Frage zu MOSFETs

[kuddlmuddl]

Hallo Leute,
ich möchte gerne eine LED Beleuchtung durch einen µC gesteuert am PC-Netzteil betreiben.
Da ich gestern meinen ersten MOSFET gebraten habe und meine Simulation sich nicht so verhält wie erwartet bitte ich hier um Hilfe von jemandem der mehr Ahnung von Strom hat als ich

An sich funktionierts:
3x 3,5V LEDs in Reihe mit überdimensionierten 5Ohm Vorwiderstand an 12V und es leuchtet.

Auch wenn ich einen Logic-Level Power MOSFET http://www.mikrocontroller.net/part/IRLR8743 benutze um die LEDs zu schalten funktioniert es:


Dh wenn ich den Schalter schließe, dh wenn ich die +5V (rot am Molex) mit dem Gate verbinde gehen die LEDs an.

Nun habe ich aber folgendes Problem:
Die LEDs werden bei 5V nicht so hell wie direkt an 12V. Dh der Mosfet scheint nicht voll durchzuschalten.
Da ich später einen CortexM3 zum schalten des MOSFET verwenden will der nur 3,3V an den IOs hat wird sich das Problem noch verschärfen.
Da ich noch 4 (bzw 3 heile ) dieser Power-Mosfets liegen hab dachte ich mir, ich baue eine art "Doppelschalter". Also einen Schalter für 12V womit ich den eigentlichen MOSFET schalte. Dh die 5V schalten 12V und diese 12V schalten den eigentlichen MOSFET. (Treiber?)

Allerdings zeigt mir meine Simulation, dass die Lampe leuchtet OBWOHL der Schalter noch nicht geschlossen ist? Wie kann das sein?

Bitte um Hilfe, bevor ich den nächsten Mosfet brate.. hab nur noch 3

Edit: Die Simulation habe ich mit Yenka zusammengeklickt.

 

[HominiLupus]

Der MOSFET wird immer die 12V Spannung etwas erniedrigen.

Wieviel Strom zieht denn eine einzelne LED? Nur damit kannst du den Vorwiderstand berechnen.

 

[kuddlmuddl]

Der MOSFET wird immer die 12V Spannung etwas erniedrigen.

Da sehe ich kein Problem? Selbst bei 5V schaltet er ja.. nur nicht genug. Daher werden etwas erniedrigte 12V locker reichen. Es ist ein Logic-Level.. dh er sollte bei erniedrigten 12 locker schalten.

Die LEDs ziehen jeweils 700mA und der korrekte Vorwiderstand wäre daher ca 2Ohm. Da ich aber bei den Tests nicht jedesmal erblinden will (3W je LED is sehr viel..) habe ich den Widerstand übergangsweise erhöht. Vorwiderstand habe ich ausgerechnet mit http://www.led-rechner.de/

Das alles hat aber nichts mit meinem Problem zu tun!

 

[Bagbag]

Mach deine Simulation mal damit: http://www.falstad.com/circuit/.
Finde ich bisher der beste Simulator den ich gefunden habe.

 

[Hias1000]

Ich verwende für eine ähnliche Schaltung einen PhotoMOS.

 

[kuddlmuddl]

Ich glaube die software ist ok und ich mache einfach einen Fehler, aber ok.

Mit http://www.falstad.com/circuit/ erhalte ich schon nach der hälfte ein Ergebnis das ich nicht verstehe:


Wieso leuchtet die Lampe?
Bzw wieso kommt beim rechten MOSFET plus an, obwohl der Gate vom linken nicht versorgt wird? Der Linke Mosfet verhält sich wie ein Leiter, obwohl ich dessen Gate garnicht angeschlossen habe. Müsste der jetzt nicht gesperrt sein?

Der PhotoMOS klingt gut für mich als Anfänger weil da steht "Kurzschlussfeste Ausführung". Ansonsten wollte ich schon gerne den obigen Power-Mosfet benutzen, da evtl mal sehr viele LEDS zum Einsatz kommen und der kleine Baustein nicht genug Strom aushält.

 

[Bagbag]

Bei MOSFETS muss man Gate auf Low ziehen, also mit eine hochohmigen Widerstand von Gate an GND, da die Spannung sonst nicht abfällt wenn du den Schalter kippst. Soweit in meiner Theorie, aber im Simulator bekomm ich es nicht gebacken einen höheren Strom als 20 mA fließen zu lassen.


So funktioniert zwar das ein- und ausschalten, aber der Strom reicht bei weitem nicht.
Genauso sieht es aus, wenn man nur einen MOSFET nutzt.

 

[kuddlmuddl]

Bei MOSFETS muss man Gate auf Low ziehen, also mit eine hochohmigen Widerstand von Gate an GND, da die Spannung sonst nicht abfällt wenn du den Schalter kippst.

Das scheint tatsächlich der entscheidende Hinweis zu sein - meine Schaltung verhält sich nun wie gewünscht:

ON:


OFF:


Der linke 100kOhm Widerstand scheint Überflüssig zu sein aber ich werds mal sicherheitshalber mit diesem Aufbauen.

Liegt wohl daran, dass der Gate sich wie ein Kondensator verhält? Mir leuchtet zwar nicht ein, wieso die LEDs dann leuchten, bevor ich den Gate auch nur einmal mit Spannung versorge aber egal.. der Widerstand scheints zu bringen.

Danke schonmal! Ich bin mal am löten

 

[Bagbag]

Wie du schon erkannt hast, ist es vergleichbar mit einem Kondensator, deshalb brauchst du einen Pulldown-Widerstand (wiki), da anders als bei normalen Transistoren zwischen Gate und Source (bzw Collector und Emitter) kein Strom fließt, also muss man die Ladung über den Widerstand abfließen lassen.
(falls dich das physikalische dahinter interessiert: http://de.wikipedia.org/wiki/Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor#Grunds.C3.A4tzlicher_Aufbau_und_physikalische_Funktion)

Es reicht, wenn du es so machst:



Noch ein Tipp: Achte auf eine ausreichende Kühlung, im Datenblatt steht zwar dass er einige Ampere schafft, das jedoch auch nur, wenn er nicht durchbrennt.

 

[kuddlmuddl]

Hat erstmal alles funktioniert soweit.
Nu aber eine Frage:
Wenn ich für den linken Mosfet nur 3,3 statt 5 am Gate benutze sind die LEDs kaum sichtbar an und glimmen nur.
Kann mir das jemand erklären? U_Threshold der Mosfets ist 2V und hätte daher kein problem sein sollen? Mit 5V klappts super..

 

[Bagbag]

Um was für einen µC handelt es sich denn? Welchen Wert haben die Pulldown-Widerstände?
Miss mal mit einem Multimeter die Spannung nach und zwar zwischen Gate und Source.
Die Schaltung ist so wie auf deinem letzten Bild aufgelötet?

 

[kuddlmuddl]

Die Schaltung ist so wie auf deinem letzten Bild aufgelötet?

Ja genau wie dort bzw. statt der 5V kann ich halt auch 3,3V schalten

Um was für einen µC handelt es sich denn?

Die 3,3 kommen im Moment vom PC-Netzteil da ich noch keinen µC habe. Es soll mal ein CortexM3 werden wie Arduino Due.

Welchen Wert haben die Pulldown-Widerstände?

Der linke ist ne Reihe aus 2x 6,8kOhm also 13,6kOhm.
Der rechte hat 100kOhm.
Ist hier evtl das Problem? Ich hab zur Zeit leider nur noch 10mOhm rumliegen oder schwächere.. erst nächste Woche kommt meine Widerstandssammlung mit der Post - da sollten alle nötigen Größen bei sein.

 

[Bagbag]

Meine überlegen war, dass du einen zu kleinen Widerstand genommen hast und dadurch mehr Strom abfließt, als der µC gibt, da du aber das Netzteil verwendest ist das ja nicht der Fall.

Hast du das ganze mal mit nur einem MOSFET probiert? Wenn nicht tue das mal wenn noch möglich (siehe mein letztes Bild).

2 FETS hintereinander schalten macht eh kein Sinn, da es sich nicht wie bei normalen Transistoren verstärkt (Darlington Schaltung).

 

[kuddlmuddl]

Hast du das ganze mal mit nur einem MOSFET probiert? Wenn nicht tue das mal wenn noch möglich (siehe mein letztes Bild).

Probiere ich morgen nochmal von mir aus von mir aus? Die vereinfachte Schaltung kommt aber nicht so richtig in Frage weil meine 5V bzw 3,3V ja nur den logik-IO des µC simulieren - und den brauche ich schon. Dh es muss auch mit weniger als 12V funktionieren.

Es funktioniert aber wie in Posting 1 gezeigt mit einem. Dh ein MOSFET wird mit 12V an Gate angeschaltet und die LEDs leuchten super hell.

2 FETS hintereinander schalten macht eh kein Sinn, da es sich nicht wie bei normalen Transistoren verstärkt (Darlington Schaltung).

Mir gehts nicht um die verstärkung. Mir gehts darum, dass der MOSFET an den LEDs nicht mit 5V voll durchschaltet. Daher wollte ich diesen mit 12V schalten. Um diese 12V am Gate aber anlegen zu können kann ich nicht direkt einen 3,3V µC verwenden. Daher dachte ich, ich baue einen weiteren MOSFET ein. Wie ein MOSFET-Treiber?

Was ich gerade noch teste konnte:
Wenn ich statt der 13,8kOhm meinen 10megaOhm Widerstand einbaue verhält sich die Schaltung exakt genau so wie mit dem 13,8kOhm Widerstand. Die LEDs glimmen nur gerade so..

Außerdem ist mir noch folgendes aufgefallen: GANZ kurz vor dem glimmen leuchten sie deutlich heller. Als ob sie ganz ganz kurz ihre Maximalhelligkeit haben und dann aber sofort runter gehen. Dieses Verhalten gibts sowohl bei 13,8kOhm als auch bei 10mOhm mit den 3,3V links.

 

[Bagbag]

Genau das Meine ich, ich glaube, dass hintereinanderschalten von MOSFETS nichts bringt, wie es das bei Transistoren tun würde. Aber da bin ich mir nicht ganz sicher, Google das am besten nochmal.