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Wie werden MOSFET's als Leistungstreiber an Logik angeschlossen.


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MOSFET an Logik

Attention attention

Hier werden MOSFET verwendet. Sie sind empfindlich gegen elektrostatische Entladung.

Bitte Vorsicht-elektrostatische-Entladung beachten.

MOSFETs können an jede Logik angeschlossen werden, wenn sie eine Betriebsspannung 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.

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.

  • Motoren, Glühlampen haben hohe Einschaltströme.

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 nur dann eine Ausgangsspannung, die ein sicheres Schalten selbst eines Logic-Level-MOSFETs gewährleistet, wenn ein Widerstand vom Ausgang zur Betriebsspannung gelegt wird.
Logik-Familie Betriebs-
spannung
R1 I Last max
TTL-LS 5V 10k 1A
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 nur dann eine Ausgangsspannung, die ein sicheres Schalten eines Logic-Level-MOSFETs gewährleistet, wenn ein Widerstand vom Ausgang zur Betriebsspannung gelegt wird.
Logik-Familie Betriebs-
spannung
R1 I Last max
TTL-LS 5V 10k 1A
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.
  • TTL liefert nur dann eine Ausgangsspannung, die ein sicheres Schalten eines Logic-Level-MOSFETs gewährleistet, wenn ein Widerstand vom Ausgang zur Betriebsspannung gelegt wird.
  • Für CMOS und Betriebsspannungen von 3V bis 12V sowie TTL bei 5V 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 sowie TTL bei 5V 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.
Attention attention Elektronische Schalter müssen für
  • den maximal zu erwartenden Strom
  • (z.B. Einschaltstrom)
  • und die maximal zu erwartende Spannung

ausgelegt sein.