Hoe werkt de Mosfet? Lukt me niet.

[Anoniem: 142343]

Hi,

Sinds kort ben ik aan het spelen met het Arduino platform.
Ik kan inmiddels redelijk overweg met het gebruiken van de Duemilanove.

Er word een stap omschreven waarbij gebruik word gemaakt van een Mosfet. Deze zat bij mijn starterskit. En deze gebruikt. Het aansluitvoorbeeld is voor mij zeer onlogisch. Als ik echter op youtube een clip zie waar de werking van de mosfet word uitgelegd werkt dat heel anders dan in het voorbeeld aansluit schema bij de starterskit.

De bedoeling is hiermee de Arduino led verlichting aan te sturen met PWM. De ledverlichting verbruikt 2800mAh op 12v. De Arduino geeft alleen 5v per output en max. 20 mAh. Vandaar de Mosfet. De Mosfet is een IRF540N... datasheet.
Volgens mij moet deze mosfet tot 33A op 10v kunnen werken met een koelblokje. Ik neem aan dat 12v geen probleem is voor deze mosfet. zeker waneer er maar 2,8A overheen gaat.

Dit is de youtube clip over het gebruik van een Mosfet... hier


Zo geeft het Arduino boekje het aan...



Dit lijkt goed te werken met 3 leds paralel i.p.v. het motortje. Echter, dat is nog een lage stroom. En ik wil niet de 9v pin van de Arduino gebruiken maar gewoon een externe accu. Maar toen werd het onduidelijk. Mijn gevoel zegt, een Mosfet moet 4 pinnen hebben. Om de schakelen een plus en min en het te schakelen stroom een in en uitgang. Echter, een Mosfet heeft maar 3 pins, en verward mij. Met alleen een plus kun je toch niet schakelen? Zoals het youtube filmpje aangeeft? Je hebt toch een stroom nodig?
Je kan toch geen min delen met een andere stroombron, je kunt toch alleen een stroom creeren met dezelfde stroombron, toch geen plus van een accu, en min van de Arduino? Hoe doe je dit dan met drie pinnen?
Ik begrijp de schakeling in het boekje gewoon niet, maar op youtube wel. Ook die diode, geen idee waarom die hier wel nodig is?

Ik heb een test schakeling gemaakt aan de hand van het youtube filmpje, dat ziet er zo uit (bewerkt vanuit het boekje)...



Voordat ik mijn Arduino/PC opblaas maar eerst even getest met de arduino uit. Toen kwam er een zwakke stroom door de mosfet, het licht ging zacht branden, misschien 20%.
Ik zou juist verwachten dat er dan helemaal geen stroom doorheen moet kunnen gaan.
Daarna als test de drain en source omgedraaid, en toen ging het licht fel branden...?
Aangezien ik dit al vreemd vind, nog maar niet geprobeerd met de Arduino aan.
Ik heb ook nog als test i.p..v. 12v met highpower leds ook een paar penlites in serie (6,5v) en daarop een led met weerstand. Hier leek het te werken met de Arduino aan, maar de Mosfet was erg traag, duurd min. een halve seconden voordat de led goed brande. Ook vreemd.
Als een Mosfet zo traag werkt, dan kun je toch geen PWM gebruiken met zo'n ding? Hier klopt iets niet.

Kan iemand mij wijs maken hoe het precies werkt, en hoe ik het goed kan laten werken, en waarom ik dit soort vreemde resultaten krijg?

Alle reacties zijn welkom.

[Techneut]

Je denkwijze berust op een misverstand, je kan nl. best een min delen met een andere stroombron, doe je met een transitor ook meer dan eens. Het is geen optocoupler, die heeft inderdaad strikt gescheiden circuits. Het wezenlijke verschil is enkel dat de transistor stroomgestuurd is en de mosfet spanningsgestuurd. Bij een transistor heet het basis, bij een mosfet gate, dat is alles.

[Anoniem: 224406]

Pulldown weerstand tussen gate en source.

[Anoniem: 142343]

Hoe bedoel je "Pulldown weerstand tussen gate en source."?


Ik heb zojuist weer wat getest. Nu met Arduino aan. Maar het resultaat is heel onregelmatig.
In het begin is er bijna geen licht, even later zie je het opeens een stuk feller worden, dan druk je de knop in dat er 5v op de gate word gezet, en zie je hem ietjes lichter worden. En eindelijk word de mosfet warm (zoals het hoort). Maar nogsteeds schakeld hij niet naar behoren. En volgens mij hoort het zo te werken.
Een mosfet hoort toch totaal geen stroom door te geven als er geen signaal op de gate staat?
Heel vreemd, iemand ervaring met Mosfets?

[Anoniem: 224406]

Anoniem: 142343 schreef op donderdag 31 december 2009 @ 22:28:
Hoe bedoel je "Pulldown weerstand tussen gate en source."?

De FET weet de status niet en doet maar wat. hij zweeft.

The best choise is a logic level N channel power MOSFET transistor. Most MOSFETs require a 10vdc gate turn-on voltage to fully saturate the transistor on which is the key to keeping it within it's max heat dissapation ratings. A logic level MOSFET will saturate on with as little as 4-5vdc and therefore can be directly driven by a Arduino output pin. You should probably also have a pull-down resistor, say 5K, to make sure the device stays off if the Ardunio is powered off but the 24vdc motor voltage is still on. The source lead of the mosfet will wire to ground and the drain lead will wire to one motor lead and the other motor lead will wire to +24vdc. Simple no muss, no fuss. However if you need bi-directional rotatation of the motor then you need to look at H-drive circuits and their power transistor requirements.

http://www.arduino.cc/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1230455639

[ Voor 58% gewijzigd door Anoniem: 224406 op 01-01-2010 01:02 ]

[Anoniem: 103563]

Je dient de grond van je microcontroller en de grond van je mosfet te connecteren. Daardoor heb je maar 3 pinnen nodig ipv 4.

[ Voor 20% gewijzigd door Anoniem: 103563 op 01-01-2010 08:59 ]

[Anoniem: 142343]

Ik heb de mosfet ground via het schoefoog aan de ground van de Arduino gekoppeld, en het werkt wel beter, duidelijk verschil, reageerd snel. Maar nog steeds geeft hij ook stroom door als de gate uit staat. Lijkt nu op een dim van ongeveer 40% wanneer de mosfet uit staat.
Ik zie overigens niets van die aarding in het boekje staan. Met de testopstelling met de diode met 3 low power leds werkt het prima. Maar of die diode het geheel goed laat werken, geen idee.
Ik vraag mij ook af of ik die diode wel zou moeten testen met die 12V accu. Kan iemand mij vertellen waarvoor die diode dient in het voorbeeld plaatje helemaal bovenaan?
En of ik die nu ook zou kunnen gebruiken met die 12v accu?

Ik dacht nog na over het delen van de min. Maar dat kan toch niet? Als ik de plus van een batterij neem, en een min van een andere batterij, dan is er geen stroom. Hoe kan een ground dan worden gedeeld bij de mosfet? Alleen het grounden van de mosfet aan het koelblok kan wel, maar hij hoort ook zonder die grounding te werken (doet hij nu wel met die 12v accu, maar heel sloom, en niet zo goed).

Ik het delen van stroombronnen nooit goed begrepen. Kun je wel plussen en minnen delen met bv. 12v trafo's? op 220v? Kun je die in serie zetten om 24v te krijgen? Of paralel voor meer Amps?


Ok, zojuist weer wat getest. Dit keer met meer succes.
Ik heb hierbij niet de Arduino gebruikt. Ik heb ook geen diode gebruikt (gaf geen verschil in resultaat).
Ik heb een batterij bestaand uit een aantal penlites in serie. Ongeveer 6,5v.
Ik heb een draad van de gate naar die batterij en een draad van de ground (dus het schoefgat van de mosfet) naar de batterij laten lopen.
Het resultaat is verrassend. De mosfet schakeld 100%, helemaal uit en helemaal aan. Maar ik kan alleen schakelen door de polen om te wisselen. De mosfet schakeld aan wanneer hij heel kort een stroom heeft gekregen van gate naar heatsink. En dan blijft de mosfet permanent aan geschakeld. Wanneer je de polen omdraaid, van gate en heatsink schakeld hij weer uit.
Maar die polen omschakelen gebeurd normaal gesproken niet, heel vreemd dat de mosfet aangeschakeld blijft zonder stroom.

Iemand waarbij nu een belletje gaat rinkelen wat hier fout kan zijn?

[ Voor 26% gewijzigd door Anoniem: 142343 op 01-01-2010 17:04 ]

[Anoniem: 83328]

Het schroefoogje van de FET moet je absoluut niet aan ground hangen, dat plaatje is intern doorverbonden aan de drain...

Je moet gewoon de ground van je arduino doorverbinden aan de ground (min) van je 12V accu. Meer niet. Voor je fan / led strip / whatever gebruik je dan de +12 uit de accu.

Die diode is een vrijloopdiode, die vangt de spanningspiek op als je een inductieve belasting afschakelt (zoals een fan, maar ook een relais bijvoorbeeld).

[ Voor 3% gewijzigd door Anoniem: 83328 op 01-01-2010 17:02 ]

[Anoniem: 142343]

Zojuist geprobeerd. De min verbonen met de min van Arduino.
Dit gaf hetzelfde resultaat, wel snel schakelen, maar zonder stroom op de gate, nog steeds zwakke stroomdoorvoer. Begrijp er niets van.

[Anoniem: 83328]

Anoniem: 142343 schreef op vrijdag 01 januari 2010 @ 17:09:
Zojuist geprobeerd. De min verbonen met de min van Arduino.
Dit gaf hetzelfde resultaat, wel snel schakelen, maar zonder stroom op de gate, nog steeds zwakke stroomdoorvoer. Begrijp er niets van.

Wat is "zonder stroom op de gate"? Gate losgekoppeld? Dat werkt niet. Om een FET te schakelen moet je de gate echt open of dicht forceren. In dit geval moet je de gate aan ground hangen om hem te sluiten, of spanning erop zetten om hem te laten geleiden. Dat doe je met de Arduino, die verbindt zijn uitgangspinnetje naar +5V of ground.
Gebruikelijk is om een pulldown weerstandje van een paar kilo-ohm van gate naar ground te plaatsen, dan is hij altijd uit als de Arduino uit / losgekoppeld is.
De gate van een FET gedraagt zich als een condensatortje, als er dus spanning op heeft gestaan, blijft hij een beetje open staan (de gate blijft immers een beetje lading houden). Even aanraken is al genoeg om de FET te laten zweven. Overigens kan even aanraken ook genoeg zijn om de FET te slopen, niet doen dus.

Als de gate en source aan ground hangen en de FET blijft (een beetje) geleiden, is hij gewoon kapot.

[Anoniem: 224406]

Beetje theorie : http://www.ladyada.net/learn/arduino/lesson5.html

Aarde van de arduino en de accu vd motor met elkaar verbinden, pulldown weerstandje en het zou moeten werken. Plaatje onder, waar led staat mag je ook een motor indenken.

[ Voor 25% gewijzigd door Anoniem: 224406 op 01-01-2010 19:29 ]

[Techneut]

Anoniem: 142343 schreef op vrijdag 01 januari 2010 @ 16:34:

Ik dacht nog na over het delen van de min. Maar dat kan toch niet? Als ik de plus van een batterij neem, en een min van een andere batterij, dan is er geen stroom. Hoe kan een ground dan worden gedeeld bij de mosfet? Alleen het grounden van de mosfet aan het koelblok kan wel, maar hij hoort ook zonder die grounding te werken (doet hij nu wel met die 12v accu, maar heel sloom, en niet zo goed).

Ik het delen van stroombronnen nooit goed begrepen. Kun je wel plussen en minnen delen met bv. 12Vtrafo's? op 220V? Kun je die in serie zetten om 24V te krijgen? Of paralel voor meer Amps?........

Dat kan allemaal ja. Geen schande dat je dit nog niet begrijpt.
Een ouderwetse platte batterij van 4,5 V bestaat b.v. uit drie staafjes (cellen) van 1,5 V. Een samenstel dus, en daarom heet het batterij. En dan wat delen betreft, zo kun je met een heel kleine stroom uit b.v. een knoopcel een heel zware stroom uit b.v. een autoaccu sturen, waarbij het geen enkel probeem is om één pool van de beide te delen. Ieder houdt z'n eigen stroomkring, zonder die van de ander te beïnvloeden.

Bedenk b.v. dat je bij aarden van plus of min van een klein circuitje op een batterij ook de nul deelt van het hele electriciteitsnet, zowel laagspanning als ultra-hoogspanning.

[Anoniem: 142343]

Ok, dus ik begrijp dat je polen kunt samenvoegen. Maar toch niet van de ene naar de andere batterij, er moet altijd een stroomkring bij de bron terug komen.
Dus geen plus die stroomd naar een andere min van een andere batterij.
Dat dacht ik dat er eerst werd bedoeld met de Mosfet.
Maar wanneer bijde min's zijn samengevoegd werkt dat natuurlijk wel.

Een Mosfet kan dus alleen aangedreven worden door niet alleen spanning aan en uit te schakelen op de gate, maar wanneer deze uit staat moet de stroom negatief zijn, anders blijft de Mosfet aanstaan.

Ik heb zojuist weer een testje gedaan. Ook met een 2Kohm weerstand op de drain naar de min. De minnen zijn nu ook samengevoegd. Maar het blijft zoals het was. Het schakeld nu allemaal wel snel, maar nog steeds blijft er een kleine stroom doorlopen wanneer de Mosfet uit geschakeld is.
Volgens de datasheet zou deze max 20v kunnen schakelen, en op 10v tot wel 33A. Dus dan zou 12v met 3A toch geen probleem mogen zijn.
Misschien dat ik eens wat verschillende Mosfets ga bestellen en testen.

Overigens... Als je je huis zou willen voorzien van allerlei electronica dat bv. op 12v en 24v werkt. Zou je dan altijd drie kabels moeten gebruiken, dus een gedeelde min.? Of zijn er toch redenen om dit niet te doen?
Nooit aan gedacht eigelijk. Je zou dan zelfs bv. een 9v batterij met de min op de 220v aan kunnen sluiten, en met 1 extra kabel 9v door het hele huis kunnen gebruiken.

[Techneut]

Anoniem: 142343 schreef op vrijdag 01 januari 2010 @ 21:50:

Een Mosfet kan dus alleen aangedreven worden door niet alleen spanning aan en uit te schakelen op de gate, maar wanneer deze uit staat moet de stroom negatief zijn, anders blijft de Mosfet aanstaan.
.........

Bijna goed.
Allereerst vloeit er in het circuit van de gate nauwelijks stroom, omdat het zeer hoogohmig is. Je zou het een heel klein beetje kunnen vergelijken met het stuurrooster van een electronenbuis, ook die is spanningsgestuurd. Zo dus ook met de gate van een mosfet.

Maar door dat hoogohmige karakter kan er in uitgeschakelde toestand van alles aan stoorspanning op staan, die hem toch gedeeltelijk openstuurt, wat natuurlijk niet is gewenst. En dat is de achtergrond van het al door iemand anders in dit topic gegeven advies om tussen drain en gate een weerstand te zetten, een z.g. pulldown-weerstand. De spanning op de gate wordt daarmee in de uitstand geforceerd naar nul getrokken.

Edit:

Anoniem: 142343 schreef op vrijdag 01 januari 2010 @ 21:50:
........
Nooit aan gedacht eigelijk. Je zou dan zelfs bv. een 9v batterij met de min op de 220v aan kunnen sluiten, en met 1 extra kabel 9v door het hele huis kunnen gebruiken.

Zuiver theoretisch kan dit inderdaad. Maar het is niet verstandig met het oog op aanraakspanning en het mogelijk beïnvloeden van de 50 Hz van de netspanning op het gelijkstroomcircuit. Uiteraard afhankelijk wat je combineert. Het is eigenlijk nooit verstandig om het zo te combineren. Verkeerde zuinigheid ook als het technisch niet strikt noodzakelijk is.

[ Voor 24% gewijzigd door Techneut op 02-01-2010 00:09 ]

[ls470]

Mhensbergen: de stroomkringen moeten inderdaad een gesloten kring zijn en dus bij de bron terugkomen.
Wat je eingenlijk doet is twee verschillende kringen op één enkel punt aan elkaar hangen omdat de mosfet maar 3 pinnetjes heeft ipv 4.

De sturing (bedieningshandle van je waterklep) werkt door een spanning tussen de Gate pin en de Source pin te zetten.
Daardoor schakel je stroom tussen de Drain en de Source

In je oorspronkelijke schema 'mijn manier na de youtube clip' mankeert dus maar één ding: je moet zorgen dat je de - van de batterij aan 0V (dus aan GND) van de arduino hangt en dan zou het moeten werken.

Als de arduino zijn uitgang niet schoon op 0V zet als die uitschakelt, dan moet je een weerstandje tussen GATE en SOURCE zetten zodat de spanning tussen G en S altijd naar 0V getrokken wordt als er niets aanhangt, niet tussen DRAIN en SOURCE (of min).

En ja, als je zowel 12V als 24V nodig hebt (en ruis en andere storingen niet te belangrijk zijn en/of de tosstellen niet veel stroom verbruiken) kun je 3 kabels gebruiken met een gedeelde min. Als je 220V en 9V wilt combineren is het dan weer minder interessant omdat je met 9V normaal veilig kunt spelen maar niet met 1 van de draden van 220V elektriciteit...