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150W 12V mit Transistor schalten?

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  150W 12V mit Transistor schalten? Manuel Reimer <Manuel.Nulldevice@nurfuerspam.de> - 2016-04-25 16:48 +0200
    Re: 150W 12V mit Transistor schalten? Dieter Wiedmann <dieter.wiedmann@t-online.de> - 2016-04-25 18:19 +0200
      Re: 150W 12V mit Transistor schalten? Manuel Reimer <Manuel.Nulldevice@nurfuerspam.de> - 2016-04-25 18:24 +0200
        Re: 150W 12V mit Transistor schalten? Dieter Wiedmann <dieter.wiedmann@t-online.de> - 2016-04-25 19:01 +0200
          Re: 150W 12V mit Transistor schalten? Manuel Reimer <Manuel.Nulldevice@nurfuerspam.de> - 2016-04-26 18:30 +0200
    Re: 150W 12V mit Transistor schalten? Marcel Mueller <news.5.maazl@spamgourmet.org> - 2016-04-25 21:37 +0200
      Re: 150W 12V mit Transistor schalten? Stefan <df9bi@arcor.de> - 2016-04-26 08:16 +0200
      Re: 150W 12V mit Transistor schalten? Manuel Reimer <Manuel.Nulldevice@nurfuerspam.de> - 2016-04-26 18:28 +0200
        Re: 150W 12V mit Transistor schalten? Marcel Mueller <news.5.maazl@spamgourmet.org> - 2016-04-26 19:52 +0200
          Re: 150W 12V mit Transistor schalten? Manuel Reimer <Manuel.Nulldevice@nurfuerspam.de> - 2016-04-26 20:40 +0200
            Re: 150W 12V mit Transistor schalten? Christian Zietz <newsgroup.1001@chz.xyz> - 2016-04-26 21:25 +0200
              Re: 150W 12V mit Transistor schalten? Manuel Reimer <Manuel.Nulldevice@nurfuerspam.de> - 2016-04-26 21:53 +0200
                Re: 150W 12V mit Transistor schalten? Dieter Wiedmann <dieter.wiedmann@t-online.de> - 2016-04-26 22:20 +0200
            Re: 150W 12V mit Transistor schalten? Matthias Weingart <mwnews@pentax.boerde.de> - 2016-04-27 06:00 +0000
            Re: 150W 12V mit Transistor schalten? Stefan <df9bi@arcor.de> - 2016-04-27 11:43 +0200
              Re: 150W 12V mit Transistor schalten? Marcel Mueller <news.5.maazl@spamgourmet.org> - 2016-04-27 19:52 +0200
                Re: 150W 12V mit Transistor schalten? Stefan <df9bi@arcor.de> - 2016-04-29 08:13 +0200
          Re: 150W 12V mit Transistor schalten? Manuel Reimer <Manuel.Nulldevice@nurfuerspam.de> - 2016-04-28 16:44 +0200
            Re: 150W 12V mit Transistor schalten? Stefan <df9bi@arcor.de> - 2016-04-29 08:22 +0200
              Re: 150W 12V mit Transistor schalten? Manuel Reimer <Manuel.Nulldevice@nurfuerspam.de> - 2016-04-29 16:33 +0200
                Re: 150W 12V mit Transistor schalten? Bernd Mayer <beam.bam.boom@knuut.de> - 2016-04-29 16:41 +0200
                  Re: 150W 12V mit Transistor schalten? Hans-Peter Diettrich <DrDiettrich1@aol.com> - 2016-04-30 04:46 +0200
                Re: 150W 12V mit Transistor schalten? Dieter Wiedmann <dieter.wiedmann@t-online.de> - 2016-04-29 16:55 +0200
                  Re: 150W 12V mit Transistor schalten? Manuel Reimer <Manuel.Nulldevice@nurfuerspam.de> - 2016-04-29 19:56 +0200

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#207243 — 150W 12V mit Transistor schalten?

Hallo,

ich möchte das Heizbett eines 3D-Druckers durch eines mit höherer 
Leistung ersetzen. Das Netzteil ist bereits ausreichend dimensioniert 
und kann die neue Heizung ohne Probleme versorgen.

Vorhanden ist von der Steuerplatine ein 12V-Ausgang der an der Masse 
PWM-Geregelt ist.

Mein erster Gedanke: Sowas müsste doch mit einem Mosfet machbar sein.

Ich dachte an diesen Typ:

http://www.voelkner.de/products/25944/.html

12V direkt vom Netzteil, über eine 15A KFZ-Flachsicherung geführt, wird 
an Source und zur Heizung geführt. Die Heizung kommt dann zwischen 
Minuspol des Netzteils und Drain. Gate geht zur vorhandenen 
Steuerleitung und wird zusätzlich zum Source via 10k Widerstand geschaltet.

Soweit meine (laienhaften) Überlegungen.

Wird das so funktionieren?
Brauche ich eine Kühlung? Da, wegen PWM, immer eine Spannungsdifferenz 
über 10V am Gate auftritt wäre meine Vermutung, dass kaum Abwärme 
entstehen wird???
Sollte ich gegen Überhitzung absichern? Zum Beispiel eine 
Temperatur-Sicherung in die Leitung zum Gate bauen?

Danke im Voraus

Gruß

Manuel

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#207245

Am 25.04.2016 16:48, schrieb Manuel Reimer:

> PWM

Frequenz?


Gruß Dieter

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#207246

On 04/25/2016 06:19 PM, Dieter Wiedmann wrote:
> Frequenz?

Verdammt gute Frage. Müsste ich vermutlich messen. Und das geht 
kurzfristig nicht, denn das Billig-Netzteil ist gerade ausgefallen. Am 
falschen Ende gespart...

Da hängt ein Arduino dran, der mit einem PTC die Temperatur konstant 
hält. Wenn sich da nichts "aufschwingt" gehe ich mal davon aus, dass das 
doch eher mit niedriger Frequenz angesteuert wird. Am vorhandenen 
Heizbett ist eine LED dran und die blinkt mit deutlich sichtbarer 
Frequenz. Vielleicht maximal 2 mal pro Sekunde.

Gruß

Manuel

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#207247

Am 25.04.2016 18:24, schrieb Manuel Reimer:

> Am vorhandenen
> Heizbett ist eine LED dran und die blinkt mit deutlich sichtbarer
> Frequenz. Vielleicht maximal 2 mal pro Sekunde.

Das ist gut so. Mach den Widerstand kleiner (1k?) und gönn dem MOSFET 
einen kleinen Kühlkörper, dann funktioniert das so wie du es dir 
ausgedacht hast.


Gruß Dieter

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#207285

On 04/25/2016 07:01 PM, Dieter Wiedmann wrote:
> Das ist gut so. Mach den Widerstand kleiner (1k?) und gönn dem MOSFET
> einen kleinen Kühlkörper, dann funktioniert das so wie du es dir
> ausgedacht hast.

Erstmal vielen Dank für die Tipps!

Wie üppig müsste denn so ein Kühler sein. Im anderen Teilthread war 
schon von 5 Watt Verlust die Rede, was rein vom Gefühl her doch recht 
ordentlich ist.

Gruß

Manuel

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#207252

On 25.04.16 16.48, Manuel Reimer wrote:
> ich möchte das Heizbett eines 3D-Druckers durch eines mit höherer
> Leistung ersetzen. Das Netzteil ist bereits ausreichend dimensioniert
> und kann die neue Heizung ohne Probleme versorgen.
>
> Vorhanden ist von der Steuerplatine ein 12V-Ausgang der an der Masse
> PWM-Geregelt ist.
>
> Mein erster Gedanke: Sowas müsste doch mit einem Mosfet machbar sein.

Yep.

> Ich dachte an diesen Typ:
>
> http://www.voelkner.de/products/25944/.html

Sowas macht man doch nicht mit P-Kanal, wenn man nicht unbedingt muss.
Nimm doch N-Kanal und schalte die Minus-Leitung.

> 12V direkt vom Netzteil, über eine 15A KFZ-Flachsicherung geführt, wird
> an Source und zur Heizung geführt. Die Heizung kommt dann zwischen
> Minuspol des Netzteils und Drain. Gate geht zur vorhandenen
> Steuerleitung und wird zusätzlich zum Source via 10k Widerstand geschaltet.
>
> Soweit meine (laienhaften) Überlegungen.
>
> Wird das so funktionieren?

10k Könnte bei höheren Schlatfrequenzen eng werden.

> Brauche ich eine Kühlung?

Bei den Strömen immer. I²R => 15²*.02 gibt immer noch 5W.

> Da, wegen PWM, immer eine Spannungsdifferenz
> über 10V am Gate auftritt wäre meine Vermutung, dass kaum Abwärme
> entstehen wird???

Rdson erzeugt Abwärme. Und wenn Du das Gate nicht schnell genug 
umgeladen bekommst ebenfalls nochmal. Ciss und Crss würde ich bei dicken 
FETs nicht unterschätzen. Wenn Du da mit 10k umlädst, wird es selbst bei 
1kHz Schlatfrequenz schon recht kuschelig heiß. Ein gescheiter 
FET-Treiber wäre kein Fehler.

> Sollte ich gegen Überhitzung absichern? Zum Beispiel eine
> Temperatur-Sicherung in die Leitung zum Gate bauen?

Überhitzung des FETs? Wenig zielführend. Bei geeigneter Auslegung und 
Kühlung, bekommst Du den Burschen nicht heiß. Und bei einem echten 
Kurzschluss ist der FET sowieso lange vor der Schmelzsicherung 
Geschichte, wenn das Netzteil nicht schnell genug aus geht.

Überhitzung der Heizung? Ja, das wäre hilfreich. Aber gegen einen 
durchlegierten FET würde sie nicht wirken.


Marcel

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#207257

Am 25.04.2016 um 21:37 schrieb Marcel Mueller:
> On 25.04.16 16.48, Manuel Reimer wrote:

>> Ich dachte an diesen Typ:
>>
>> http://www.voelkner.de/products/25944/.html
>
> Sowas macht man doch nicht mit P-Kanal, wenn man nicht unbedingt muss.
> Nimm doch N-Kanal und schalte die Minus-Leitung.

Das war auch mein erster Gedanke.

Vieleicht geht ein IRF1010N

Gruß

Stefan

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#207284

On 04/25/2016 09:37 PM, Marcel Mueller wrote:
> Sowas macht man doch nicht mit P-Kanal, wenn man nicht unbedingt muss.
> Nimm doch N-Kanal und schalte die Minus-Leitung.

Rein interessehalber: Warum macht man das nicht? Wo ist der Nachteil. Da 
bei meiner "Signalquelle" der Minuspol geschaltet ist, fand ich die 
Schaltung mit einem P-Kanal-Mosfet passender.

>> Brauche ich eine Kühlung?
>
> Bei den Strömen immer. I²R => 15²*.02 gibt immer noch 5W.

Riesige Kühlkörper wollte ich eigentlich nicht unterbringen müssen. Gibt 
es Mosfets die einen noch kleineren Widerstand im "voll 
durchgeschalteten" Zustand haben?

Gruß

Manuel

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#207288

On 26.04.16 18.28, Manuel Reimer wrote:
> On 04/25/2016 09:37 PM, Marcel Mueller wrote:
>> Sowas macht man doch nicht mit P-Kanal, wenn man nicht unbedingt muss.
>> Nimm doch N-Kanal und schalte die Minus-Leitung.
>
> Rein interessehalber: Warum macht man das nicht? Wo ist der Nachteil. Da
> bei meiner "Signalquelle" der Minuspol geschaltet ist, fand ich die
> Schaltung mit einem P-Kanal-Mosfet passender.

P-Kanal FETs sind teurer und haben schlechtere elektrische 
Eigenschaften, da die Beweglichkeit der Löcher im Halbleiter schlechter 
ist als die der Elektronen.

>>> Brauche ich eine Kühlung?
>>
>> Bei den Strömen immer. I²R => 15²*.02 gibt immer noch 5W.
>
> Riesige Kühlkörper wollte ich eigentlich nicht unterbringen müssen. Gibt

Naja, riesig wird das nicht. Aber ein frei stehendes TO220 und am besten 
noch eingebaut bekommt die 5W nicht weg.

> es Mosfets die einen noch kleineren Widerstand im "voll
> durchgeschalteten" Zustand haben?

Nimm N-Kanal :-)

Ein IRF3703 kostet 2€ und hat 0,002 Ohm bei Raumtemperatur. Der will 
allerdings einiges zur Ansteuerung sehen.

Realistisch betrachtet tut's der IRF3708 für die Hälfte für die paar 
Ampere auch. Der braucht nur ein fünftel des Ansteuerstroms (Ladung). 
Allerdings verkraftet der nur allerhöchstens 12V am Gate. Da muss man 
etwas begrenzen. 5-10V wären optimal.

IRF2804 ginge auch und liegt dazwischen, aber ohne das 12V Limit.
Oder IRF3707Z. Der braucht ganz wenig in der Ansteuerung und kann dort 
auch direkt 20V ab.


Marcel

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#207289

On 04/26/2016 07:52 PM, Marcel Mueller wrote:
> P-Kanal FETs sind teurer und haben schlechtere elektrische
> Eigenschaften, da die Beweglichkeit der Löcher im Halbleiter schlechter
> ist als die der Elektronen.

Interessant zu wissen. Ich bin da, wie schon erwähnt, nicht so tief drin 
in der Materie.

> Nimm N-Kanal :-)

Wie würde man das denn schalten? Von der Steuerung bekomme ich, wie 
erwähnt, einen geschalteten Minuspol. Vielleicht denke ich auch einfach 
nicht genüngend "um die Ecke rum" aber ich komme nicht drauf wie ich das 
mit einem N-Kanal-Mosfet hinbekommen soll.

> IRF2804 ginge auch und liegt dazwischen, aber ohne das 12V Limit.

Ich habe mir jetzt einfach mal den rausgesucht.

Bei Völkner nicht zu bekommen, aber Conrad hat den:
https://www.conrad.de/de/x-160865.html
Und bei Reichelt ist er natürlich deutlich günstiger... Wenn Reichelt 
nur die Lipo-Schutzschaltung hätte, die ich brauche...

Wenn ich die Datenblätter vergleiche, dann sind das bei dem 
P-Kanal-Mosfet, das ich im Auge hatte, 0,02 Ohm und beim IRF2804 sind es 
0,002 Ohm. Das ist schon ein deutliches Stück besser.

Gruß

Manuel

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#207292

Manuel Reimer schrieb:

> Bei Völkner nicht zu bekommen, aber Conrad hat den:
> https://www.conrad.de/de/x-160865.html

Das wäre verwunderlich, liefern die doch afaik aus demselben Lager. Und
siehe da: <http://www.voelkner.de/products/342787/.html>

Christian
-- 
Christian Zietz  -  CHZ-Soft  -  czietz (at) gmx.net
WWW: http://www.chzsoft.de/
PGP/GnuPG-Key-ID: 0x52CB97F66DA025CA / 0x6DA025CA

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#207297

On 04/26/2016 09:25 PM, Christian Zietz wrote:
> Das wäre verwunderlich, liefern die doch afaik aus demselben Lager. Und
> siehe da: <http://www.voelkner.de/products/342787/.html>

Stimmt. Leider der gleiche "hohe" Preis. Da ich aber ein Einzelstück 
fertige ist das kein großes Thema. Die Alternative wäre ein 
Solid-State-Relais und das kostet erheblich mehr.

Wie man allerdings mit dem N-Channel-Mosfet bei einem geschalteten 
Minuspol arbeiten kann ist mir immer noch unklar.

Gruß

Manuel

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#207302

Am 26.04.2016 21:53, schrieb Manuel Reimer:

> Wie man allerdings mit dem N-Channel-Mosfet bei einem geschalteten
> Minuspol arbeiten kann ist mir immer noch unklar.

Inverter zwischenschalten.



Gruß Dieter

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#207312

Manuel Reimer <Manuel.Nulldevice@nurfuerspam.de>:

>> Nimm N-Kanal :-)
> 
> Wie wrde man das denn schalten? Von der Steuerung bekomme ich, wie 
> erw„hnt, einen geschalteten Minuspol. Vielleicht denke ich auch einfach 
> nicht genngend "um die Ecke rum" aber ich komme nicht drauf wie ich das 
> mit einem N-Kanal-Mosfet hinbekommen soll.

Na irgendwo hast Du doch auch +12V, dann mach einfach einen Widerstand vom 
Gate zu den +12V, wenn Du das andersum haben willst (schaltet, "wenn Dein 
Minuspol anliegt"), machst Du eben z.B. noch nen PNP-Transistor zwischen +12V 
(Emitter) und Gate (Kollektor), die Basis über einen Widerstand an deine 
geschalteten Minuspol und vom Gate zur Mase ebenfalls einen Widerstand (z.B. 
1k). 

M.
-- 

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#207323

Am 26.04.2016 um 20:40 schrieb Manuel Reimer:
> On 04/26/2016 07:52 PM, Marcel Mueller wrote:
>> P-Kanal FETs sind teurer und haben schlechtere elektrische
>> Eigenschaften, da die Beweglichkeit der Löcher im Halbleiter schlechter
>> ist als die der Elektronen.
>
> Interessant zu wissen. Ich bin da, wie schon erwähnt, nicht so tief drin
> in der Materie.
>
>> Nimm N-Kanal :-)
>
> Wie würde man das denn schalten? Von der Steuerung bekomme ich, wie
> erwähnt, einen geschalteten Minuspol. Vielleicht denke ich auch einfach
> nicht genüngend "um die Ecke rum" aber ich komme nicht drauf wie ich das
> mit einem N-Kanal-Mosfet hinbekommen soll.

z.B. so:

http://www.mikrocontroller.net/articles/Datei:Relais_mosfet.png

Das Relais sitzt dann da, wo deine Heizung ist. Die Diode kann man bei 
rein ohmscher Last weglassen. Wenn die maximal zulässige Gatespannung 
des FET zu gering ist, muss man da noch irgendetwas vorsehen, um das 
Gate zu schützen, z.B. eine Z-Diode vom Gate nach GND.

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#207360

On 27.04.16 11.43, Stefan wrote:
> http://www.mikrocontroller.net/articles/Datei:Relais_mosfet.png

1k und 10k ist vertauscht!

Alternativ kann man auch einen 40106 schnappen und alle 6 Inverter 
parallel schalten. Das braucht keine Widerstände und gibt einen deutlich 
schnelleren (= verlustärmeren) Gate-Treiber für 12V ab.


Marcel

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#207475

Am 27.04.2016 um 19:52 schrieb Marcel Mueller:
> On 27.04.16 11.43, Stefan wrote:
>> http://www.mikrocontroller.net/articles/Datei:Relais_mosfet.png
>
> 1k und 10k ist vertauscht!

Ich denke nicht.

Man könnte R2 aber anders dimensionieren, irgendwas zwischen 1k und 100k 
sollte funktionieren. Ich fände da 2k2 viel ästhätischer.

Gruß

Stefan

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#207443

On 04/26/2016 07:52 PM, Marcel Mueller wrote:
> Nimm N-Kanal :-)

Ich will hier nochmal neu einsteigen, aber jetzt mit geänderten 
Rahmenbedingungen.

Es hat sich heute ergeben, dass ich eine komplette Hauptplatine für den 
Drucker übrig habe um die zu modden (Lieferung aus China 
unerwarteterweise doch noch angekommen).

Der Schaltplan ist Open-Source:
http://reprap.org/mediawiki/images/f/f6/RAMPS1.4schematic.png

Ganz links, zweiter Kasten von oben "Heaters & Fans". Der relevante 
Kanal ist der mit Digitalpin "D8".

So wie ich das sehe ist das schon N-Kanal. Das Mosfet scheint aber eher 
schlecht zu sein. Geschaltet wird mit 5V!

Spricht etwas gegen ein IRLB381PBF als Ersatz?
https://www.conrad.de/de/x-161164.html

Mein Plan: Mosfet tauschen, alles im Strompfad ausreichend verstärken 
(Schaltdraht auf die Leiterbahnen löten) und die Schraubklemmen gegen 
was anständiges tauschen. Dann ohne externe Platine die Heizung direkt 
von der Hauptplatine aus schalten. Das Mosfet für die Heizung bekommt 
ein kleines Alublech, welches dann durch bereits darüber befindliche 
Lüfter leicht mit angeblasen wird.

Gruß

Manuel

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#207477

Am 28.04.2016 um 16:44 schrieb Manuel Reimer:
> On 04/26/2016 07:52 PM, Marcel Mueller wrote:
>> Nimm N-Kanal :-)
>
> Ich will hier nochmal neu einsteigen, aber jetzt mit geänderten
> Rahmenbedingungen.
>
> Es hat sich heute ergeben, dass ich eine komplette Hauptplatine für den
> Drucker übrig habe um die zu modden (Lieferung aus China
> unerwarteterweise doch noch angekommen).
>
> Der Schaltplan ist Open-Source:
> http://reprap.org/mediawiki/images/f/f6/RAMPS1.4schematic.png
>
> Ganz links, zweiter Kasten von oben "Heaters & Fans". Der relevante
> Kanal ist der mit Digitalpin "D8".

Das sieht ja schon mal richtig aus.

> So wie ich das sehe ist das schon N-Kanal. Das Mosfet scheint aber eher
> schlecht zu sein. Geschaltet wird mit 5V!

> Spricht etwas gegen ein IRLB381PBF als Ersatz?
> https://www.conrad.de/de/x-161164.html

müsste gehen


> Mein Plan: Mosfet tauschen, alles im Strompfad ausreichend verstärken
> (Schaltdraht auf die Leiterbahnen löten) und die Schraubklemmen gegen

Eine externe Leistungseinheit hat da durchaus Vorteile.

Wenn du das Ramps-Board so läßt und über den Ausgang eine kleine Platine 
mit dem neuen FET und einem Bipolartransistor als vorgeschaltetem 
Inverter ansteuerst, kannst du den FET an einen Kühlkörper montieren. 
Außerdem musst du dir dann keine Gedanken über die Strombelastung der 
Leiterbahnen und der Schraubklemmen auf dem Ramps Board machen.

> was anständiges tauschen. Dann ohne externe Platine die Heizung direkt
> von der Hauptplatine aus schalten. Das Mosfet für die Heizung bekommt
> ein kleines Alublech, welches dann durch bereits darüber befindliche
> Lüfter leicht mit angeblasen wird.

Geschmackssache. Ich würde das Ramps-Board unverbastelt lassen und eine 
externe Platine basteln. Das hat dann auch den Vorteil, dass man im 
Falle eines Ausfall des Ramps-Boards dieses schnell austauschen kann.



>
> Gruß
>
> Manuel

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#207511

On 04/29/2016 08:22 AM, Stefan wrote:
> Eine externe Leistungseinheit hat da durchaus Vorteile.

Ja, hat sie. Je mehr ich darüber nachdenke desto komplexer wird die Idee 
das vorhandene Board zu modifizieren. Die Sicherungen müssen auch neu 
und die Thermals sind zu den Masseflächen auch eher dünn...

> Wenn du das Ramps-Board so läßt und über den Ausgang eine kleine Platine
> mit dem neuen FET und einem Bipolartransistor als vorgeschaltetem
> Inverter ansteuerst, kannst du den FET an einen Kühlkörper montieren.
> Außerdem musst du dir dann keine Gedanken über die Strombelastung der
> Leiterbahnen und der Schraubklemmen auf dem Ramps Board machen.

Gerade das mit dem Invertieren sorgt nur für zusätzliche Komplexität.

Zumindest ich finde es da sinnvoller einfach irgendeinen anderen freien 
Digitalpin auf dem Board dafür zu verwenden und die Firmware auf diesen 
Pin umzukonfigurieren. Dann kann ich das schon vorgeschlagene Mosfet 
direkt anschließen ohne Invertierung.

Kann man die Gate-Ansteuerung noch vereinfachen? Nur einen 1k Widerstand 
nach GND und dann den Digitalpin direkt auf das Gate? Wozu hat die 
Ramps-Schaltung da noch den 10 Ohm Widerstand?

Vom vorhandenen Board ziehe ich dann nurnoch die eine Digitalleitung. 
GND und 12V kommen direkt vom Netzteil.

Wie groß müsste ein Kühlkörper sein? Das neue Mosfet dürfte im 
Regulärbetrieb weniger als 1 Watt an Wärme erzeugen. Geht das nicht auch 
ohne Kühlkörper, bzw. nur mit so einem einfachen "Aufsteckkühler"?

Gruß

Manuel

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