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Wie werden MOSFET's als Leistungstreiber an Logik angeschlossen.


MOSFET an Logik


MOSFET an Logik

MOSFETs können an jede Logik angeschlossen werden, wenn sie eine Betriebspannung haben, die mindestens der Gate-Source-Spannung zum sicheren Einschalten des MOSFETs entspricht.

  • Leider benötigen die meisten MOSFETs eine Gate-Source-Spannung von mindestens 10V, um sicher einzuschalten.
  • Es gibt Logic-Level-MOSFETs, die sicher an 3V- oder 5V-Logik arbeiten

Im Prinzip kann damit jede Last geschaltet werden. Wir betrachten nur einfache Schaltungen mit bis zu 1A.

Die Schaltungen sind auch für induktive Lasten, wir z.B. Relais geeignet. Dafür muss unbedingt die Diode eingebaut werden.

Grundsätzlich sind zwei Varianten möglich:

  • Schalter gegen Minus (Masse) mit einem N-MOSFET
  • Schalter gegen Plus mit einem P-MOSFET

Schalter an Minus (Masse)

Auch Low-Side-Schalter genannt.

N-MOSFET-an-Logik.png
Bild 1: N-MOSFET als Schalter gegen Minus

Logisches Verhalten:
Wenn am Ausgang des Logikgatters eine 1 liegt, wird die Last eingeschaltet. Der Treiber invertiert die Logik nicht.

In der Schaltung wird der N-MOSFET IRLML6244 an ein 74HC00 Gatter angeschlossen. Dieses dient lediglich als Beispiel. In der folgenden Tabelle werden die Werte für die verschiedenen Logik-Familien angegeben.

Der IRLML6244 kann bis zu 12V betrieben und sicher mit 1A belastet werden. Er wird in einem SMD-Gehäuse geliefert.

  • TTL liefert keine Ausgangsspannung, die ein sicheres Schalten selbst eines Logic-Level-MOSFETs gewährleistet.
Logik-Familie Betriebs-
spannung
R1 I Last max
CMOS 4000 3V .. 15V - 1A
CMOS HC 3V .. 6V - 1A

Schalter an Plus

Auch High-Side-Schalter genannt.

P-MOSFET-an-Logik.png
Bild 2: P-MOSFET als Schalter gegen Plus

Logisches Verhalten:
Wenn am Ausgang des Logikgatters eine 0 liegt, wird die Last eingeschaltet. Der Treiber invertiert die Logik.

In der Schaltung wird der P-MOSFET IRLML6402 an ein 74HC00 Gatter angeschlossen. Dieses dient lediglich als Beispiel. In der folgenden Tabelle werden die Werte für die verschiedenen Logik-Familien angegeben.

Der IRLML6402 kann bis zu 12V betrieben und sicher mit 1A belastet werden. Er wird in einem SMD-Gehäuse geliefert.

  • TTL liefert keine Ausgangsspannung, die ein sicheres Schalten selbst eines Logic-Level-MOSFETs gewährleistet.
Logik-Familie Betriebs-
spannung
R1 I Last max
CMOS 4000 3V ... 12V - 1A
CMOS HC 3V ... 6V - 1A

Regeln

  • Nur Logic-Level-MOSFETs können zuverlässig unmittelbar am Ausgang von CMOS ab 3V Betriebsspannung betrieben werden.
  • Auch Logic-Level-MOSFETs gewährleisten kein sicheres Schalten an TTL.
  • Für CMOS und Betriebsspannungen von 3V bis 12V wird der N-MOSFET IRLML6244 als Schalter eingesetzt, wenn gegen Minus geschaltet werden soll.
  • Die Last kann eine eine andere Stromversorgung gelegt werden, die maximal 12V betragen sollte.
  • Für CMOS und Betriebsspannungen von 3V bis 12V wird der P-MOSFET IRLML6402 als Schalter eingesetzt, wenn gegen Plus geschaltet werden soll.
  • Ein Schalter gegen Plus invertiert die Logik.
  • Die Last wird unmittelbar an die Stromversorgung der Logic gelegt.
  • Das kann bei induktiven Lasten zu Problemen führen.
  • Die vorgestellten einfachen Schaltungen sind nur relativ geringe Schaltfrequenzen bis 1kHz geeignet.
  • Die Diode schützt den Schalter gegen Spannungsspitzen beim Ausschalten.
  • Der Anlaufstrom (Einschaltstrom) von Motoren und Halogenlampen kann bis zum 15-fachen des Betriebsstroms betragen. Der Schalter muss für den Anlaufstrom ausgelegt sein.