Wie finde ich am einfachsten den richtigen MOSFET

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Autor
Wie finde ich am einfachsten den richtigen MOSFET
Suche nach: mosfet (3442)

    







BID = 1100071

TimoB

Gerade angekommen


Beiträge: 5
Wohnort: Kreuztal
 

  


Hallo,

ich habe vor mir eine einstellbare Konstantstromquelle zusammenzubasteln.
Ziel ist es mit einem Sollwert von 0-10V einen Strom von 0-1A vorzugeben.
Hier sind die 1A das Ideal, wenn es im Bereich von 800mA - 1200mA ist das für mich auch okay (Soll später mal einen Magnet eines Prop.-Ventils ansteuern). Die Versorgungsspg. beträgt 24VDC.

Grundsätzlich funktioniert dies auch. Ich habe mir einen herumliegenden MOSFET (IRFBG20) ausgesucht und mithilfe des Datenblatts die benötigte Gatespannung ermittelt.

In diesem Fall wird die Sollwertspg. (0-10V) umgewandelt in eine Spg. von 4.5V bis 5.5V für's Gate. Dies entspricht einem Strom I(DS) von ca. 0mA - 870mA.

Soweit so gut. Ich hätte jetzt gerne einen "möglichst" linearen Zusammenhang zwischen Sollwert und Strom. Und nicht so eine Kurve wie im angehängten Scope.

Ich habe gefühlt schon hundert Datenblätter aufs Geratewohl durchforstet. Was ziemlich frustrierend war bis jetzt.

Jetzt wäre meine Frage : Wie finde ich den passenden MOSFET am schnellsten? Gibt es eine Möglichkeit die Suche nach passenden MOSFETs vorab einzugrenzen oder vlt. sogar eine Art Suchmaschine?

Ich habe auch schon überlegt, die Ansteuerung via µC (Sollwert 0-10V auf analogen Eingang, Gatespg. via analogem Ausgang) laufen zu lassen und mir die Kennlinie in diesem anzupassen. Würde darauf aber -wenn möglich- gerne verzichten.


Gruß Timo







BID = 1100076

Onra

Schreibmaschine



Beiträge: 2478

 

  

Die großen Exemplarstreungen der MOSFET lassen ein solches Vorgehen nicht zu.
Am einfachsten machst du dich unter dem Suchbegriff "elektronische Last" schlau, denn das sind erstmal einstellbare Konstantstromquellen.

Onra

BID = 1100078

TimoB

Gerade angekommen


Beiträge: 5
Wohnort: Kreuztal


Zitat :
Onra hat am 27 Jul 2022 14:04 geschrieben :

Die großen Exemplarstreungen der MOSFET lassen ein solches Vorgehen nicht zu.


Welches Vorgehen genau? Die Kennlinie notfalls via µC anzupassen? Ich möchte ja nur ein Exemplar bauen und nicht in die Massenfertigung gehen.


Zitat :

Am einfachsten machst du dich unter dem Suchbegriff "elektronische Last" schlau, denn das sind erstmal einstellbare Konstantstromquellen.


Ich verstehe unter einer elektronischen Last ein Gerät mit dem ich z.B. solch eine Stromquelle testen kann. ???

BID = 1100080

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12700
Wohnort: Cottbus

Du hast doch schon einen OPV, jetzt musst du nur noch den Regelkreis schließen
Niederohmigen Widerstand zwischen Source und GND und diese Spannung dann auf den OPV geben - et voila eine lineare Konstantstromquelle.

Ohne Regelung hast du abgesehen von intrinsischen Paramterschwankungen auch Probleme mit Schwankungen durch Temperaturänderungen.


_________________
Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Offroad GTI am 27 Jul 2022 14:56 ]

BID = 1100092

winnman

Schreibmaschine



Beiträge: 1623
Wohnort: Salzburg

und die meisten Proportionalventile benötigen zur Überwindung der Haftreibungen einen Dither (dem Gleichstrom aufgeprägte Wechselspannung) der ja nach Größe des Ventils in der Frequenz passen muss (meist im niedrigen kHz Bereich) und dessen Pegel auch veränderbar sein sollte.

BID = 1100100

TimoB

Gerade angekommen


Beiträge: 5
Wohnort: Kreuztal


Zitat :
Offroad GTI hat am 27 Jul 2022 14:54 geschrieben :

Du hast doch schon einen OPV, jetzt musst du nur noch den Regelkreis schließen
Niederohmigen Widerstand zwischen Source und GND und diese Spannung dann auf den OPV geben - et voila eine lineare Konstantstromquelle.


Danke, das war's. Werde das demnächst erstmal auf nem Experimentierboard aufbauen. Den ein oder anderen Widerstand werde ich wohl durch nen Trimmpoti ersetzen um nachzugleichen.


Zitat :

winnman schrieb:

und die meisten Proportionalventile benötigen zur Überwindung der Haftreibungen einen Dither (dem Gleichstrom aufgeprägte Wechselspannung) der ja nach Größe des Ventils in der Frequenz passen muss (meist im niedrigen kHz Bereich) und dessen Pegel auch veränderbar sein sollte.


Danke für den Hinweis. Ich werde mich jetzt erstmal an die reine Gleichstromquelle halten und ausprobieren.
Ich behalte das aber im Hinterkopf...


Für mein Projekt bin ich jetzt erstmal mit Antworten versorgt, danke. Nichts desto trotz, falls jemand noch ne Antwort auf die Ausgangsfrage nach einer Suchmethode hat, darf er die gerne noch beantworten.

In meiner Traumwelt könnte es eine Antwort geben a la :
- Grenz die Suche ein auf FETs mit Parameter xy , diese haben besonders gerade Kennlinien im Bereich ab...

(oder so ähnlich )





BID = 1100107

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12700
Wohnort: Cottbus


Zitat :
falls jemand noch ne Antwort auf die Ausgangsfrage nach einer Suchmethode hat, darf er die gerne noch beantworten
Wie Onra schon sagte, gibt es solche Bauteile nicht. Muss jetzt ja nicht mal zwingend auf MOSFETs bezogen werden.

Dein "Scope-Bild" würde in echt auch ganz anders aussehen. Allein durch die Eigenerwärmung, während du die Kennlinie durch fährst, würde sie sich schon wieder verändern.



_________________
Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.

BID = 1100108

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Grenz die Suche ein auf FETs mit Parameter xy , diese haben besonders gerade Kennlinien im Bereich ab...
Die Linearität der Kennlinie ist ziemlich unwichtig. Es ist Aufgabe der Regelschleife für die Proportionalität zwischen Eingangs- und Ausgangssignal zu sorgen.

Dazu vergleicht man am Eingang den Sollwert mit dem Istwert, den man z.B. mit einem Strommesswiderstand in der Sourceleitung gewinnt, und möglichst viel Verstärkung, z.B. um mit einer Abweichung von 1mV den gesamten Strombereich zu durchfahren.
Dazu dient der Operationsverstärker mit seiner hohen Leerlaufverstärkung von z.B 100.000. Auch hier ist der wirkliche Wert nicht wichtig, hauptsache möglichst viel.
Der MOSFET kann u.U. sogar als Schalter laufen, damit er nicht warm wird.

P.S.: Vergiss den 741, das Ding ist Asbach uralt und hat einige schlechte Eigenschaften.
Der LM324 z.B. ist auch nicht viel jünger und entsprechend preiswert, aber er kommt mit einer einzigen Versorgungsspannung aus, aber vor allem funktionieren seine Eingänge noch an der negativen Versorgungsspannung.




[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 27 Jul 2022 20:38 ]

BID = 1100111

BlackLight

Inventar

Beiträge: 5264

Wäre hier ein BJT nicht besser geeignet? Bei dem ist die Stromverstärkung recht linear. Mit Op-Amp und Klasse-B-Verstärker sollte man was finden. Den Quell-BJT kann man ggf. auch weglassen, oder?

Bei FETs gibt es den „Thermal Runaway“, sollte man aber durch deutliche Überauslegung auch umgehen können, oder?

BID = 1100112

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Bei FETs gibt es den „Thermal Runaway“, sollte man aber durch deutliche Überauslegung auch umgehen können, oder?
Ja, die älteren MOSFETs waren meist als Schalter spezifiziert, weil der Kristall für Linearbetrieb nicht gleichmäßig genug war. Da konnten sich Hotspots bilden.


Andererseits sind diese Typen jetzt so billig, dass man da auch dickere Exemplare für z.B. 10A oder 20A reinstecken kann.
Positiv bei denen ist, dass sie hohe Gatespannungen von 20V aushalten, die in einer einfachen Schaltung bei einer Unterbrechung des Lastkreises auftreten können.

Ich würde die Schaltung wahrscheinlich auch lieber mit einem Schaltregler-IC aufbauen, anstatt mit vielen diskreten Bauteilen, aber der TE will dabei wohl etwas lernen.
Ohne Oszilloskop sind Schaltregler sicher schwieriger zu debuggen als lineare Schaltungen, bei denen ein DMM reicht.

Leider haben wir ja überhaupt keine Daten zu dem fraglichen Ventil und zur Spannungsversorgung.

P.S.:

Zitat :
Wäre hier ein BJT nicht besser geeignet? Bei dem ist die Stromverstärkung recht linear.
....
Bei FETs gibt es den „Thermal Runaway“,
Der Second Breakdown bei bipolaren Transistoren hat ähnliche Ursachen und Auswirkungen und ist viel länger bekannt.
Oft wird auch er ignoriert, und die Schaltungen funktionieren trotzdem.
Wenn es dann irgendwann raucht, ist natürlich der sch... Transistor Schuld, und nicht etwa der Konstrukteur, der sich, wenn überhaupt, nur die erste Seite des Datenblattes angesehen hat.



[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 27 Jul 2022 23:28 ]

BID = 1100118

TimoB

Gerade angekommen


Beiträge: 5
Wohnort: Kreuztal


Zitat :

Es ist Aufgabe der Regelschleife für die Proportionalität zwischen Eingangs- und Ausgangssignal zu sorgen.


Das habe ich jetzt hinbekommen. Danke! Bei den ganzen OPVs hätte ich da auch selbst drauf kommen können



Zitat :

, aber der TE will dabei wohl etwas lernen.


Dümmer wird man auf jeden Fall nicht dabei
Hier ist tatsächlich der Weg das Ziel.


Zitat :

Vergiss den 741, das Ding ist Asbach uralt und hat einige schlechte Eigenschaften.


Von dem 741 habe ich aber noch ne handvoll rumliegen.
Ich werde das Ganze sowieso erstmal auf 'nem Steckboard aufbauen und testen.
Sobald die Grundfunktionalität passt, werde ich mich um die Optimierung bemühen.


Zitat :

Leider haben wir ja überhaupt keine Daten zu dem fraglichen Ventil und zur Spannungsversorgung.


Die Spannungsversorgung habe ich in der Frage bereits erwähnt, 24VDC.

Schießt euch bitte nicht auf das Ventil ein.

Um Euch eventuelle Sorgen zu nehmen: Alles was ich bastel dient nur zu Hobbyzwecken.

Beruflich setze ich für Ventile fertige Ventilverstärker ein. Diese machen im Grunde dasselbe was meine Schaltung können soll. Ich gebe den Sollwert drauf und das Ventil bekommt den dementsprechenden Strom.
Das sind im Grunde kleine Platinen 10x10cm als Aufsatz für die Hutschiene.

So bin ich auf die Idee gekommen so eine Stromquelle zu basteln. (Ich hätte ja auch einfach die Platine nehmen können und den Schaltplan nachzeichnen und nachbauen können)

Ich wollte nur mal für mich selber wissen, ob ich mit der gegebenen Aufgabenstellung eine Schaltung hinbekomme, die in etwa dasselbe kann. Ich habe von winnman schon den Hinweis bekommen, dass da wahrscheinlich auch noch ein Dither benötigt wird, falls ich tatsächlich Ventile ansteuern wollte.

In der Simulation mit LTSpice funktioniert das erstmal.

Mir ist bewusst, dass Simulation und Praxis zwei verschiedene Dinge sind.
Wenn nachher was nicht funktioniert, oder gar abraucht, weil ich nicht hören wollte ,ist das für mich kein Problem. Dann war das meine Schuld. Und Lehrgeld im Cent-Bereich.

Sollte eine brauchbare Grundlage auf meinem Basteltisch stehen, werde ich Schritt für Schritt versuchen, Eure Tipps zur Verbesserung umzusetzen. Ist aber auch abhängig von Zeit und Lust. Ist schließlich nur ein Hobby





BID = 1100119

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12700
Wohnort: Cottbus


Zitat :
Wenn nachher was nicht funktioniert, oder gar abraucht,
Beim MOSFET als Konstantstromquelle ohne entsprechende Kühlung ist dies ein sicheres Szenario. Die Maximale Verlustleistung beträgt bei 24V und 1A immerhin 6W.
Hört sich erst mal nicht viel an, aber der Thermische Widerstand zur Umgebung eines TO-220 Gehäuse beträgt etwa 50K/W womit die Erwärmung bei 6W Verlustleistung 300K betragen würde



_________________
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BID = 1100120

TimoB

Gerade angekommen


Beiträge: 5
Wohnort: Kreuztal


Zitat :

Beim MOSFET als Konstantstromquelle ohne entsprechende Kühlung ist dies ein sicheres Szenario.

Daran habe ich gedacht. Danke

BID = 1100154

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Von dem 741 habe ich aber noch ne handvoll rumliegen
Wenn die noch in dem runden Blechgehäuse sind, kannst du ja mal einem den Deckel abfeilen und reinschauen.
Ansonsten machst du dir damit das Leben nur unnötig schwer.

Im 324 sind vier Opamps drin, die sich nur die Versorgungspins teilen, un das Teil kostet selbst beim Conrad nur 26 Cent (als SMD-Version, die DIL-Version gibts beim Pollin für 33 Cent).


Zitat :
Bei den ganzen OPVs hätte ich da auch selbst drauf kommen können
Wohl kaum, den tatsächlich braucht man nur einen einzigen.

Wie ich schon schrieb, braucht der Regelverstärker eine sehr hohe Leerlaufverstärkung, und die hast du mit deinen Versuchen jede einzelne Stufe zu linearisieren, völlig ruiniert:
1. Stufe Verstärkung 1
2. Stufe Verstärkung -0,1
3. Stufe Verstärkung -1
Insgesamt also +0,1
Ein Spannungsteiler aus 2 Widerständen hätte das auch gekonnt. Ganz ohne Opamps.

Der einzige, der hier irgendwas verstärkt ist der MOSFET...




[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 29 Jul 2022  0:49 ]


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