Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Transistor? Relais? Optokoppler?
Hallo,
ich möchte mit einem 5V-PWM-Signal mehrere 12V-LED-Lampen ansteuern. Die genaue Anzahl kenne ich noch nicht und möchte das Ganze daher so groß wie möglich auslegen. Da ich das 15x brauche wären evtl. Arrays sinnvoll.
Wie mache ich das jetzt am besten? Mit MOFETs oder Optokopplern? Was muss ich beachten? Wo sind die Vorteile, wo die Nachteile?
Ich hoffe ihr könnt mir weiterhelfen.
Gruß,
Kevin
Besserwessi
12.05.2011, 16:15
Bei LED Lampen wird man wohl kein Array Nutzen können, weil man da eher die volle Helligkeit haben will. Optokoppler würden eine galvantische Trennung geben - da sehe ich bisher noch keinen Grund für. Der Optokoppler wäre auch keine Alternative, sondern eine Ergänzung. Als Schaltelement wäre MOSFETs wohl am besten geeignet, eventuell auch Treiber ICs wie ULN2003 oder einfache Transistoren. Welche Typen gehen hängt vom Strom ab.
Bei LED Lampen wird man wohl kein Array Nutzen können, weil man da eher die volle Helligkeit haben will.
Ich dachte auch nur ein Array-Bauelement zu verwenden wegen der kompakten Bauweise, es dann aber einzeln anzusteuern.
Optokoppler würden eine galvantische Trennung geben - da sehe ich bisher noch keinen Grund für.
Trennt ein Transistor nicht auch galvanisch? Der Steuerstrom ist doch völlig unabhängig vom Leistungsstrom - oder?
Der Optokoppler wäre auch keine Alternative, sondern eine Ergänzung.
genau das ist, was ich nicht verstanden habe. Die können doch das gleiche oder? Bei angelegter Spannung auf der einen Seite wird die andere Seite geschaltet?!?!
Als Schaltelement wäre MOSFETs wohl am besten geeignet,[...]
Das hab ich auch überall gelesen, aber warum?
[...]eventuell auch Treiber ICs wie ULN2003[...]
Das sieht vielversprechend aus. Ich muss allerdings gestehen, dass ich hier nicht verstanden habe, wie das funktioniert. Außerdem muss hier vermutlich eine galvanische Trennung eingebaut werden.
oder einfache Transistoren. Welche Typen gehen hängt vom Strom ab.
möglichst viel Strom halt :) Die Idee ist, dass die Anzahl der Anzuschließenden LEDs-Balken nur durch das Netzteil begrenzt wird und nicht durch die Steuerelektronik.
Gruß,
Kevin
Hallo,
ein Transistor trennt nicht galvanisch, es gibt weiterhin eine elektrische Verbindung zwischen Steuer- und Leistungsteil, einen gemeinsamen Bezugspunkt.
Der Optokoppler wäre auch keine Alternative, sondern eine Ergänzung. genau das ist, was ich nicht verstanden habe. Die können doch das gleiche oder? Bei angelegter Spannung auf der einen Seite wird die andere Seite geschaltet?!?!Mehr oder weniger ja. Allerdings sind Optokoppler nicht dazu gedacht, große Lasten zu schalten, die schaffen vielleicht 10mA-50mA am Ausgang wenn überhaupt.
MOSFETs eignen sich besonders gut, weil sie 1) keinen dauerhaften Basisstrom brauchen wie beim Transistor 2) viel niederohmiger sind und damit größere Ströme mit vergleichsweise geringen Verlusten (Erwärmung) schalten können.
ULN2003 bestehen aus 7 unabhängigen Darlingtons (Transistoren hintereinander geschaltet). Du kannst damit etwa 500mA schalten, wenn allerdings mehrere "Kanäle" aktiv sind, dann weniger aufgrund Erwärmung. Ist allerdings eine feine Sache, weil die ICs sehr kompakt sind und ein einfaches Platinenlayout zulasssen, sich auswechseln lassen und relativ günstig sind.
Es kommt jetzt ganz darauf an, mit wie vielen LEDs du pro Balken rechnest. Damit lässt sich die zu schaltende Stromstärke ausrechnen und dann kann man sich für eine Lösung entscheiden. Vermute aber, dass du mit MOSFETs auf der sicheren Seite bist, vor allem um später auch noch genug "Reserven" zu haben, um auch höhere Ströme schalten zu können.
;)
Grüße, Bernhard
Hallo,
ein Transistor trennt nicht galvanisch, es gibt weiterhin eine elektrische Verbindung zwischen Steuer- und Leistungsteil, einen gemeinsamen Bezugspunkt.
Die Konsequenz dieser Aussage verstehe ich nicht. Kann man einen Transistor nicht auch so steuern:
http://imageshack.us/photo/my-images/688/transistor.jpg/
Allerdings sind Optokoppler nicht dazu gedacht, große Lasten zu schalten, die schaffen vielleicht 10mA-50mA am Ausgang wenn überhaupt.
Das hab ich so schon fast vermutet.
MOSFETs eignen sich besonders gut, weil sie 1) keinen dauerhaften Basisstrom brauchen wie beim Transistor 2) viel niederohmiger sind und damit größere Ströme mit vergleichsweise geringen Verlusten (Erwärmung) schalten können.
Wenn ich das richtig verstehe haben MOSFETs nur vorteile gegenüber Transistoren und haben diese so gut wie verdrängt. oder?
ULN2003 bestehen aus 7 unabhängigen Darlingtons (Transistoren hintereinander geschaltet)
Den Plan hab ich gesehen, was ich nicht verstehe ist wie die ganzen Transistoren einzeln gestuert werden sollen über einen einzigen Pin - oder können die das nicht?
Du kannst damit etwa 500mA schalten, wenn allerdings mehrere "Kanäle" aktiv sind, dann weniger aufgrund Erwärmung.
Dann ist das Ding schon gestorben und ich bleib bei klassischen MOSFETs.
Es kommt jetzt ganz darauf an, mit wie vielen LEDs du pro Balken rechnest. Damit lässt sich die zu schaltende Stromstärke ausrechnen und dann kann man sich für eine Lösung entscheiden. Vermute aber, dass du mit MOSFETs auf der sicheren Seite bist, vor allem um später auch noch genug "Reserven" zu haben, um auch höhere Ströme schalten zu können.
Wie gesagt 12V und unter normalen Umständen bis 15A. Gerne würde ich mir aber auch wesentlich mehr offen halten. Sicherlich werden aber irgendwann die MOSFETs auch teuer. Vor allem, da ich 15 Stück brauche...
Gruß,
Kevin
Abnormal
13.05.2011, 05:33
1 Die Konsequenz dieser Aussage verstehe ich nicht. Kann man einen Transistor nicht auch so steuern:
http://imageshack.us/photo/my-images/688/transistor.jpg/
2 Wenn ich das richtig verstehe haben MOSFETs nur vorteile gegenüber Transistoren und haben diese so gut wie verdrängt. oder?
1 nein: ohne Basisstrom (BE) kein Laststrom (CE), strom (auch Basisstrom) fliest nunmal nur in einem geschlossenen Kreis.
2 ich glaube nicht, das man das so sehen kann. Jeder Anwendung der "passende" (aus welchem Grund auch immer) Bauteil. Wenn das so wäre, würde heute kein bipolarer Transistor mehr am Markt sein.
der Vorteil des unipolaren Transistor ist die "leistungslose" Ansteuerung.
eigentlich hatte ich auch mehr sowas gedacht.
http://imageshack.us/photo/my-images/21/transistorb.jpg/
Wenn ich mir das recht ansehe ist das aber auch keine galvanische Trennung.
Sind eigentlich Schaltzeiten bei MOSFETs ein Thema? Schließlich soll so ein PWM-Signal vielleicht 200Hz haben. Will man bis prozentgenau regeln können bedeutet das Schaltzyclen von 33µs.
Gibt es Tabellen, wo ich mein Bauteil nach Kriterien suchen kann oder muss ich hunderte Datenblätter studieren um ein geeignetes MOSFET zu finden?
Hallo,
auf mikrocontroller.net gibt es eine Tabelle zum Vergleichen.
Siehe: http://www.mikrocontroller.net/articles/Standardbauelemente#N-MOSFET
Grüße,
Bernhard
Hi,
super Tabelle! Vielen Dank!
Demnach müsste IRLZ34N also genau richtig für mich sein.
max 55V, max 30A, 35 mOhm On-Widerstand & Gatespannung kompatibel mit 5V-Controllern. Schaltzeit ~ 0.1µs
Vermutlich sind auch bei 12V nicht mehr als 30A drin.
Was die 35mOhm On-Widerstand für mich bedeuten verstehe ich nicht.
Da die Elektronikwelt ziemliches Neuland für mich ist muss ich die dumme Frage stellen, ob ich noch was bei dem Schaltplan beachten muss.
Insbesondere die Platzierung von notwendigen oder sinnvollen Widerständen ist für mich eine schwer zu überblickende Angelegenheit.
Gruß,
Kevin
Besserwessi
13.05.2011, 10:58
Die 35 mOhm sind der ungefähre Widerstand im eingeschalteten Zustand. Beispielsweise würde bei 10 A an Strom eine Spannung von etwa 0,35 V am MOSFET verloren gehen, und der MOSFET gibt 3,5 W an Wärme ab.
Die 35 A sind mehr ein theoretisches Limit für den Kurzzeitbetrieb - immerhin fallen dann schon rund 1 V ab, und es werden 35 W verheitzt. Realistischer ist etwa die Hälfte nutzbar - darüber sollte man einen anderen größeren MOSFET nehmen.
Für den Anfang sollte man eher mit kleineren Strömen anfangen. Normale LED brauchen ja eher 20 mA als 30 A.
Ich möchte bereits vohandene LED-Lampen steuern. Ich hatte außerdem einen kleinen Denkfehler. Jeder RGB-Kanalhat ein eigenes MOSFET. Die Leistung teilt sich also auf.
Mit Luft für die Zukunft bräuchte ich pro MOSFET 2.5A als Dauerlast. Die IRLZ34N sind also super.
Da ich mich wohler fühle, wenn das System ordentlich abgesichert ist stellt sich die Frage wie hoch. 20A mit 7W Wärmeentwicklung kommt mir sehr viel vor. Insbesondere, wenn die nächste 7W-Wärmequelle direkt daneben sitzt.
Gibt es da Fausregeln wie viel Wärme für ein Steuermodul okay sind?
Besserwessi
13.05.2011, 13:54
Das TO220 Gehäuse der IRLZ34N kann so etwa 1-2 W ohne extra Kühlkörper los werden. Wenn man viele solche Wärmequellen dicht zusammen hat ist das schwer über den Strom der Einzel-leitungen abzusichern. Gerade bei kleinen Spannungen ist die Auslegung nicht so einfach, wegen der Verluste an der Sicherung und wegen des begrenzten Kurzschluss-stroms. Die Sicherungen lieber nicht unnötig groß wählen, denn da sind auch noch Toleranzen (in Europa nach oben). Für 2,4 A maximale Last also eher eine Sicherung für 3-4 A. Zusätzlich sollte man eine thermische Sicherung vorsehen - als fertiges Element, und/oder zusätzlich auch in Software über den µC der PWM Signal erzeugt.
p.s. bei 20 A hätte man schon rund 14 W Verlustleistung - die geht quadratisch mit dem Strom hoch. Ohne Kühlkörper ist das Limit also eher so bei 5-7 A.
Eine Lösung über den µC und Thermoelement klingt sehr elegant, aber auf welche Temperatur kann ich den einregeln? Sind 50°C zu wenig?
Kann man sich mit dieser Lösung nicht sogar die eigentliche Sicherung sparen?
Besserwessi
13.05.2011, 18:04
Ob man die Sicherung braucht, hängt davon ab wie der Rest aussieht, und wie Schlimm eine Überhitzung wäre. Das mindeste ist eine nicht zu groß ausgelegte Sicherung auf der 230 V Seite der Versorgung - das kann ggf. reichen, wenn man da nicht zu viel Reserve hat. Eine Temperaturmessung über den µC würde ich nicht per Thermoelement, sondern eher per Diode machen. Je nachdem wo man den Sensor hat, sind 40-80 C schon ein passendes Limit. Schließlich muss der µC abschalten bevor der MOSFET defekt ist (s.u.).
Ganz so zuverlässig wie eine echte Sicherung ist das aber natürlich nicht: zum einen kann der µC versagen und dann müssen ja auch noch die MOSFETs abschalten können - defekte MOSFETs neigen aber dazu dauernd leitend zu werden. Dafür ist die Abschaltung über den µC aber passend einzustellen (z.B. 20 Grad mehr als im Normalbetrieb, ggf. auch schon Abschalten wenn die Temperatur zu schnell steigt), erzeugt kaum zusätzliche Verluste und nach einer Abschaltung muss man nichts austauschen. Die Thermosicherungen sind in der Regel Einwegteile. Da ist es schon gut wenn normal der µC schon 10 Grad vorher abschaltet.
Hi,
Ob man die Sicherung braucht, hängt davon ab wie der Rest aussieht, und wie Schlimm eine Überhitzung wäre.
naja - alle betroffenen Teile würden durchschmoren. Da es sich um Lampen handelt geht keine direkte Gefahr davon aus. Höchstens indirekt durch einen Brand...
Das mindeste ist eine nicht zu groß ausgelegte Sicherung auf der 230 V Seite der VersorgungDa ich ein gekauftes Netzteil anschließen wollte bin ich davon ausgegangen, dass das hinreichend abgesichert ist - oder ist das zu naiv?
Sind Netzteile eigentlich immer gegen Überlastung gesichert? Wie finde ich raus, ob selbstrückstellend oder nicht?
Eine Temperaturmessung über den µC würde ich nicht per Thermoelement, sondern eher per Diode machen.
Wo liegen die Vorteile einer Diode?
Ganz so zuverlässig wie eine echte Sicherung ist das aber natürlich nich
Hatte mir gedacht eine Thermosicherung zur Notfallverhinderung einzubauen. Vielleicht auf 90°C...
Gruß,
Kevin
Besserwessi
14.05.2011, 14:14
Ein Thermoelement liefert eine recht kleine Spannung von z.B. 40 ca. µV/K (Typ K bzw. Kupfer Konstantan). Zusätzlich braucht man noch ein Ref. Temperatur , denn der Thermoelemente reagiert auf Temperaturdifferenzen. Man braucht also noch einen anderen Temperatursensor.
Die Diode ist günstig und liefert ca. 2 mV/K als Signal, allerdings mit etwas Offset. Direkt am AD Eingang (10 Bit AD) mit der Internen 2,5 V Ref. Spannung hat man da schon ohne Verstärkung fast 1 Grad Auflösung. Das ist nicht gut, aber als Übertemperaturschutz ausreichend.
Eine Alternative zur Diode wäre ein NTC oder PTC wie KTY81.
Bei den Netzteilen kann man sich nicht darauf verlassen, dass sie gegen Überlast geschützt sind. Kein Steckernetzteile bis etwa 5 VA sind fast immer Kurzschlussfest, das liegt aber einfach an den kleinen Trafos, kostet den Hersteller also nichts. Bei den größeren Netzteilen kann ein Überlastschutz drin sein, muss es aber nicht. Das einzige was drin sein sollte, bzw. muss ist ein (meist irreversibler) Schutz vor Überhitzung. Bei Schaltnetzteilen ist schon häufiger man ein Schutz drin, beim klassischen Trafo eher nicht.
Vielen Dank Besserwessi du hast mir viel weitergeholfen. Nun mache ich mich erstmal ans basteln :)
Den Plan hab ich gesehen, was ich nicht verstehe ist wie die ganzen Transistoren einzeln gestuert werden sollen über einen einzigen Pin - oder können die das nicht?
Erst einmal sind die Transistoren nicht "hinter einander" sondern neben einander = Parallel angeordnet und werden natürlich einzeln angesteuert. http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/105/366825_DS.pdf .Der gemeinsame Anschluss ist für die Freilauf Dioden.
Gruß Richard
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