P-Kanal MOSFET Arduino

MOSFETs eignen sich sehr gut, um größere Verbraucher mit einem Mikrocontroller zu steuern. Die einfachste Lösung ist hier ein N-Kanal MOSFET, der direkt zwischen Arduino und den Verbraucher geschaltet wird. Der Nachteil von N-Kanal MOSFETs ist, dass diese den negativen Pol des Verbrauchers steuern. Ist der Verbraucher in einem Metallgehäuse oder Fahrzeug, so befindet sich am Minus-Pol die gemeinsame Masse. Um dann eine PWM-Regelung oder eine Schaltung über einen MOSFET vornehmen zu können muss der positive Pol dafür herangezogen werden. Dazu werden dann P-Kanal MOSFETs verwendet.

P-Kanal MOSFETs ansteuern

P-Kanal MOSFETs lassen sich im Gegensatz zum N-Kanal nicht ohne weiteres ansteuern. Der Grund liegt am negativen Gate, das eine Minus-Spannung erfordert, um den MOSFET durchlassfähig zu machen. Jeder Mikrocontroller oder jedes Board liefert auf den digitalen I/O-Pins positive Spannungen. Deshalb wird ein "Konverter" benötigt, der den positiven Ausgang des Mikrocontrollers in eine negative Spannung umwandelt und dann das Gate vom P-Kanal MOSFET steuert. Ein NPN-Transistor wie der BC548 oder viele andere ist für diese Konvertierung gut geeignet.

P-Kanal Treiber P-Channel MOSFET Converter Arduino

Wie die Schaltung funktioniert

Der Mikrocontroller (Arduino) liefert die Spannung an den NPN-Transistor über den Widerstand R1. Der Widerstand R1 dient als Strombegrenzer für die Basis vom Transistor. Der Transistor ist über den Kollektor mit der Masse vom Mikrocontroller und der Masse von der Spannungsquelle sowie der Masse vom Verbraucher verbunden. Der Emitter ist der Ausgang vom Transistor, der die Masse an das Gate vom MOSFET weiterleitet oder nicht. Der MOSFET selbst bekommt die Plus-Versorgung über den Source-Pin und leitet diese bei aktiven Gate an den Drain weiter. Zwischen Gate und Source befindet sich ein Pull-up Widerstand (R2). Dieser Widerstand zieht den Pegel hoch, damit der MOSFET bei einem Spannungsabfall am Gate auch wieder abschaltet bzw. nicht versehentlich von selbst durchschaltet.

Bauteil Wert
T1 BC548
R1 1 K
R2 10 K
MOSFET IRF9540

Hitzeentwicklung bei PWM

Wird die Schaltung mit PWM-Signalen angesteuert, so schaltet der MOSFET nicht ganz durch. Dadurch wird der MOSFET schnell heiß, weil diese restliche Energie in Wärme umgewandelt wird. Wird PWM verwendet, so sollte man entsprechende Kühlkörper am Bauteil montieren.

Ansteuerung vom Arduino

Um die Schaltung mit einem Arduino oder anderen Board ansteuern zu können, muss lediglich der angeschlossene Pin als Output definiert werden und anschließend auf High geschaltet werden. Im Arduino IDE kann dafür der Blink-Beispielcode verwendet werden. Wer schnell die PWM-Ansteuerung testen will, kann dafür das Fading-Beispiel verwenden.

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