Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik von 5V auf 12V, mosfet geht kaputt


von Tobias M. (roody)


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Hallo zusammen,

ich habe vor meinen Arduino(mit atmega328p-pu), der ein 5V PWM signal 
ausgibt, an eine LED-leiste zu hängen, die 12V benötigt.
Dafür habe ich mir den irlz 44 n rausgesucht. 
http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfz44n.pdf

Source geht an GND
Drain über die LED-leiste zu +12V.
Sobald ich nun meinen mikrocontrollerausgang (abwechselnd 0V, dann 5V) 
ans gate hänge, schaltet der Mosfet durch und schaltet nicht mehr bei 0V 
ab. auch wenn ich dann die verbindung zum gate trenne, leuchtet die 
LED-leiste

So naiv, wie ich war, habe ich keine widerstände benutzt. Wo muss ich 
ein einbauen? was mach ich falsch?

vielen dank schon mal im vorraus!!

von K. B. (Gast)


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Tobias M. schrieb:
> So naiv, wie ich war, habe ich keine widerstände benutzt.

Vor bzw. nach den LEDs, sodass der Stromfluss begrenzt ist.

von K. B. (Gast)


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Dann kannst du noch über einen Pull-Down am Gate nachdenken. Und einen 
Strombegrenzungswiderstand zwischen Gate und Mikrocontroller eventuell. 
Der AVR kann halt (höchstens) 40 mA pro Pin ab. Die fließen zwar nur 
während der Umladung, aber wenn du auf Nummer sich gehen willst, dann 
begrenzt du den Strom auch hier.

von ek13 (Gast)


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Wenn Du die Verbindung zum Gate auftrennst, kann durch die Rest-Ladung 
der Mosfet eingeschaltet bleiben!  Gate – Source kurzschließen! Prüfe 
erst mal, ob der wirklich defekt ist.

Zwischen uC PWM Ausgang und Gate 1KOhm Widerstand einsetzen.
Dein Mosfet verträgt nur max. 55V  Drain  Spannung, ggf. eine  Z-Diode > 
15....30V zwischen Gate (A) und Drain (K) damit bei evtl. 
Spannungsspitzen über den Mosfet abgeleitet wird.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Tobias M. schrieb:

> ich habe vor meinen Arduino(mit atmega328p-pu), der ein 5V PWM signal
> ausgibt, an eine LED-leiste zu hängen, die 12V benötigt.
> Dafür habe ich mir den irlz 44 n rausgesucht.
>
> Source geht an GND
> Drain über die LED-leiste zu +12V.

Nur zur Klarstellung: "LED-Leiste" meint so ein Ding, das man sonst 
direkt an 12V hängen soll? Dann sind da nämlich schon Vorwiderstände 
drin und du kannst den Gast weiter oben ignorieren.

> Sobald ich nun meinen mikrocontrollerausgang (abwechselnd 0V, dann 5V)
> ans gate hänge, schaltet der Mosfet durch und schaltet nicht mehr bei 0V
> ab. auch wenn ich dann die verbindung zum gate trenne, leuchtet die
> LED-leiste

Nochmal eine Klarstellung nötig: bevor du den Arduino angeschlossen 
hast, waren die LEDs aus? Weil, wenn die immer schon an waren, dann hast 
du evtl. nur Source und Drain vertauscht.

Ferner: ein MOSFET ist am Gate extrem empfindlich. Schon statische 
Aufladung kann den zerstören. Wie immer du deine Schaltung aufbaust, du 
darfst das Gate nie unbeschaltet lassen (z.B. wenn das ein 
Steckbrett-Aufbau ist und du den Arduino abziehst und das Gate dann in 
der Luft hängt). Es kann genausogut sein, daß du den MOSFET schon 
gehimmelt hast.

Was du probieren kannst: den Arduine abziehen und Gate direkt mit Source 
verbinden. Wenn die LEDs immer noch leuchten, ist der MOSFET hin.

> So naiv, wie ich war, habe ich keine widerstände benutzt. Wo muss ich
> ein einbauen? was mach ich falsch?

Du braucht vermutlich keinen Vorwiderstand für die LED-Leiste (weil: 
schon eingebaut). Und du brauchst auch keinen Widerstand vor dem Gate. 
Ein kleiner Widerstand von 10-100 Ohm kann da nicht schaden, ist aber 
nur für EMV nötig.

Um die Gesundheit des MOSFETs unter Bastelbedingungen zu erhalten, 
schlage ich vor, dem MOSFET einer Z-Diode von 6..20V (also größer als 
die geplante Steuerspannung und kleiner als V_gs_max aus dem Datenblatt) 
direkt zwischen Gate und Source zu verpassen, parallel dazu noch ~100K 
und dann noch einen Widerstand 100 Ohm in die Gate-Leitung.

Das erhaltene Gebilde verhält sich nach außen immer noch wie ein 
normaler MOSFET, ist aber wesentlich robuster als der nackte MOSFET 
allein. Und durch den 100K Widerstand ist es ohne Steuerspannung auch 
sicher aus.


XL

von Tobias M. (roody)


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wow, danke für die schnellen antworten!
Ja, vorwiderstände sind in der led leiste und mosfets sind defintiv 
kaputt.

> waren die LEDs aus?
hab alles angeschlossen, leds waren aus. dann hat das arduino von 0V auf 
5V die gatespannung geändert und danach gingen die leds nicht mehr aus.

@Axel
ich hab zwar nicht die passenden widerstände und z-dioden zu hand, aber 
werde dein vorschlag demnächst ausprobieren. danke

von Carsten R. (kaffeetante)


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Hast Du GND vom Arduino mit GND beim FET verbunden?

Gruß Carsten

von Tobias M. (roody)


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nein, die einzige Verbindung zwischen arduino und dem rest ist ein PIN, 
der zum gate geht.
Wenn ich mit 0-5V ans gate gehe, source an GND und an drain über eine 
LED mit vorwiderstand mit 5V verbinde, funktioniert alles einwandfrei.

zu den 12V:
Also habe ich es richtig verstanden, dass aus irgendeinem Grund 
irgendwann eine zu hohe Spannung auftritt (evtl. beim einschalten) und 
eine Z-diode das verhindert kann?

ich mein laut datenblatt, dürfte ja alles glatt gehen mit 5V an gate, 
GND an source und 12V an drain (und dazwischen die LED-leiste).

von Carsten R. (kaffeetante)


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Das kann nicht funktionieren!

Du hast zwar beim Arduino 5 Volt gegenüber GND vom Arduino. Aber was das 
gegenüber GND beim FET bedeutet ist undefiniert. FETS benötigen zwar 
eine gewisse Gate-Source-Spannung zum Schalten, aber zuviel zerstört sie 
auch schnell.

Wenn sich die beiden GND unterscheiden ergibt das Probleme. Du brauchst 
ein gemeinsames Bezugspotential oder einen Optokoppler oder etwas 
Anderes zur galvanischen Trennung. So oder so willst dur eine 
Spannungsdifferenz zwischen Gate und Soure erzeugen. Gas geht nicht mit 
nur einem Pin.

Was ergibt an folgendem Text keinen Sinn?

Der Berg A ist Hundert Meter hoch, gemessen vom Ausgangspunkt X, den ich 
Dir aber nicht verrate. Die Spitzen von Berg A und B liegen auf gleicher 
Höhe.
Frage: Auf welcher Höhe liegt Y?

Das ist ein Stiefel. Der Unterschied liegt dazwischen!

Ohne gemeinsamen Bezug wird das nichts.

von Tobias M. (roody)


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ok vielen dank carsten, problem verstanden.
D.h. ich muss mich jetzt erstmal mit Ortokopplern befassen oder gibt es 
eine einfachere lösung?

wie wärs damit:
ein mal schließe ich das GND vom 12V netzteil ans arduino mit einem 
großen vorwiderstand, sodass das arduino mit 5V arbeiten kann und 
desweiterin verbinde ich das gleiche GND mit dem source wie zuvor.

von Carsten R. (kaffeetante)


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Da ist ein oder in dem Satz. Wenn du die beiden GND zusammenchaltest 
brauchst du den Optokoppler nicht, es sei denn andere Gründe erfordern 
dies. Aber das ist ein anderes Thema. Dsweiteren würde ein Optokoppler 
auch zwei Leitungen zum Arduino erfordern. Einmal hin und einmal zurück 
zur Masse des Arduino.

Die beiden Massepotentiale werden möglichst unmittelbar verbunden, also 
kein Widerstand dazwischen, damit sie auf der gleichen Ebene liegen. Nur 
so kannst du die 5 Volt zuverlässig auf ddas Gate übertragen. Eventuell 
kommt da noch ein Widerstand zwischen dem 5 Volt Pin und dem Gate.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Tobias M. schrieb:

> nein, die einzige Verbindung zwischen arduino und dem rest ist ein PIN,
> der zum gate geht.

Häh?

> Wenn ich mit 0-5V ans gate gehe, source an GND und an drain über eine
> LED mit vorwiderstand mit 5V verbinde, funktioniert alles einwandfrei.

Aha. Dann ist dein MOSFET noch in Ordnung.

Aber wie kommst du auf die Idee, du müßtest GND des Arduino nicht mit 
dem Source des MOSFET verbinden? Eine Spannung ist die 
Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten. Ohne zweiten Punkt ist die 
Angabe einer Spannung witzlos. Eine Spannung ohne weitere Angabe bezieht 
sich immer auf das Bezugspotential, das aus historischen Gründen GND 
heißt. Und selbstverständlich müssen alle Punkte einer Schaltung, die 
GND heißen, miteinander verbunden sein.


XL

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