Spenning på gate på FET transistor?

[St Thicket]

Jeg har tenkt å bruke en FET transistor til å styre lysdioder ved hjelp av PWM.

 

Se skjema. Her er alle lysdioder representert med en diode, men består egentlig av en matrise med 27 stk, med 3 x 9 struktur.

 

 

 

Det jeg er litt usikker på er hva som må til for at FET-transistoren skal lede. Hvor stor spenning må den ha, og hvordan kan den stå i forhold til lasten? Jeg har en ide om at den må stå å bryte mot jord, men hva er i så fall grunnen til dette?

 

Hvilke av disse koblingene fungerer best? Hvor stor spenning kan jeg ha på gate?

[Dr_VingTor]

Kretsen til høyre er å anbefale (altså den hvor transistoren står nærmest jord).

 

Dette fordi at slik du har laget det har du tenkt å bruke transistoren som en av/på bryter (hvilket er korrekt ved PWM). For å skru en FET (NMOS) på må gate ha en spenning som er høyere enn source spenningen. På kretsen til høyre vet du at source alltid ligger til jord, hvilket gjør det enkelt å finne ut hva minimum gate spenningen blir (se datablad for transistor). På den til venstre vil source spenningen variere med strømmen som går igjennom kretsen, hvilket vil gjøre det vanskeligere å drive gate til korrekt spenning, men hvis du vet strømmen og spenningen som blir liggende på source kan du jo regne deg fram.

 

For å si det slik, på figuren til høyre vil 5 volt antagelig være mer enn nok (kontroller med datablad for å se hvilken strøm transistoren klarer ved 5 volt Vgs), men på figuren til venstre vil det ikke være det. Her må du antagelig opp i 12-13 volt gate spenning for å få samme resultat som på den andre.

 

Jeg ville brukt figuren til høyre og drevet gate til så høy spenning som tillatt for å redusere resistansen i transistoren og dermed effekten som blir omsatt til varme i den så jeg unngår at den brenner opp)

[St Thicket]

Takk for svar Dr_VingTor! Det var det jeg mistenkte!

 

Jeg bruker en IRFZ48 som takkler Vgs pluss/minus 20V.

 

Gatespenningen tror jeg er opp mot 12 volt, men jeg er ikke sikker ettersom dette ennå er på tegnebrettet. Jeg skal bruke en 555 til å generere PWM, og den kommer jeg til å drive med 13 volt, så da rekner jeg med at utspenning blir noe av det samme.

 

Så det er en fordel å ha høy spenning på en MOSFET?

 

Da burde dette fungere bra hvis jeg går for denne koblingen?

 

 

[Dr_VingTor]

Jo bør jo virke fint det, men hvorfor koble slik? du må jo ha retur strøm på et eller annet vis? Er dette til en bil eller noe kanskje hvor du har jord i chassis?

 

uansett; 12V-6,9V = 5,1V (gate to source), noe som gjør at transistoren klarer å levere i underkant av 30A ved 25 grader i følge databladet (figur side 3). Burde vell være nok litt overkill kanskje? Bør ha litt å gå på uansett siden en del av parametrene vil variere med temperatur.

[jonnor]

Den optimale koplingen for en N-HEX, er lowside, dvs med hele lasten i drain og source koplet til jord til en hver tid (til høyre i 1.posten din). Dette er ikke kritisk for resitive laster, men kan være det for ikke linjære laster. Lasten i source vil danne en lokal tilbakekopling, og vil dermed også redusere Gs-ON.

Jeg ser for meg at det nå kan oppstå en situasjon når du skal "skru på" MOSFET/LED og ledene ikke har begynt å lede enda, mens transistoren har det. I et slikt tilfelle vil hele supplyspenningen (13V) ligge over LED/source, og dermed vil ikke MOSFET kunne skru seg på i det hele tatt. Om dette er et problem i praksis vet jeg ikke.

 

Hva slags frekvensområde skal du operere i?

Endret 15. oktober 2007 av NorthWave

[Dr_VingTor]

eh, roter du nå eller er det jeg som ikke henger med her?

hvordan kan det ligge en spenning over et led som ikke leder her siden spenningen over et led er bestemt av strømmen som går igjennom det?

[jonnor]

Hva er spenningen over ett brudd?

Fordi motstanden er meeeget stor, kan godt strømmen gjennom komponenten være mikroskopisk men alikevel bidra til et spenningsfall (eller potensialforskjell som det vel blir mer riktig å si i dette tilfelle).

 

EDIT: om andre deler av min logikk er sviktende, er heller uvisst.

EDIT2: Teorien støttes imidlertidig av SPICE.

Endret 15. oktober 2007 av NorthWave

[St Thicket]

Jo bør jo virke fint det, men hvorfor koble slik? du må jo ha retur strøm på et eller annet vis? Er dette til en bil eller noe kanskje hvor du har jord i chassis?

 

uansett; 12V-6,9V = 5,1V (gate to source), noe som gjør at transistoren klarer å levere i underkant av 30A ved 25 grader i følge databladet (figur side 3). Burde vell være nok litt overkill kanskje? Bør ha litt å gå på uansett siden en del av parametrene vil variere med temperatur.

 

Ja, dette er til en bil, så derfor ønsker jeg å bruke chassisjord... men, det har vel ingen praktisk betydning egentlig.

 

Jeg rekner med at det kommer til å gå gjennom ca 3 A, så da bruker jeg bare 10% av kapasiteten. Det burde holde

 

Better to be safe than sorry

 

Northwave: Jeg er med på resonnementet ditt, så jeg tror jeg kommer til å safe... Spørsmålet mitt er da, blir det for høy spenning på gate hvis jeg setter source mot jord?

[jonnor]

Nei. Vgs-threshold er mellom 2-4V og du bør dermed ha det dobbelte minst dersom du ønsker å switche on-off med kort stigetid. Vgs-max er 20V så det er ikke noe problem.

 

Jeg ville satset på en lav frekvens til dette bruket, grunnet FET'ens relativt høye kapasitans, som kan føre til at du trenger en ekstern driver mellom NE555 og FEten.

Endret 15. oktober 2007 av NorthWave

[Dr_VingTor]

ah, nå trur jeg at jeg ser hva du mente og tenkte på; men i tegningen er det jo en resistor som det ligger 6,1 volt over når kretsen er på, og summen av terskel spenningene til LEDene er mindre enn 13 volt (summen er som i figuren 5,9 volt) og hvis terskel spenningen til transistoren er 2-4 volt vil jo den totale terskel spenningen bli 7,9 til 9,9 volt (ok, da er det ikke lenger 6,1 volt over resistoren, men det er fremdeles 2-3 volt over den), så der bør ikke være noe problem å få skrudd på kretsen.

 

Antar at du tenkte hvis summen av terskel spenningene til LEDene blir så stor at når du skal legge til terskel spenningen til transistoren blir dette mer enn supply spenningen, og da er det klart at transistoren ikke blir skrudd på.

 

På den andre siden har en da også et dårlig design, når en har med LED skal en ha en resistor for å begrense strømmen ( i alle fall i dette tilfellet). Det bør alltid ligge 2-3 volt over denne resistoren da variasjon i temperatur har stor betydning for strømmen i en diode.

 

Prøv med å stette inn en resistor i simuleringen din og samtidig passe på at summen av terskelspenningene til LED/transistor er mindre enn 13 volt. Funker fint i mine simuleringer.

 

Edit:

Ellers er jeg enig i rådene dine i ditt siste innlegg. De fleste slike kretser jeg har sett som har gått i stykker har det skyldtes at transistoren ikke er drevet godt nok (kort stige/fall tid og høy nok spenning på gate)

Endret 15. oktober 2007 av Dr_VingTor

[space17]

Hva er bruksområdet ditt Thicket? Belysning? Skjønner at det må bære "power" (Luxeon/Cree/Seoul?) dioder du skal bruke etter som de trekker ~350mA. Men fremspenningsfallet på 3 dioder = 6,1V = 2,03 V/diode tilsier noe annet. "Overdriving" av IR-dioder? Hmm...blending av fotobokser?

 

 

space

[St Thicket]

Hva er bruksområdet ditt Thicket? Belysning? Skjønner at det må bære "power" (Luxeon/Cree/Seoul?) dioder du skal bruke etter som de trekker ~350mA. Men fremspenningsfallet på 3 dioder = 6,1V = 2,03 V/diode tilsier noe annet. "Overdriving" av IR-dioder? Hmm...blending av fotobokser?

 

 

space

Ja, nå kan du virkelig lure...

 

Hvis du leser mine første poster, har jeg nevnt at det er en lysdiode-matrise på 3 x 9 dioder. Her brukes superflux-dioder med en forwardspenning på 2,3 volt, altså 6,9 volt tilsammen. Dette skal benyttes på en bil som bygges om fra amerikansk til europesik standard.

 

Orginalt har man blink, brems og kjørelys på samme lampe, men jeg lager en ny styring som kun har brems og kjørelys. Orginalt trekker lampen 3 A ved brems.

 

[Dr_VingTor]

du har tenkt å ha 3 dioder i serie og så parallellkoble 9 slike seriekoblinger?

da bør du egentlig ha en motstand i serie med hver av disse seriekoblingene før du parallellkobler de. Dette er på grunn av at det kan være individuelle variasjoner i LEDene som gjør at strømmen igjennom de forskjellige seriekoblingen blir veldig forskjellig, og det trenger ikke være bra i det lange løp.

[St Thicket]

Jeg er enig med deg i resonnementet, men i dette tilfellet er det to kabler inn i lampen, og internt er det ingen motstander... Jeg har med andre ord kun mulighet til å regulere med en eneste motstand. I dette tilfellet er det en 2 ohms motstand på 50W i en TO-220 pakning. Jeg skal sette det inn i en aluminiumsboks med lokket som kjøler til motstand og transistor. Det burde være nok kjøling med tanke på at det vil være minimalt med bremsing, altså lite strøm :-)