MOSFET bestimmen, worauf achten?

Heute ist Stammtischzeit:
Jeden Donnerstag 20:30 Uhr hier im Chat.
Wer Lust hat, kann sich gerne beteiligen. ;)
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    Thema ist erledigt, es wird ein L293D Motordriver genommen.

    Wieso ich drauf gekommen bin, dass ich hier nen MOSFET brauche weiß ich auch nicht mehr, hatte mich da aber irgendwie drin verrannt.
    Wobei das Thema MOSFET bei mir noch nicht vom Tisch ist und ich mich da auch mal in Ruhe einarbeite. Die Teile sind auch sehr interessant.

    In diesem Sinne nochmals besten Dank an alle die mir hier mal wider so super geholfen haben.
    Echt klasse Community hier!

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    Mahlzeit zusammen,

    für ein kleines "Nebenbeiprojekt" benötige ich einen oder zwei MOSFET, aber ich habe keine Ahnung welche ich nehmen soll.

    Zum Projekt:

    Es geht um einen kleinen Sumpfgleiter für Junior. Der Junge ist sechs Jahre, daher muss das Teil ich nicht besonders schnell sein.
    Die Steuerung erfolgt über zwei Arduino Nano mit NRF24L01 für die Funkverbindung. Mit entsprechenden Antennen komme ich auf mehr als genug Reichweite.
    Als Stromversorgung kommt ein 7,4 V LiPo zum Einsatz. Habe hier noch einen mit 5400mAh, der sollte das Boot ein paar Minuten fahren lassen können.
    Anbei habe ich ein Bild der Planung in Fritzing für euch.

    (Solltest ihr irgendwelche Fehler finden bitte Bescheid sagen, danke.
    Das Teil zwischen der Stromversorgung und dem NRF24L01 ist ein AMS1117 um die Spannung auf 3,3V zu regeln.
    Der NRF2401 ist hier als Beispiel, ich werde ein etwas anderes Modell mit Antenne nutzen, nur habe hierfür noch ein FritzingObjekt.

    Der Servo ist ein einfacher SG90 für das Ruder.).


    Zum Problem:

    Um den Motor für den Propeller per PWM zu steuern wollte ich einen Mosfet nutzen, laut meinen bisherigen Recherchen sollte das so damit gehen.
    Ich habe hier auch noch zwei kleine Motoren (aus einem kaputten Playmobil Kran) die haben auch schon Elkos angelötet. Habe diese einfach mal zum testen an den 5V vom Arduino angeklemmt und dort drehen die ordentlich hoch. Das dumme ist, dass ich keinerlei Daten von den Motoren habe, nur das Wissen, dass die am 5V funktionieren.

    Zum Mosfet:

    Da ich keinerlei Daten von den Motoren habe, daher bringen mir auch irgendwelche Formeln zu einem MOSFET wohl recht wenig (kenne mich mit den Teilen noch gar nicht aus!).
    Nun habe ich geschaut und MOSFETs von ein paar mW bis zu ein paar hunder Watt gefunden, alle kosten bei Conrad recht kleines Geld.
    Nun hoffe ich auf eure Erfahrungswerte und Schätzfähigkeiten.
    Was für einen MOSFET sollte ich nehmen und sollte ich diesen dann für den Betrieb über mehrere Minuten besser Kühlen?
    Was passiert wenn ich mal ganz übertrieben einen MOSFET mit 300W ( Beispiel: 300W MOSFET bei Conrad )nutze? Wird der Motor dann nicht mehr angetrieben? Wie wirkt sich so eine Überdimensionierung aus?

    Kann ich eigentlich über einen MOSFET zwei dieser Motoren synchron ansteuern? Den zweiten also parallel zum ersten anschließen? Ist nur so eine Überlegung.

    Leider kann ich aktuell die Schaltung noch nicht testen, da einige Teile noch nicht hier sind.

    Beste Grüße und immer schön gesund bleiben!
    Mario

    Einmal editiert, zuletzt von Mario Be (26. April 2020 um 12:13) aus folgendem Grund: Erläuterung der Lösung

  • Der wichtigste Parameter vor allem bei 3,3V GPIOs ist, dass der FET mit der Steuerspannung auch tatsächlich den Laststrom schalten kann. In Deinem Beispiel wäre das bei 3,3V GPIOs nicht der Fall. Wenn man sich im Datenblatt Figur 3 auf Seite 3 ansieht, sieht man, dass der FET bei 25°C erst bei einer Steuerspannung von ca. 3,8V (UGS) einen Stromfluss (ID) zulässt. Hier fallen schon mal viele FET raus. Die "Überdimensionierung" mit 300W ist überhaupt kein Problem: Der FET kann bis zu 300W in Wärme umsetzen (entsprechende Wärmeabfuhr vorausgesetzt) - wenn es weniger ist, ist auch gut.

    Wenn Du nur schalten oder mit geringer Frequenz Pulsen möchtest, ist der zweite wichtige Parameter der zulässige der Laststrom ID. Auch "kleine" FET können erstaunlich viel Laststrom, da diese beim schalten kaum Verlustleistung haben.

    Bei 5V Steuerspannung sollte dieser FET aber jedenfalls funktionieren.

    Ich verwende sehr gerne den IRLML2502TRPBF: Der schaltet schon bei 2,4V und bis zu 3A kann man den verwenden (darüber könnte es knapp werden, wenn er warm wird).

    Kühlung ist nur sinnvoll und notwendig, wenn der FET warm wird - am besten den Finger drauf und abschalten wenn es heiß wird. Meist muss ein FET nicht gekühlt werden, da diese wenig Verlustleistung haben.

    Du kannst die Motore mit einem FET schalten, solange Du den zulässigen Laststrom nicht überschreitest - aber natürlich kannst Du sie dadurch auch nur gemeinsam steuern - also ein Ausgleich unterschiedlicher Motordrehzahlen ist somit nicht möglich.

    Wenn Du mehr Details zur Auslegung von FET wissen willst (z.B. Verlustleistung durch PWM Ansteuerung), solltest Du mal im Internet recherchieren - das würde hier den Rahmen sprengen.

    Drehrichtung ändern ist eh kein Thema? Das wird natürlich mit einem FET (oder 2) nicht klappen...

    ...wenn Software nicht so hard-ware ;) ...

    Freue mich über jeden like :thumbup:

  • Hallo,

    bei der Bestimmung von MOSFET sind neben den üblichen Werten, maximale Werte von Strom und Spannung zwei (drei) weitere Eigenschaften zu beachten.

    Erste wichtige Eigenschaft bei MOSFET ist der Durchlasswiderstand (steht natürlich im Datenblatt), der bewegt sich je nach Modell zwischen einigen Ohm und wenigen Milliohm.

    Ein gesundes Verhältnis zur Last ist etwa 1/100, kann man natürlich auch runter bis 1/20, darunter wird schwierig.

    Beispiel: Motor 12V 120W macht 10A also Innenwiderstand = 1,2 Ohm also Durchlasswiderstand <= 12mOhm

    Zweite wichtige Eigenschaft, interne Kapazität, vor allem wichtig wenn schnell (hochfrequent) geschaltet werden soll z. B bei Pulsweitenmodulation.

    Diese Kapazität muss bei jedem Schaltvorgang, ge- bzw. entladen werden.

    Leider ist die Kapazität und der Durchlasswiderstand reziprok, das heißt den Durchlasswiderstand nicht einfach so klein als möglich wählen sonst muss man nachher viel Aufwand in den Schaltstrom stecken.

    Diese Kapazität bedingt auch einen Pullup bzw. -down Widerstand, oder Bipolare Ansteuerung noch besser. Fehlt dieser Widerstand und der MOSFET ist ein so kann die interne Kapazität den Transistor mehrere Minuten offen halten.

    Der Ausgang des Steuerelementes muss nun den Strom vom Pullwiderstand und den Ladestrom vom MOSFET bringen.

    Schafft er das nicht gehts daneben, oder die Schaltzeit geht deutlich nach oben, wenns der Ausgang am PI aushält.

    Mein Vorschalg, einen normalen kleinen Transistor davor hängen.

    Drittens die Steilheit, braucht man nur bei fließender Ansteuerung (halb offen oder so, z. B. Audioverstärker), bei reinen Schaltvorgängen eher unwichtig.

    Bei wie viel Volt Gatespannung hat er welchen Durchlasswiderstand.

    Viele Grüße

    Thotaa

  • Danke VeryPrivat Thotaa und RTFM

    VeryPrivat
    Danke für die Empfehlung, liest sich erstmal so, als ob ich damit hier arbeiten könnte, muss dann nur mal schauen, ob ich den oder vergleichbar als TTH den an SMD hab ich mich noch nicht ran getraut und der erste Prototyp wird erstmal auf Lochrasterplatinen aufgebaut.

    Thotaa
    Danke für die Erklärung, auch wenn ich jetzt nicht alles genau verstanden habe, aber ich werde mich da mal einlesen.

    RTFM

    Auch Dir danke für die Übersicht. Die Seite kannte ich noch gar nicht, schaut aber sehr informativ aus und ist gleich mal in die Favoriten gewandert.

    Ich sehe schon, das Thema ist (wie die meisten) gar nicht so banal wie ich erstmal dachte.
    Dank Kurzarbeit hab ich ja im Moment etwas mehr Zeit und bis die anderen Teile da sind habe ich auch noch Zeit...

  • Ist es nicht zukunftssicherer, einfach eine H-Bruecke zu holen? Die kann auch gleich Rueckwaertsfahrt, und da der Einsatzzweck Motorsteuerung ist, hast du schon eine Vorauswahl.

    Oh, und noch ein Nachtrag: der Durchlasswiderstand ist in Datenblaettern und Erlaeuterungen ueblicherweise als RDS (Resistance Drain Source) angegeben. Faustregel: je geringer der ist, desto weniger Leistung verballert der MOSFET selbst, muss also weniger gekuehlt werden, und der Wirkungsgrad des Systems erhoeht sich. Aber wie der hier deutlich bewandertere Thoota ausgefuehrt hat, ist das ein Design-Constraint, der mit anderen Eigenschaften wechselwirkt.

  • Meines Wissens nach ja. Laut Datenblatt 4.5 - 36 Volt - sollte also gehen. Du musst ins Datenblatt schauen, und abschaetzen, was dein Motor an Leistung verbraet. ZB indem du ihn via Multimeter betreibst, und mal auf die Stroeme schaust, auch wenn du mal Last auf die Achse gibst. Aber das sind DC-Motor-Treiber, und das ist genau was du willst.

  • @__deets__ 
    Gerade geschaut, das Teil macht genau was ich brauche, liegt in der Schublade und würde dem Boot für den Notfall sogar nen Rückwertsgang spendieren.
    Ich muss mich umbedingt mal mehr mit sowas beschäftigen. Bisher sind Arduino und Konsorten so wie Pi mehr Softwarelastig bei mir im Einsatz, wenig mit Aktoren, und wenn dann meist fertige Module.

    Der Motor sollte eh nicht viel Leistung brauchen, war wie geschrieben in einem Playmobil Kran, der hatte vier AA Batterien, ich weiss jetzt aber nicht mehr wie die verschaltet waren, aber da kommen ja maximal 6V zusammen.

  • Vorsicht! Hier lauern angriffslustige Milchmaedchen! Leistung ist Spannung * STROM. Und bei einer Kapazitaet von zB 1000mAh der Batterien koennte dein Motor bei 6Watt Leistungsaufnahme (also 1A mal 6V) eine volle Stunde laufen*. Und wuerde deinen Bruecke ueberfordern, 1A kann die nur kurzzeitig.

    * auch hier sind ggf. Milchmaedchen am Werk: die Kapazitaeten beziehen sich auf eine konstante Stromentnahme von 50mA. Ich bin elektronisch auch nur 10%-Gebildet...

    Meine Kopter-Motoren zB ziehen bei 15V noerdlich von 100Ampere bei Vollgas. Da hast du dann den Gegenwert von zwei Kuechenmixern, der da an Leistung verballert wird.

    Man muss da also ein bisschen aufpassen. Ich wuerde mich jetzt aber auch nicht zuuuu sehr graemen. Wenn du das mal verkabelst & ausprobierst, und zB merkst, dass der sehr heiss wird, dann ist der zu klein ausgelegt. Und 4 der Beinchen in der Mitte sollen zur Kuehlung dienen, die also auch verloeten und wenn moeglich eine Massflaeche oder so dran packen.

    Einmal editiert, zuletzt von MistyFlower59469 (26. April 2020 um 13:20)

  • Thema ist erledigt, es wird ein L293D Motordriver genommen.

    der ist aber ziemlich alt und verlustreich

    ich würde ja eher nach MOSFET Driver suchen

    https://www.google.com/search?q=mosfet+stepper+driver

    und dann unter shopping und nach passenden Daten, Spannung/Strom

    lasst die PIs & ESPs am Leben !
    Energiesparen:
    Das Gehirn kann in Standby gehen. Abschalten spart aber noch mehr Energie, was immer mehr nutzen. Dieter Nuhr
    (ich kann leider nicht schneller fahren, vor mir fährt ein GTi)

  • @__deets__ 
    Danke für den Hinweis. Ich werde später mal den Motor an einen 7,4V Accu hängen und messen was der sich so an Strom nimmt. Glaube aber nicht, dass der sich nen ganzen Ampere nimmt. Mit den Motoren lief der Kran ewig und war bei Junior lange in Gebrauch und ich kann mich nicht erinnern dass ich da mal die Batterien getauscht hätte.
    Einen Testaufbau mit einem L293D werde ich auch mal machen und schauen wie warm der wird bei längerer Volllast.

    jar
    Ok, die Teile sind ja auch recht günstig, aber die L293D liegen hier nunmal rum, und das Projekt ist eher ein Prototyp den ich mit meinem Jungen in den kommenden Tagen zusammenbauen möchte.
    Er wollte nen RC Boot und Papa ne Beschäftigung.
    #stayhome ist halt auch #projektzeit
    Und da ich gestern die Mail bekommen habe, dass 95% der Mitarbeiter, worunter ich auch falle, auf jeden Fall noch den kommenden Monat Zuhause bleiben brauchte ich neue Aufgaben.

    Sollte das ganze gut klappen kann es sein, dass wir auch mal ein richtiges Boot in angriff nehmen, dann kann ich noch immer auf die MOSFET Driver zurückkommen. Zumal da dann auch andere Motoren verwendet werden würden, aber das ist Zukunftsmusik.

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