PWM Signal verstärken

[Markus (Gast)]

Hallo!

Falls es sich um eine unqualifizierte Frage handelt, bitte ich dies zu 
entschuldigen.
Ich bin Maschinenbauer und beschäftige mich nur hin und wieder in meiner 
Freizeit mit Elektrotechnik.
Ich würde mich also umso mehr über einfache Antworten freuen! :-)

Vor einiger Zeit hatte ich hier mal um Hilfe ersucht und diese auch 
bekommen!
Damals ging es um FAST die selbe Aufgabenstellung:

Beitrag "Verstärkerschaltung für PWM"

Das neue Problem ist folgendes:
Ich habe eine kleine Elektronik, die ein PWM-Signal unbekannter 
Pulsweite erzeugt.
Alles was ich weiß ist, dass die max. Ausgangsspannung 5V beträgt und 
mit 2A belastbar ist.
Mein Verbraucher ist ein LED-Strang mit 7,2V und 4A.

Die alte Elektronik lieferte ein positives Ausgangssignal mit 7,2V. Das 
konnte ich dann verstärken, indem ich den MOSFET IRFR024N einfach mit 
seinem Gate an die Signalquelle gelötet habe.
Zwischen Gate und Signal kam noch ein 100Ohm Widerstand und voila': 
Perfekte Signalverstärkung ohne allzu große Abwärme am FET.

Wie aber kann ich das Signal verstärken, wenn es nur 5V hat und am 
Minuspol anliegt?
Ich habe mal ein kleines Foto der Platine mit Peripherie angehängt. Das 
sollte evt. verständlicher sien, als mein Text :-)

Vielen lieben Dank schonmal!
Mit den besten Grüßen,
Markus

[Hannes L. (hannes)]

Markus schrieb:
> Foto der Platine mit Peripherie

Wenn Du die Leiterbahn vom PWM-Ausgang verfolgst, kommst Du zu einem 
SMD-Dreibeiner (SOT23). Dies ist höchstwahrscheinlich ein FET. Der linke 
obere Pin davon ist sein Gate.

Dort kannst Du das Gate eines IRLU024N (oder ähnlichen LL-FETs) 
anschließen, Source auf "-", Drain an Deinen LED-Strang, der mit 
separatem Plus versorgt wird. Wenn Du Bedenken hast, dass die kapazitive 
Last für die FET-Ansteuerung zu groß wird, kannst Du ja den (nicht 
genutzten) SMD-FET auslöten.

...

[Markus (Gast)]

Vielen Dank für die schnelle Antwort!
Ist das wirklich so einfach? Und vor Allem: Kann ich da auch nix an der 
Elektronik zerstören?
Immerhin hängt da ja standardmäßig ein anderer FET dran...

[Markus (Gast)]

Guten Morgen nochmal! :-)
Ich habe mal ein Foto von der Platine gemacht, auf welchem man den 
Leistungsteil relativ gut erkennt.
Auf dem SMD Bauteil steht "S2G28" oder "S2628".
Ich konnte mit beiden Suchbegriffen kein Datenblatt finden.
Ich kenne mich aber auch nicht mit der abgekürzten Schreibweise von 
SMD-Bauteilen aus...
Davor ist ein anderes SMD Bauteil mit der Aufschrift "01C"?? zu sehen. 
Ist das ein Kondensator?

Kann ich bei all diesen Zweifeln nicht den Ausgang mit einem 
p-kanal-Mosfet verstärken?

Vielen Dank schonmal!

[Markus (Gast)]

Hab das Foto vergessen.

[Markus (Gast)]

Hier nochmal ein Detailfoto von den beiden Bauteilen

[Hannes L. (hannes)]

Markus schrieb:
> Ist das ein Kondensator?

Ich halte das für einen Widerstand, wobei ich mit der Bezeichnung auch 
nichts anfangen kann.
Warum? Das Bauteil liegt an den beiden Anschlüssen des Dreibeiners, die 
beim FET Gate (oben) und Source (unten) sind. Dies ist also ein 
"Angstwiderstand", der den FET sperren soll, solange seine 
Ansteuerschaltung hochohmig ist, also das Floaten des Gates verhindern 
soll. Wird der FET direkt aus einem Mikrocontroller angesteuert, so ist 
dies der Fall, denn Mikrocontroller haben während des Resets meist 
hochohmige Pins.

Markus schrieb:
> Auf dem SMD Bauteil steht "S2G28" oder "S2628".

Auch damit kann ich nichts anfangen, aber wenn ein Großkunde ein Bauteil 
in Großmengen kauft, dann kann er auch bestimmen, was da draufgestempelt 
wird. Dass der rechte Pin Drain (Ausgang) ist, und die linken beiden 
Pins Gate (Steuereingang) und Source (Masse) mit einem Widerstand 
verbunden sind, sagt mir, dass es eine FET-Schaltung ist. Es gibt 'zig 
FET-Typen im SOT23-Gehäuse mit dieser Anschlussbelegung.

Markus schrieb:
> Kann ich bei all diesen Zweifeln nicht den Ausgang mit einem
> p-kanal-Mosfet verstärken?

Im Prinzip ja, aber da musst Du schon genau wissen was Du machst. Da es 
sich nicht um einen gelegentlich mal betätigten Schalter handelt, 
sondern um eine PWM, braucht das Gate einen Push-Pull-Treiber. Denn der 
(externe) FET soll ja nicht nur schnell einschalten, sondern auch 
schnell wieder aus, damit er möglichst kurze Zeit im halboffenen Zustand 
verweilt, in dem eine hohe Verlustleistung anfällt. Der 
Schaltungsaufwand wird also um Einiges höher, als wenn Du einen LL-N-FET 
(mit nicht allzuhoher Gate-Source-Kapazutät) direkt mit dem Signal 
ansteuerst, das bisher den SMD-FET angesteuert hat.

Ich benutze gern den LL-HexFET IRLU024N, der ist bezahlbar, kann (bei 
10V am Gate, die wir hier nicht haben) um die 17 Ampere Dauerlast und 
hat eine noch erträgliche GS-Kapazität. Ich nutze diesen Typ z.B. in 
Gartenbahn-Fahrtreglern, wo der Tiny2313, der ihn mit einer PWM-Frequenz 
von 28,8 kHz ansteuert, direkt aus der ersten Zelle eines 
3s-Li-Ionen-Akkupacks (3,3 bis 4,2 V) betrieben wird. Getestet werden 
die Fahrtregler mit einer 55W-H3-Lampe (warm knappe 5 A, kalt bedeutend 
mehr), dass lässt den IRLU024N auch bei dieser relativ hohen 
PWM-Frequenz völlig kalt. Deine 4 A für die LEDs sollte er also locker 
verkraften.

...

[Markus (Gast)]

Guten Morgen!
Vielen herzlichen Dank für Deine Unterstützung Hannes! :-)
Ich werde das mal testen und schreibe das Ergebnis dann hier rein.
Ich hoffe, es klappt alles!
(Es kann aber n paar Tage dauern, weil ich nicht weiß, wann ich mal Ruhe 
dafür habe.)

Viele Grüße,
Markus

[Markus (Gast)]

Hallo!
Ich wollte nur kurz Bescheid geben, dass es tadellos funktioniert!!
Der FET bleibt völlig kalt und die Verstärkung funktioniert perfekt!

Vielen Dank nochmal!
Beste Grüße,
Markus

[Frank B. (f-baer)]

Hannes Lux schrieb:
> Markus schrieb:
>> Ist das ein Kondensator?
>
> Ich halte das für einen Widerstand, wobei ich mit der Bezeichnung auch
> nichts anfangen kann.

Das ist ein 10k-Widerstand.

> Warum? Das Bauteil liegt an den beiden Anschlüssen des Dreibeiners, die
> beim FET Gate (oben) und Source (unten) sind. Dies ist also ein
> "Angstwiderstand", der den FET sperren soll, solange seine
> Ansteuerschaltung hochohmig ist, also das Floaten des Gates verhindern
> soll. Wird der FET direkt aus einem Mikrocontroller angesteuert, so ist
> dies der Fall, denn Mikrocontroller haben während des Resets meist
> hochohmige Pins.

Das ist ein stinknormaler Ziehwiderstand, der in jede FET-Ansteuerung 
rein gehört, egal ob mit PushPull-Stufe oder mit OpenDrain-Ausgang 
angesteuert wird.