MOS-FET als Universal Relais

Der chaotische Hauptfaden

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Hightech
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MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von Hightech »

Moin,
ich benötige Unterstützung bei der Beschaltung von einem MOS-Fet.
Ziel ist das sichere Ein- und Ausschalten eines beliebigen N-Mosfet ohne direkten Massebezug.

Ich möchte zum Beispiel 42V am Plus schalten.
Das ich eine Spannungsquelle brauche ist klar.
Ich hab winzige DCDC dafür.

Ich dachte an eine Schaltung mit einem Optokopper als Eingang, aber brauchen würde man den ja nicht, oder?

Wie müsste ich den MosFet beschalten, das der mir nicht abbrennen kann?
Matt
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von Matt »

quick dirty

12-15V Gatespannung ist sehr ratsam, wenn du keine "logic level MOSFET" nutzt.

Diode (freilaufdiode) ist optional, ratsam isses schon (je nach Fälle, kann man snubberglied statt reine Freilaufdiode rein)

Argh... gerade gesehen: Plusseite schalten...

Natürlich lässt meine Schaltung auch mit kleine Umdenken dafür nutzen
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IMG_20230423_090256.jpg
Zuletzt geändert von Matt am So 23. Apr 2023, 09:41, insgesamt 1-mal geändert.
berferd
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von berferd »

Das klingt für mich sehr nach dem Suchmaschinen-Stichwort "Highside-Gate-Treiber", für NMOS. Das ist genau das was Du beschrieben hast.
Alternativ ein PMOS-Mosfet, dessen Gate auf Nullpotential gezogen wird.

Anderes Stichwort ist "Mosfet audio switch", da braucht man dann eine ausreichend große positive Gatespannung, so dass das geschaltete Signal die geschaltete Spannung nie erreicht, 15V waren da für Audiosignale als Steuer-Hilfsspannung üblich. Auch da sollten sich Suchergebnisse auftun. Das Prinzip lässt sich natürlich auch für höhere Spannungen als die 1Vss Audio nutzen. Allerdings darf natürlich die maximal zulässige Gatespannung nicht überschritten werden.

EDIT: im Originalbeitrag etwas unklar: was mit direkter Massebezug gemeint ist. Das Steuersignal? Oder das geschaltete Signal? Für Ersteres die von Matt gezeichnete Lösung. Für Letzteres die Lösung mit Highside-Gatetreiber.
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Raja_Kentut
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von Raja_Kentut »

du suchst also sowas? ( ich geh mal von Ön/Öff Funktion und nicht -zig kHz PWM aus)
https://www.st.com/en/power-management/ips160h.html
oder für universellen Mosfet
https://www.st.com/en/automotive-analog ... ec-nav-tab

oder es gibt Allesdrintreiber
https://www.analog.com/en/products/ltc7000a.html

wenn du deine DCDC Wandler verwenden willst ist die Idee mit dem Optokoppler schonmal gut. Dann kannste den FET aber nur sehr schwierig gegen Überstrom schützen.

Du kannst natürlich auch mit PNP Transistorvorstufe den FET ansteuern, auch da haste das Problem des Schutzes. Und das Fehlerfall und Startup Problem, der FET ist dann ja N.O.

Gegen Überspannung am Gate ne Z- Diode gegen Source.

Nehmen wir an, ich würde ein Gefährt bauen das unter keinen Umständen „durchgehen“ darf, würde ich eine integrierte Lösung nehmen. (oder das Prinzip nachbauen)
Matt
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von Matt »

korrigierte Q&D Vorschlag

15V hat bezugspotenzial zu 42v_switched.. (NICHT Masse..)

Nachteil gibt halt, dass du 4x DCDC Wandler für 4x Ausgang brauchst.
Je nach Leistung ist das bessere Lösung als PFET.. PFET ist elektrisch schlechter als N-FET
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Zuletzt geändert von Matt am So 23. Apr 2023, 10:45, insgesamt 1-mal geändert.
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omega
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von omega »

Mit fast allem drinnen und galvanisch trennend, gibt es auch TPSI3050. Da ist dann völlig egal wie das Bezugspotential ist. Hat aber gegenüber Rajas Vorschlägen keinerlei Strombegrenzung.
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Raja_Kentut
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von Raja_Kentut »

das LTC Teil hat auch „keine“ Strombegrenzung da auch wie beim TI ein externer Mosfet. Allerdings zusätzlich die Schutzfunktionen für den Fet.
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omega
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von omega »

Okay, ich habe nur den Shunt im Schaltplan auf der Webseite gesehen und gleiche eine Strombegrenzung interpretiert.
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zauberkopf
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von zauberkopf »

42V klingt nach Akku...

Das Ding ist der, das selbst mein Bosch Fahrradakku, erst hingeht, über einen xx Ohm widerstand die Kondensatoren am Fahrregler auflädt, und dann erst wenn die Spannung von Zellblock und Batterieklemme ungefähr gleich sind, den eigentlichen Mosfet durchschalten.
Danach erst (kann man via CAN sicherstellen) wird der Fahrregler erst in Betrieb genommen.
Das Prinzip nennt man auch Vorladung.
Ansonsten können BMS Chips natürlich auch strom messen.
Und sobald der Strom der ziemlich schnell ansteigt einen wert überschreitet, wird der Mosfet auch schon wieder abgeschaltet.
Wenn das Ungeregelt geschieht, ist dann der Mosfet der Vorladewiderstand.. ;-)

das ganze soll dann dazu dienen, die Lebensdauer vom SSR über und nicht unter einem KLR ( Klapper Relais ) zu bringen.

Übrigens, die Vorladung wird auch bei Relais angewandt um die Kontakte zu schonen.
manuel
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von manuel »

Ich würde auch empfehlen einen voll integrierten high side switch nehmen anstatt mit einem blanken MOS-FET und Treibern zu basteln. High side Switch gibt es auch mit Rückmeldung Ausgänge für die voll überwachte robuste Anwendung.
Einzig die Schaltgeschwindigkeit ist nicht immer KHz tauglich.
Texas Instruments hat da einiges im Angebot.
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Hightech
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von Hightech »

Es scheint wohl der High-Side Treiber die erste Wahl zu sein, danke für den Input!
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Hightech
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von Hightech »

Ist ja ein teures Vergnügen.... pro Chip 8 Euro...
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MatthiasK
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von MatthiasK »

Muss es dieser eine sein oder geht auch ein preiswerterer?
TDI
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von TDI »

Warum muss denn Plus geschaltet werden?
Könnte man einen N-FET nicht auch mit vertauschten D und S in der Plus-Leitung einsetzen? :?
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Alexander470815
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von Alexander470815 »

TDI hat geschrieben: So 23. Apr 2023, 22:34 Könnte man einen N-FET nicht auch mit vertauschten D und S in der Plus-Leitung einsetzen?
Wenn man das vertauscht so dass an Drain Minus und an Source Plus anliegt dann leitet die Body Diode, also sinnvoll schalten geht nicht.
TDI
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von TDI »

Nee, die Polarität bzw Stromflußrichtung bleibt schon erhalten. Der FET wandert im Stromkreis nur weiter „auf die andere Seite“ des Verbrauchers.
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gafu
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von gafu »

so viel schlechter sind doch P-Mosfet der neuesten generation auch nicht mehr, wie das früher mal war.
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Julez
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von Julez »

Ich versteh von der Thematik nicht ganz viel, aber hier scheint recht viel recht gut erklärt zu werden:

https://hackaday.com/2023/04/25/fet-the ... ransistor/
E_Tobi
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von E_Tobi »

Da gibts mehrere Wege nach Rom. Der einfachste führt über einen Photokoppler - quasi eine mini-Solarzelle mit einer Diode dran in einem Gehäuse. Der Ausgangsstrom ist winzig, aber reicht für ein Gate.
Oder halt ICs wie oben gezeigt, wo es auch verschiedene Varianten gibt. Ladungspumpe direkt aufs Gate, oder die Luxusausführung - Ladungspumpe plus Gatetreiber highside.

Der Unterschied ist wie schnell geschalten werden kann und muss, und was der FET ab kann - Jan hats eh schon angeschnitten - Stichwort kapazitive Last die vom Fet hochgeladen werden muss.
Je nach SOA geht das nur einmal, wenn man zu viel Gatestrom bereitstellt um ausreichend langsam zu schalten, und/oder zu wenig um ausreichend schnell zu werden. (Edit: hängt auch komplett von der Applikation ab, ob das überhaupt Sinn macht schnell zu schalten)
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zauberkopf
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von zauberkopf »

Übrigens, ich baue demnächst meinen 2 BFA ( Big Fucking Akku ... also für meine Verhältnisse.
Hier habe ich das Problem, das spitze 60A durchmüssen, womit die Zellen das absolut geringste problem mit haben, aber es auf dem Markt einfach kein preiswertes BMS gibt, dem ich meinem Vertrauen schenken würde.
Auch muss ich nicht auf das letzte Gramm gewicht achten.

Ich werde also hingehen, und schlicht und einfach ein Relais nehmen.
Ein Simple-BMS steuert das dann über einen schalter an.
vieleicht zeitverzögert, weil ich doch noch ne Vorladung da reintüttel.
Vermutlich kann ich da mit ein paar Dioden noch weiteres Feature mit reinpacken : Umschalten, auf sanfte automatische entladung auf 3,85V pro zelle, zum gediegenen Einlagern.
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Bastelbruder
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von Bastelbruder »

Der einfache Weg mit dem Solarzellen am Gate muß leider etwas verkompliziert werden, es muß zwingend ein Schmitt-Trigger dazu, sonst wird dem FET während der relativ langen Umschaltphasen nicht bloß warm ums Herz.
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Hightech
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von Hightech »

Brauchst du ein Relais?
Ich hab eins für 45V DC und Strooom über.
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Desinfector
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von Desinfector »

spricht eigentlich was gegen einen passenden Widerstand zur Spule in Reihe,
wenn ich z.B. 48V Schaltspannung habe und nur ein 12Spulen-Volt Relais habe?

Jetzt mal so auf Anlagenebene, Dauerbetrieb und VDE und blah.
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Bastelbruder
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von Bastelbruder »

So ein Vorwiderstand ist absolut kein Problem. Es könnte bloß sein daß das Relais dann ungewohnt schnell reagiert, aber das muß so.
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Raja_Kentut
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von Raja_Kentut »

Bastelbruder hat geschrieben: Di 25. Apr 2023, 18:58 Der einfache Weg mit dem Solarzellen am Gate muß leider etwas verkompliziert werden, es muß zwingend ein Schmitt-Trigger dazu, sonst wird dem FET während der relativ langen Umschaltphasen nicht bloß warm ums Herz.
Gibs extra für diese Anwendung spezifizierte Teile, z.B. TLP3910 von Toschiba
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Hightech
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von Hightech »

Geht das so, oder fängt der Mosfet das rauchen an?
Wird von einem PCF8574

Bildschirmfoto zu 2023-06-10 06-16-24.png
Zuletzt geändert von Hightech am Sa 10. Jun 2023, 06:17, insgesamt 1-mal geändert.
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michabe
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von michabe »

Da braucht es noch eine Z-Diode parallel zu R1 um die Gatespannung zu begrenzen. Probier mal was um die 10 V bis 15 V.
Die Widerstände R1 und R2 sind mMn sehr groß gewählt. Das sorgt für langsames Schalten und hohen Leistungsumsatz währenddessen im MOSFet. Mach die mal Faktor 10 bis 20 niedriger.
Q3 braucht noch einen Basiswiderstand.

LG
Michael
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Hightech
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von Hightech »

Ich hab die Widerstände mal angepasst, so das Vgs passt:
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Roehricht
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von Roehricht »

Hallo,
EDIT: im Originalbeitrag etwas unklar: was mit direkter Massebezug gemeint ist. Das Steuersignal? Oder das geschaltete Signal? Für Ersteres die von Matt gezeichnete Lösung. Für Letzteres die Lösung mit Highside-Gatetreiber.
Wenn der Minus nicht mit dem Rahmen verbunden ist , ist es keine Masse. Wieso wird also immer so getan als ob der Minus die Masse ist vor allem wenn keine el. leitfähige Konstruktionsteile verbaut sind

Man sollte Potentialfrei schreiben. Der Steuereingang soll vom Ausgang, also dem MOS-FET, Isoliert sein. So als ob es ein Relais ist.

Ich würde so ein Mosfet Treibär nehmen z.B IR2110 oder 2111 von International rectum fryer. Oder den hier: https://www.vishay.com/docs/81314/vo3120.pdf der VO3120 von Vishay.
Da ist der Optokoppler und Flip-Flop schon mit drin. Ein zur anliegenden Betriebsspannung passenden dc/dc Konverter für die potentialfreie Betriebbspannung der sollte 15-18V raustun.
Damit ist es dann auch egal in welchem Draht der Last das Teil eingebaut ist. Mit 8 parallelen standard Mosfets kann man ein Autoanlasser schalten. :mrgreen:

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Wolfgang
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Hightech
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von Hightech »

So hab ich es nun mal Simuliert, Vgs sollte immer im sicheren Bereich sein, egal wie die Versorgung
Bildschirmfoto zu 2023-06-12 19-00-07.png
aussieht
zellkern
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Re: MOS-FET als Universal Relais

Beitrag von zellkern »

Also ich verwende diese Schaltung an vielen Stellen hier in meinem Hausboot.
Ist ein high side switch mit P Mos Transistor und optokoppler.

Ganz simpel und funktioniert hervorragend.
Die Widerstandswerte sind für ein 12 Volt System berechnet.
Die müssen natürlich auf die jeweilige Spannung angepasst werden.

Ich hab da mal ein Video gemacht..ist schon älter

https://www.youtube.com/watch?v=gcCwvlNdKe8
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