Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Alternative zum ULN2803 mit 4 Kanal als LED Treiber


von Jan Nimi (Gast)


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Hallo zusammen,

ich bin derzeit auf der Suche nach einer kleineren Alternative zum 
ULN2803.
Nutzen tue ich das Ganze als LED Treiber an einem Atmega328p. Benötigt 
werden davon aber lediglich 3 Kanäle, da nur 3 Leds angesteuert werden.

Da es bei meiner Platine extrem auf Bauraum ankommt suche ich deswegen 
nach einer kleinere Alternative. Platinen entwickel ich selbst und das 
ganze ist schon SMD Basis (SOL18), dennoch ist der ULN etwas zu groß.

3 oder 4 Kanal wäre hier optimal, kann mir da jemand etwas empfehlen?
Strom pro Kanal max. 100 mA. Wichtig ist hier im wesentlichen die 
Baugröße.

Danke und Gruß
Jan

von Helmut L. (helmi1)


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Wie wäre es mit Digitaltransitoren.

http://www.onsemi.com/PowerSolutions/parametrics.do?id=799

Quasi ein 1/8 oder 1/4 vom ULN2803

von Jan Nimi (Gast)


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Überlegt hatte ich das ganze auch schon, lieber wäre mir aber ein Array 
zwecks Lötarbeit, da ich davon ein paar mehr Platinen herstellen will.

Könntest du denn einen empfehlen? Elektrotechnik ist nicht gerade mein 
Fachgebiet und bei der Variantenvielfalt verliere ich da schnell den 
Überblick.

von Thomas E. (picalic)


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Oder wie wäre es mit MOSFETs, im SC-70 oder SOT323-Gehäuse noch etwas 
kleiner (ca.2x2mm).
z.B. BSS214, mit 100mA ist der auch noch reichlich unterfordert...

von Christian M. (Gast)


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Schneide doch ein Teil vom Gehäuse weg. Pin 1, 2, 3, 18, 17 und 16 
kannst Du locker wegdremmeln, ohne ans Die zu kommen...

Hatte dasselbe Problem kürzlich auch. Kann den Thread grad nicht finden, 
bin unterwegs mit Mobil (Arad).

Gruss Chregu

von Jörg R. (solar77)


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Christian M. schrieb:
> Schneide doch ein Teil vom Gehäuse weg. Pin 1, 2, 3, 18, 17 und 16
> kannst Du locker wegdremmeln, ohne ans Die zu kommen...
>
> Hatte dasselbe Problem kürzlich auch. Kann den Thread grad nicht finden,
> bin unterwegs mit Mobil (Arad).
>
> Gruss Chregu

Du meinst vermutlich den hier:

Beitrag "ULN2803D kürzen"

von Thomas E. (picalic)


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Christian M. schrieb:
> Schneide doch ein Teil vom Gehäuse weg. Pin 1, 2, 3, 18, 17 und 16
> kannst Du locker wegdremmeln, ohne ans Die zu kommen...

das scheint mir aber nicht gerade weniger Aufwand zu sein, als ein paar 
einzelne SOT-23 oder SC-70 Transistoren zu löten. Notfalls gibts auch 
zwei FETs in einem SOT-26 oder SO-8, weniger Lötpunkte werden es aber 
deshalb trotzdem nicht, nur weniger Bauteile.

von Jörg R. (solar77)


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Thomas E. schrieb:
> Christian M. schrieb:
>> Schneide doch ein Teil vom Gehäuse weg. Pin 1, 2, 3, 18, 17 und 16
>> kannst Du locker wegdremmeln, ohne ans Die zu kommen...
>
> das scheint mir aber nicht gerade weniger Aufwand zu sein, als ein paar
> einzelne SOT-23 oder SC-70 Transistoren zu löten. Notfalls gibts auch
> zwei FETs in einem SOT-26 oder SO-8, weniger Lötpunkte werden es aber
> deshalb trotzdem nicht, nur weniger Bauteile.

Das sehe ich auch so, ich hatte den Thread aber zufällig noch im Kopf.
Ich würde auch normale Transistoren nehmen. So viel mehr Aufwand ist das 
auch nicht. Es sei denn es werden hunderte oder tausende Platunen 
gefertigt?

von Thomas E. (picalic)


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Jörg R. schrieb:
> Es sei denn es werden hunderte oder tausende Platunen
> gefertigt?

Gerade dann sind die Einzel-Transistoren bestimmt unschlagbar im 
Vorteil: Tausend Platinen bestückt wohl keiner mehr manuell, und eine 
große Stückzahl eines billigen Standard Bauteils ist da viel günstiger, 
als ein einzelnes Spezialbauteil pro Platine (falls das mit dem Absägen 
überhaupt Massenproduk-tauglich geht).

: Bearbeitet durch User
von Jörg R. (solar77)


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Thomas E. schrieb:
> Jörg R. schrieb:
>> Es sei denn es werden hunderte oder tausende Platunen
>> gefertigt?
>
> Gerade dann sind die Einzel-Transistoren bestimmt unschlagbar im
> Vorteil: Tausend Platinen bestückt wohl keiner mehr manuell, und eine
> große Stückzahl eines billigen Standard Bauteils ist da viel günstiger,
> als ein einzelnes Spezialbauteil pro Platine (falls das mit dem Absägen
> überhaupt Massenproduk-tauglich geht).

...und eine evtl. notwendige Reparatur wäre preiswerter und leichter 
durchzuführen.

: Bearbeitet durch User
von michael_ (Gast)


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Jan Nimi schrieb:
> 3 oder 4 Kanal wäre hier optimal, kann mir da jemand etwas empfehlen?
> Strom pro Kanal max. 100 mA. Wichtig ist hier im wesentlichen die
> Baugröße.

Dann nimm den 2003. Der ist nur 10mm lang und 4mm breit als SMD.

von Thomas E. (picalic)


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michael_ schrieb:
> Der ist nur 10mm lang und 4mm breit als SMD.

Wie breit der Kunststoffkörper des ICs ist, ist in Bezug auf den 
Platzbedarf wohl eher uninteressant - mit den Anschlussbeinchen und den 
notwendigen Pads ist die Breite dann eher 7mm, macht also ganze 170 
Quadratmillimeter PCB-Fläche um drei LEDs zu schalten!

Zwei Doppeltransistoren in SOT-26 (=SOT-23 mit 6 Beinchen) würden 
zusammen nur etwa 20 mm² benötigen, drei Einzeltransistoren (SOT-23) 
also etwa 30 mm².
Ein SOT-323 (= SC-70, SC-88) Gehäuse würde nur etwa 5 mm² beanspruchen. 
Als Doppeltransistor mit 6 Pins wird es mit 0,65 mm Pitch dann aber 
schon etwas anspruchsvoller beim Löten, wogegen drei SOT-323 
Einzeltransistoren für die drei LEDs mit insgesamt ca. 15 mm² nicht mehr 
Geschick beim Löten erfordern dürften, als ein SO-Gehäuse mit seinen 
1,27 mm Pitch. Das scheint mir ein guter Kompromiss zwischen "möglichst 
klein" und "einfach zu handlen". Es wäre damit also weniger, als 1/10 
der Platinenfläche des ULN2003, bei ähnlichen "Löt-Skills".

von Jan Nimi (Gast)


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Also in den Bereich hunderte oder tausende soll das nicht laufen... dann 
mach ich das auf jeden Fall nicht mehr von Hand :D

Dremeln will ich eher ungern.

Ich würd gerne mal die Variante mit SOT-323 Mosfets oder Transistoren 
probieren. Den BSS214 finde ich leider nur bei Mouser mit 20€ Versand. 
Gibts dazu eine "gängige" Alternative? Am besten irgendwas, was ich mir 
eben bei Ebay bestellen kann um das zu testen. Wie gesagt, das ist nicht 
gerade mein Fachgebiet. Oder worauf muss ich hier genau achten? Strom 
ist mir klar, aber das gibt ja auch noch etliche andere Parameter.

Gruß
Jan

von Jan Nimi (Gast)


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Eignet sich beispielsweise dieser hier?

https://www.conrad.de/de/mosfet-fairchild-semiconductor-mmbf170-1-n-kanal-300-mw-sot-23-3-1264776.html

Ist jetzt zwar SOT-23-3 aber das wäre nicht so wild.
Betrieb direkt am uC. Led und Vorwiderstand hängen an 12V. Mit den 500mA 
hab ich auch noch ein wenig Luft.

Gruß

von THOR (Gast)


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Hab den PCA9553 gefunden, leider nur 25mA pro LED.

Sonst wirklich Einzeltransistoren in TO92 oder SOT.

von Thomas E. (picalic)


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Hallo Jan,

Jan Nimi schrieb:
> Oder worauf muss ich hier genau achten?

um ein paar LEDs mit niedriger PWM-Frequenz (kHz) zu schalten, wenn der 
FET direkt von einem Mikrocontroller angesteuert wird, muß man bei 
MOSFETs eigentlich nur auf wenige Parameter achten:
- N- oder P-Kanal. N-Kanal trifft es als Ersatz für den ULNxxx, weil die 
LED nach Masse eingeschaltet wird, wenn das Gate mit einer positiven 
Spannung angesteuert wird.
- max. Strom (ist eh klar)
- max. Spannung (D-S, also die, die geschaltet werden soll)
- Widerstand im eingeschalteten Zustand (RDSon) - je kleiner, desto 
besser. Ist zwar bei 100mA i.d.R. nicht so kritisch, aber Widerstand 
produziert Spannungsabfall und Verlustleistung, die als Wärme am 
Transistor anfällt.
- Gate-Spannung, bei der der FET richtig eingeschaltet wird. Bei 
Ansteuerung durch einen Controller mit z.B. 3,3V Betriebsspannung muß 
der FET bei dieser Spannung auch schon sicher eingeschaltet sein, d.h. 
im Datenblatt muß für diese oder eine kleinere Gatespannung ein 
ausreichend kleiner RDSon garantiert sein. FETs, die auch bei kleinen 
Gatespannungen schon ordentlich leiten, findet man meist unter der 
Bezeichnung "Logic Level FETs".
- Gehäuseform.

Zur Schaltung:
Da der FET keinen Gate-Strom benötigt, um eingeschaltet zu sein, sollte 
das Gate ggf. per Pull-Down Widerstand von einigen zig kOhm auf 0V 
gezogen werden, damit der FET nicht unkontrolliert einschaltet, bevor 
der Mikrocontroller den IO-Port initialisiert.

Jan Nimi schrieb:
> Eignet sich beispielsweise dieser hier?

Nein, der BS/MMBF170 leitet auch bei 5V Gatespannung noch nicht richtig 
und hat sogar bei Ugs=10V noch viel Widerstand. Ich finde den außerdem 
zu teuer.

Der hier würde eher passen:
https://www.conrad.de/de/mosfet-infineon-technologies-irlml2502trpbf-1-n-kanal-125-w-sot-23-162827.html

(was nicht heißt, daß es nicht noch bessere/günstigere gibt. Habe nur 
nicht  weiter gesucht)

Gruß,

Thomas

von Thomas E. (picalic)


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Wenn's kleiner werden soll, wäre evtl. der hier noch interessant (2 
Transistoren in einem SOT-23-6 Gehäuse):
https://www.conrad.de/de/mosfet-fairchild-semiconductor-fdc6401n-2-n-kanal-700-mw-sot-23-6-1263366.html

von Jan Nimi (Gast)


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Hallo Thomas,

so langsam werde ich damit warm, super Erklärung! N-Kanal macht hier 
dann ja Sinn, wenn ich die Programmierung beibehalten will, wie sie ist.

Zusammenfassend hast du also in dem Fall auf folgende Dinge geachtet:

 - N-Kanal - Schalten mit positiver Spannung
 - Spannung (hier 20 V Volt)
 - Strom Id > vorhandener Strom
 - UGS möglichst gering damit RDS möglichst klein bei anliegender 
Spannung (Diagramm im Datenblatt RDS/VGS)
 - Sockel (erklärt sich von selbst)

Dann hat VGS ja direkten Einfluss auf die am MOSFET abfallende Spannung, 
richtig? Zwecks Ptot? Mit 5.0 V VGS liegt man ja hier schon relativ nah 
am Grenzwert, dem sich die Kurve im Diagramm annähert.

Das was ich hier so erstaunlich finde ist der Id von 4,2 A bei dem 
kleinen Gehäuse. Inwieweit kann/darf man diese Grenze ausreizen, wenn 
man sichergehen will, dass das Ganze keinen Schaden nimmt?
Wenn man rein nach dem Wert geht, könnte man ja ganz leicht damit auch 
eine High-Power LED schalten, die sich 2 A gönnt, oder seh ich das 
falsch?

Gruß
Jan

von Thomas E. (picalic)


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Jan Nimi schrieb:
> Das was ich hier so erstaunlich finde ist der Id von 4,2 A bei dem
> kleinen Gehäuse. Inwieweit kann/darf man diese Grenze ausreizen, wenn
> man sichergehen will, dass das Ganze keinen Schaden nimmt?

IR baut ja keine Autos mit Dieselmotor, also kann man wohl den Werten in 
den Datenblättern schon glauben! ;)
Je näher man sich den abs. Maximum Ratings allerdings annähern will, 
desto mehr muss man darauf achten, daß alle Randbedingungen eingehalten 
werden. Ein lausiges Layout mit 0,2mm Leiterbahnen auf einer 0,8mm 
dünnen, einseitigen Platine führt garantiert dazu, daß der Transistor 
keine 1,25 W Verlustleistung abführen kann!

Bei der 2A Power-LED und Ansteuerung durch einen 5V Mikrocontroller 
müsste man sich beim Design aber schon wieder ziemlich dumm anstellen, 
damit der Transistor mehr als 200mW Verlustleistung produziert und nicht 
los wird. Vielleicht, indem eine recht hohe PWM-Frequenz und ein sehr 
hochohmiger Gate-Serienwiderstand verwendet wird, so daß der Transistor 
lange im linearen Bereich arbeiten muss.
Apropos Gate Serienwiderstand: der sollte da schon hin (z.B. 100 Ohm), 
damit der Ausgangsstrom vom Mikrocontroller beim Umschalten im 
vertretbaren Rahmen bleibt. Geht wohl auch ohne, aber mit ist es 
sauberer.

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