[Suche] FET der bei niedriger Spannung schaltet

[Fennias]

HI

Da ich mich mit FETs kaum auskenne frage ich euch, gibt es einen FET der schon bei 2,5V am Gate sauber durchschaltet?

[BASTIUniversal]

Naja, schalten eventuell schon...wie viel Leistung willst du denn entnehmen? Große Lasten wirst du mit 2,5V Gatespannung kaum schalten können...der max. Strom wird wohl im mA Bereich liegen.

MfG

[shaun]

IRF7455, 30V 15(10)A, 20mOhm bei 2,7V Vgs. Reicht das?
Es gibt auch 1,8V-zertifizierte Typen, die einige Ampere schalten können.

[BASTIUniversal]

Hmmm...ich glaub ich muss meine Wissensstand mal ein wenig auffrischen...!

[Fennias]

Ich hab ein 40khz rechteck Signal mit ca. 2,7 V, wenn ich damit einen "normalen" FET schalte macht der nicht voll auf und die 5V die er schalten soll kommen nicht zum Verbraucher. (sondern nur ca.2,2 V)

[ogni42]

Falls Du keinen Low voltage FET bekommst, kannst Du einen logic level FET nehmen und über einen npn-Transistor mit Kollektorwiderstand steuern

[shaun]

Bei 40kHz ist die letztgenannte Lösung etwas gewagt ;)
Überhaupt: ist Dein 2,7V-Rechteck überhaupt noch ein Rechteck, wenn es mit 40kHz die Gatekapazität Deines "normalen" MOSFET umladen muss? Das solltest Du in jedem Fall mal prüfen, andererseits muss aber auch ein geeigneter MOSFET her, ein IRF540, BUZ11 o.ä. wird sich bei 2,5V nicht sonderlich angesprochen fühlen.

[ogni42]

Warum ist das gewagt?

Nehmen wir mal bei 40kHz ein h_fe von 25 an, was z.B. bei bc337 recht konservativ ist. Das Gate soll mit 100mA getrieben werden. Daraus folgt bei 5V ein Kollektorwiderstand von 47Ohm und ein Basisstrom von 4mA. Macht bei 2.7V Steuerspannung einen Basisvorwiderstand von 675Ohm, mit Sicherheitsaufschlag und Reihe E12 560Ohm => Treiberstrom = 120mA. Verlustleistung im Transistor 227mW im durchgeschalteten Zustand.

[shaun]

DU kannst das sinnvoll berechnen (wobei ich 1/4W Verluste "für nix" nicht unbedingt als per se sinnvoll bezeichnen würde), aber der "normale" Leser hier will doch nach wie vor nichts von Gatekapazitäten wissen und freut sich ob der "leistungslosen" Ansteuerung von MOFSETs. Kollektorwiderstand weckt die Assoziation Pullup, den kennt man schon, hat immer 10k, also rein damit. Das war meine Befürchtung gestern abend.

[Yossarian]

Hallo
nun ja..
IRF 540-> Q=71nC , F=40kHz , Ust=2,5V (ob das reicht sei dahingestellt)
Steuerleistung = Q*F*U = 7mW.
Vergleich das mal mit einem Bipolar und sage das wäre nicht leistungslos...
Mit freundlichen Grüßen
Benno

[ogni42]

Wobei man bei direkter Ansteuerung den Strom stärker begrenzen muss (20mA). Dann landet man bei 3.5 us pro Schaltvorgang, also 7us pro Periode, was für 40KHz viel zu langsam ist. Also muss man auch in diesem Fall per Transistor treiben.

Bei 120mA Treiberstrom sind das ca 1.2us pro Periode, also etwas mehr als die halbe Periodenzeit, sprich, das Signal wird zwar "Verschliffen" hat aber pro Pegel mindestens die halbe Zeit den vollen Wert.

Es ist eben nicht umsonst so, dass Leistungsfets mit Treiberstufen angesteuert werden, die bis zu einigen Ampere liefern können.

EDIT: Für 2.7V wäre der Kollektorwiderstand natürlich nur halb so groß (270Ohm).

[shaun]

@Yoss: es ging ja gerade darum, einen MOSFET mit einer enstprechend niedrigen Vgs_th zu finden!!!
Ausserdem ist es bei den angedachten Ansteuerungen nicht Deiner Rechnung getan - immerhin soll das Einschalten über einen entsprechend niedrig ausgelegten Widerstand erfolgen :-k

[Yossarian]

Hallo
beim IRF7455 ist das nicht viel anders. Für den Vorwiderstand kann man ca. noch mal den gleichen Wert ansetzen, so daß die Steuerleistung ca. bei 20mW liegt.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[ogni42]

Yoss, es geht darum, den FET schnell genug ein- und auszuschalten. Die 7mW helfen nicht, wenn es "ewig" dauert. Deswegen muss ein FET mit einer Spannungsquelle mit möglichst niedrigem Innenwiderstand geschaltet werden.l

[Yossarian]

Hallo
die Steuerleistung hat doch mit der Schaltgeschwindigkeit nichts zu tun.
Ob ich 100nC mit 100mA in 100ns oder mit 50mA in 200ns lade, ändert nicht das Produkt.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[Gock]

Hey Leute!
Ganz ruhig, Ihr meint bestimmt dasselbe, auch wenn hier und da ein paar Einheiten durcheinander geraten sind:
Je größer der Gatestrom, desto steiler die Flanke und desto kürzer muss der Strom fließen.
Trotzdem ist für den kurzen Moment die abzugebende Leistung für den Treiber natürlich größer, als wenn ein kleiner Strom fließen würde. Denn schließlich hört der Strom ja auf zu fließen, wenn das Gate "voll" ist. Nur, dass das bei geringerem Strom eben länger dauert. Die Energie ist die gleiche, aber nicht die Leistung.
Gruß

[Yossarian]

Hallo
Die Leistung ist die gleiche. Oder besser gesagt :die mittlere Leistung ist die gleiche.
Es handelt sich hier nicht um lineare Verhältnisse .
Die Leistung kann nur betrachtet werden als Produkt von U*I zum Zeitpunkt t.
Um die mittlere Leistung zu erhalten muß die Integralrechnung angewandt werden.
Gibt es hier Mathematiker, die das vorrechnen könnten?

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[wkrug]

Mal nicht zu streiten anfangen hier.

Also der Sinn einer schnellen Ansteuerung eines Mos Fet's ist ja nicht die Gatekapazität zu befriedigen, sondern den Fet möglichst kurz im verlustreichen halbgeöffneten Zustand zu belassen.
Bei einer langsamen, sprich hochohmigen Ansteuerung wird der Fet durch diese Verluste bei entsprechendem Drain Strom merklich mehr Verlustleistung verbraten zumal wir hier ja von 40kHz reden.

Letztlich bestimmt also die geschaltene Last und die Schaltfrequenz ob es noch mit einer relativ hochohmigen Ansteuerung klappt oder ob der Treiber niederohmig ausgelegt werden muß.
Eine niederohmige Auslegung ist prinzipiell für die meisten Anwendungen geeignet verursacht aber einen höheren schaltungstechnischen Aufwand.

[Yossarian]

Hallo
es spielt für die Steuerleistung keine Rolle wie schnell der FET geschaltet wird.Es spielt auch kein Rolle, ob 10A oder 10mA geschaltet werden (bis auf die Unterschiedlichen Gatekapazitäten, die dabei entstehen).
Im Eingang dieses Disputes ging es um die Steuerleistung, die aufgebracht werden muß.Diese Steuerleistung muß ich in das Gate stecken, damit der FET schaltet.Diese Steuerleistung ist abhängig von der Gateladung, der Steuerspannung und der Frequenz.
Die Verlustleistung des FET ist abhängig von seinem Rdson, dem Laststrom, der Schaltfrequenz und der Schaltgeschwindigkeit.
Mit freundlichen Grüßen
Benno

[shaun]

Und die Schaltgeschwindigkeit hängt wovon ab? Riiiichtig, von der Eingangskapazität und dem Strom, den der Treiber liefern kann. Übrigens solltest Du mal darauf achten, ob Du jeweils Leistung oder Energie meinst, wird sonst etwas verwirrend.
Worum ging es in diesem Thread eigentlich, und wieso ist der so eskaliert? Ich hatte irgendwo mal zur Vorsicht gemahnt, wenn ein mit 40kHz getakteter MOSFET über einen Arbeitswiderstand in den leitenden Zustand überführt werden soll.
Eigentlich recht sinnfrei die Diskussion: der Fragesteller hat ein 2,5V-Steuersignal mit vermutlich ziemlich stark eingeschränkter Stromtreiberfähigkeit zur Verfügung und suchte einen passenden MOSFET. Sobald ein Treiber welcher Art auch immer akzeptabel ist, muss man sich ja eigentlich nicht länger mit der Suche nach einem low-threshold-MOSFET aufhalten.

[Yossarian]

Hallo

der Fragesteller hat ein 2,5V-Steuersignal mit vermutlich ziemlich stark

damit hast Du natürlich recht.Vielleicht Sollte man ein neues Thema dafür aufmachen?

und wieso ist der so eskaliert
Inwiefern siehst Du eine Eskalation?
Ich möchte nur der Behauptung widersprechen , daß FETs nicht leistunglos angesteuert werden.
Sicher nicht vollkommen leistungslos, das ist schon klar, aber eben im Vergleich zum Bipolar kann man ruhig von leistungslos sprechen.

ob Du jeweils Leistung oder Energie meinst

Ich habe bisher nur von der (Steuer)Leistung gesprochen.
Dafür lautet die Formel P= Qgate*Ugate*f

Beispiel mit irf540n
Q = 71nC , angesteuert mit f=40kHz, Gatespannung Ug=10V, Lastwiderstand Rl=10ohm , Betriebsspannung Ub=50V ,
gewünschte Schaltzeit t= 1µs , Rdson bei 25° 44mOhm ,
Mit einem geeignete Kühlkörper will ich die Tempearatur des Chips auf max 100° begrenzen.
Rdson bei 100° -> Rdson100= rdson25*1,8=44mohm*1,8=80mOhm

(alles nur mit idealen Werten gerechnet,was für diese Leistungsdaten auch vollkommen reicht.)
Für t=1µs brauchen wir einen Strom von I=Q/t -> I= 71nC/1µs=71mA
Gatewiderstand Rg=Ug/I -> Rg=10V/71mA=140ohm

P= 71nC*10V*40kHz = 28mW. Das ist die Leistung, die die Treiberstufe aufbringen muß.
Zum entladen muß diese Leistung wieder abgebaut werden.

Laststrom Il=Ub/Rl -> Il=50V/10Ohm=5A
Verlustleistung Pv=Il²*rdson100 -> Pv=5A*5A*80mOhm=2W.

Wenn der Schaltvorgang beginnt, fällt die Spannung über den FET und der Strom durch den FET steigt.Die Produkte von I und U müssen über die Zeit integriert werden. siehe Bild
Schaltverluste Ps=Ub²/Rl*t*f*0,167 -> Ps= 50V*50V/10ohm*1µs*40kHz*0,167=1,7W.

Summe Pv+Ps -> Pges=2W+1,7W=3,7W -> 4W

Wärmewiderstand irf -> 1,15K/W , Isolierfolie 0,5K/W -> Rthg=1,7W
max. Wärmewiderstand Kühlkörper Rthkk= max. (Chiptemperatur-Umgebungstemperatur)/Verlustleistung
-> Rthkk=(100°-30°)/4W = 17,5K/W
Dafür reicht z.B der V4330 von Reichelt -> 13,5K/W
Ich hoffe ich habe jetzt keine Bolzen reingehauen.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[shaun]

Mach mal den Gatewiderstand ein bisschen kleiner, die 71mA fliessen sonst ja nur am Anfang der Aufladung.

[Yossarian]

Hallo
der Widerstand ist ok.
Wenn Du einen gleichmäßigen Strom über die gesamte Ladephase willst, mußt Du den Widerstand ständig
nach einer e Funktion angleichen.
Es reicht, wenn die 71mA nur zu Anfang fließen, um das Gate innerhalb von 1µs aufzuladen.

Mit freundlichen Grüßen
Benno