdings wird man dazu wohl keinen MOSFET, sondern eher ein IC nehmen, etwa ein 74 HCT... um auf 5 V zu kommen, oder einen extra Gate Treiber wie etwa icl7667 (5 oder 12 V). 5V reicht nicht für alle MOSFETS, sonder nur die Logic Level Typen, aber da hat man dann schon reichlich Auswahl.

Die Angabe beim Netzteil dürfte die Maximale Stromstärke sein, das reicht nicht aus um den tatsächlichen Strom zu bestimmen. Das es weniger als 7 A sind wissen wir auch so, sonst wäre der kleine IRL520 schon zu heiß geworden. Der tatsächliche Strom hängt vom LED Strip ab - sollte sich da irgendwo in der Anleitung finden, und sei es auch nur als Leistung. Alternativ könnte man den Strom mit dem Multimeter nachmessen.

Der PWM Wert hat erst einmal nichts mit der PWM Frequenz zu tun. Die kann in weiten Grenzen unabhängig eingestellt werden. Bei der recht leistungsfähigen Hardware sind vermutlich auch bei den 10 Bit Auflösung noch störend hohe Frequenzen möglich. Da hilft nur nachmessen oder nachlesen in der Beschreibung zum Programm. Für LEDs sollten es etwa 200-10000 Hz sein.

Die Umschaltverluste hängen von der PWM Frequenz, aber nicht vom PWM Wert ab - darüber kann man auch Prüfen wieso der MOSFET ggf. warm wird.

[frozenflame]

Ich hätte noch einen ULN2003A da, kann ich den auch verwenden? Ansonsten bestelle ich gleich die Sachen, muss heute sowierso noch was bei Reichelt ordern. Der LED Strip verbraucht 71W, also benötigt er einen Strom von ca. 5,91A.
Wieviel Hertz sind denn bei LEDs am optimalsten zum dimmen? Also sprich, dass die Schaltverluste so gering wie möglich sind und kein Flackern zu sehen ist?

Danke nochmal für deine ganze Mühe mir bei der Lösung zu helfen (:

[Besserwessi]

Der ULN2003 hilft nur relativ wenig.

Für fast 6 A ist der IRL520 definitiv zu klein selbst mit Kühlung. Ganz ohne etwas Kühlung wird aber auch dann schwer, bzw. der MOSFET recht groß. Wenn man dem MOSFET etwa 1 W an Verlustleistung zubilligt, dürfte der Spannungsabfall etwa 150 mV betragen bzw. der Widerstand noch etwa 20 mOhm. Das braucht auch schon einen recht großen MOSFET - mit 3,3 V Gatespannung wird es schon nicht so einfach und man müsste ggf. 2 oder 3 parallel nehmen.

Hier ein paar Möglichkeiten:
1) 2 bis 4 Stück IRLML6344 parallel. Das ist eine kleine SMD Bauform, und braucht eine Platine als Kühlung.
2) 2 mal IRF7401 (SO8 Gehäuse) - auch hier wird man wohl eine Platine brauchen.
3) ein Gate Treiber ICL7667 und dann ein richtig großer MOSFET wie IRL1004 oder IRF3708 oder IRLU8721(da reichen auch 5 V) oder IRF1404 (bräuchte 12 V)
Für 5 V würde wohl auch ein billiges Logic IC wie 74HCT04 als "Treiber" reichen. Bei mehr MOSFETS parallel muss jeder einen eigenen Widerstand am Gate (z.B. 50 Ohm) haben.

[Peter(TOO)]

Hallo,

Wieviel Hertz sind denn bei LEDs am optimalsten zum dimmen? Also sprich, dass die Schaltverluste so gering wie möglich sind und kein Flackern zu sehen ist?

Möglichst niedrig
Die Umschaltverluste entstehen bei jedem Schaltvorgang.

Fürs Auge sollten eigentlich so 100-200Hz ausreichen.

MfG Peter(TOO)

[Klebwax]

@frozenflame

Nachdem dir mein Vorschlag einfach einen Kühlkörper an den TIP zu schrauben nicht gefallen hat, wird dir auch der jetzige nicht gefallen. Nim einen integrierten MOSFET Driver, der mit 12V arbeitet und mit 3,3V angesteuert werden kann. Dahinter kann dann eigentlich jeder FET eingesetzt werden.

MfG Klebwax

[frozenflame]

@frozenflame

Nachdem dir mein Vorschlag einfach einen Kühlkörper an den TIP zu schrauben nicht gefallen hat, wird dir auch der jetzige nicht gefallen. Nim einen integrierten MOSFET Driver, der mit 12V arbeitet und mit 3,3V angesteuert werden kann. Dahinter kann dann eigentlich jeder FET eingesetzt werden.

MfG Klebwax

Danke für den Vorschlag (: Einfach einen Kühlkörper draufpacken minimiert die Schaltverluste ja nicht und löst daher nicht das eigentlich Problem, deshalb fand ich die Lösung mit dem MOSFET besser. Habe jetzt aber auch einen MOSFET Driver bestellt, mal hoffen, dass das hilft...

Der ULN2003 hilft nur relativ wenig.

Für fast 6 A ist der IRL520 definitiv zu klein selbst mit Kühlung. Ganz ohne etwas Kühlung wird aber auch dann schwer, bzw. der MOSFET recht groß. Wenn man dem MOSFET etwa 1 W an Verlustleistung zubilligt, dürfte der Spannungsabfall etwa 150 mV betragen bzw. der Widerstand noch etwa 20 mOhm. Das braucht auch schon einen recht großen MOSFET - mit 3,3 V Gatespannung wird es schon nicht so einfach und man müsste ggf. 2 oder 3 parallel nehmen.

Hier ein paar Möglichkeiten:
1) 2 bis 4 Stück IRLML6344 parallel. Das ist eine kleine SMD Bauform, und braucht eine Platine als Kühlung.
2) 2 mal IRF7401 (SO8 Gehäuse) - auch hier wird man wohl eine Platine brauchen.
3) ein Gate Treiber ICL7667 und dann ein richtig großer MOSFET wie IRL1004 oder IRF3708 oder IRLU8721(da reichen auch 5 V) oder IRF1404 (bräuchte 12 V)
Für 5 V würde wohl auch ein billiges Logic IC wie 74HCT04 als "Treiber" reichen. Bei mehr MOSFETS parallel muss jeder einen eigenen Widerstand am Gate (z.B. 50 Ohm) haben.

Welche Methode hälst du für am effektivsten? Wie ich das Problem letztendlich in den Griff bekomme ist relativ egal
Ich habe jetzt mal alle von dir aufgelisteten Komponenten bei Reichelt mitbestellt.

[Besserwessi]

So groß ist der Unterschied zwischen den beiden Wegen nicht. Für das Steckbrett oder Lochraster ist definitiv der Weg mit Gate-Treiber und einem großen MOSFET besser. Da ist man auch von den Details des PWM Ausgangs unabhängiger - es klappt halt auch noch mit 2,5 V oder wenn der nur 0,1 mA liefern kann. Auch kann die PWM Frequenz höher liegen weil schneller geschaltet werden kann. Für LEDs sollten aber 200 Hz ausreichen.

Wenn es darum geht das ganze sehr klein und günstig für große Stückzahlen zu kriegen wäre es wohl mit den speziellen MOSFETs effektiver - das braucht nur halt eine Platine und wird auf dem Lochraster sehr schwer. Bei den Verlusten kommt man in beiden Fällen so in den Bereich 0,5-1 W. Bei den FETs mit 3,3 V Gatespannung haben auch Exemplarstreuungen einen merklichen Einfluss - zwischen guten und schlechten Exemplaren ist der Unterschied deutlich. D.h. dann aber auch das man von einem Prototypen nicht unbedingt auf den 2. und 3 Schließen kann.

[frozenflame]

So groß ist der Unterschied zwischen den beiden Wegen nicht. Für das Steckbrett oder Lochraster ist definitiv der Weg mit Gate-Treiber und einem großen MOSFET besser. Da ist man auch von den Details des PWM Ausgangs unabhängiger - es klappt halt auch noch mit 2,5 V oder wenn der nur 0,1 mA liefern kann. Auch kann die PWM Frequenz höher liegen weil schneller geschaltet werden kann. Für LEDs sollten aber 200 Hz ausreichen.

Wenn es darum geht das ganze sehr klein und günstig für große Stückzahlen zu kriegen wäre es wohl mit den speziellen MOSFETs effektiver - das braucht nur halt eine Platine und wird auf dem Lochraster sehr schwer. Bei den Verlusten kommt man in beiden Fällen so in den Bereich 0,5-1 W. Bei den FETs mit 3,3 V Gatespannung haben auch Exemplarstreuungen einen merklichen Einfluss - zwischen guten und schlechten Exemplaren ist der Unterschied deutlich. D.h. dann aber auch das man von einem Prototypen nicht unbedingt auf den 2. und 3 Schließen kann.

So, die Sachen von Reichelt sind gerade angekommen. Würde das nun als erstes gerne mit dem ICL7667 als Gate-Treiber und dem IRL1004 MOSFET probieren. Ich habe allerdings keine Ahnung, was ich wo an dem Gate-Treiber anschließen soll, da ich noch nie einen MOSFET-Driver verwendet habe x:
Kann mir eventuell einer von euch bei der Umsetzung der Schaltung helfen? Hier das Datenblatt zu dem Gate-Treiber: http://www.reichelt.de/index.html?&A...67%2523MAX.pdf

[Besserwessi]

Der ICL7667 hat 2 Eingänge und 2 Ausgänge. Das ist so etwas wie ein 2-fach Inverter mit Leistungsfähigem Ausgang. Hier wird nur das halbe IC gebraucht. Der Eingang kommt an das PWM Signal, vom Ausgang ein Widerstand von etwa 10-200 Ohm ans Gate des MOSFETs. Die Versorgung des ICs an 5 V oder 12 V je nach MOSFET, dazu eine Kondensator (z.B. 100 nF) zum Abblocken der Versorgung dicht ans IC. Der 2. Eingang am Treiber am besten fest auf GND - der Ausgang dazu kann offen bleiben .

Als ersten Test könnte man auch einfach den Gatetreiber nutzen um eine normale LED mit Vorwiderstand zu betreiben.

Das Treiber IC invertiert das Signal - entsprechend muss der PWM Wert im Programm (oder die Konfiguration) angepasst werden.

[frozenflame]

Der ICL7667 hat 2 Eingänge und 2 Ausgänge. Das ist so etwas wie ein 2-fach Inverter mit Leistungsfähigem Ausgang. Hier wird nur das halbe IC gebraucht. Der Eingang kommt an das PWM Signal, vom Ausgang ein Widerstand von etwa 10-200 Ohm ans Gate des MOSFETs. Die Versorgung des ICs an 5 V oder 12 V je nach MOSFET, dazu eine Kondensator (z.B. 100 nF) zum Abblocken der Versorgung dicht ans IC. Der 2. Eingang am Treiber am besten fest auf GND - der Ausgang dazu kann offen bleiben .

Als ersten Test könnte man auch einfach den Gatetreiber nutzen um eine normale LED mit Vorwiderstand zu betreiben.

Das Treiber IC invertiert das Signal - entsprechend muss der PWM Wert im Programm (oder die Konfiguration) angepasst werden.

Hey, vielen Dank nochmal für die ganze Hilfe, funktioniert nun alles bestens )