ESP32 C3 Super Mini - MOSFET-Modul
Erfahren Sie, wie Sie ein MOSFET-Modul mit dem ESP32 C3 Super Mini verwenden, um eine 12V-Last zu schalten und ihre Leistung per PWM einzustellen.
Erforderliche Hardware
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Überblick über MOSFET Module
Das Problem, das es löst:
- Ein GPIO-Pin des ESP32 C3 Super Mini liefert 3,3V und nur einen sehr kleinen Strom
- Ein 12V-LED-Streifen, Lüfter, DC-Motor, eine Pumpe, ein Magnetventil oder eine Heizung braucht viel mehr
- Das MOSFET-Modul lässt das kleine 3,3V-Signal den großen 12V-Strompfad steuern
Drei Versionen, ein Platinen-Design:
- AOD4184 (auch als D4184 verkauft), LR7843 und FR120N
- Gleiche Größe, gleiche Pins, gleiche Verdrahtung, gleicher Code
- Nur der MOSFET-Chip ist anders
Wichtige technische Daten:
| AOD4184 | LR7843 | FR120N | |
|---|---|---|---|
| MOSFET-Chip | AOD4184A (N-Kanal) | IRLR7843 (N-Kanal) | IRFR120N (N-Kanal) |
| Max. Lastspannung (MOSFET-Nennwert) | 40V DC | 30V DC | 100V DC |
| Max. Strom (MOSFET-Nennwert) | 50A | 161A | 9,4A |
| Durchlasswiderstand RDS(on) | ca. 7 mΩ | ca. 3,3 mΩ | ca. 210 mΩ |
| Praktischer Strom, ohne Kühlkörper | ca. 10–15A | ca. 15A | ca. 2A |
Gemeinsam bei allen dreien:
- Steuersignal: 3,3V- oder 5V-Logik, aktiv HIGH
- Isolation: PC817-Optokoppler
- PWM: Wird unterstützt, halten Sie sie bei etwa 1 kHz oder niedriger
- Lastart: Nur DC
- Benötigte Bibliothek: Keine — verwendet das eingebaute analogWrite()
Pinbelegung des MOSFET-Moduls
Signalleiste (2 Pins, 2,54mm Raster — passt auf ein Breadboard):
- PWM — Steuereingang; geht an einen GPIO-Pin des ESP32 C3
- GND — Signalmasse; geht an GND des ESP32 C3
Schraubklemmen für die Stromversorgung (3 Klemmen):
- + — Plus der Last-Stromversorgung (zum Beispiel 12V) UND Plus-Draht der Last. Beide Drähte kommen in diese eine Klemme (oder verbinden Sie sie vorher)
- LOAD — Minus-Draht der Last; das ist die geschaltete Seite (MOSFET-Drain)
- − — Minus (Masse) der Last-Stromversorgung
※ Notiz:
Die aufgedruckten Beschriftungen können sich von Charge zu Charge leicht ändern. Prüfen Sie immer den Aufdruck auf Ihrer eigenen Platine.
Wie es innen funktioniert
Der Weg des Signals:
- Kette: GPIO4 → PWM-Pin → kleiner Widerstand → LED im PC817 → Licht → Fototransistor im PC817 → MOSFET-Gate
- Gate-Pull-down: Ein Widerstand hält das Gate auf 0V, solange der PC817 aus ist
- Low-Side-Schalter: Der N-Kanal-MOSFET sitzt zwischen LOAD und −. Die Last sitzt zwischen + und LOAD
- Getrennte Massen: Die Seite des ESP32 C3 und die 12V-Seite sind auf dem Modul nicht verbunden. Signal-GND und Last-GND sind getrennt
Die drei Eingangszustände auf einen Blick:
| Eingang am PWM-Pin | PC817-LED | MOSFET | Last erhält (12V-Versorgung) |
|---|---|---|---|
| LOW (0V) | Dunkel | AUS (offener Schalter) | 0V, kein Strom |
| HIGH (3,3V) | Leuchtet | Voll EIN (geschlossener Schalter) | Etwa 12V, volle Leistung |
| PWM-Signal | Blinkt mit dem Signal | EIN / AUS sehr schnell | 12V-Impulse, Mittelwert durch Tastverhältnis bestimmt |
Zustand 1 — GPIO LOW → Last AUS
- Code: analogWrite(MOSFET_PIN, 0) oder digitalWrite(MOSFET_PIN, LOW)
- Optokoppler: 0V am Pin, also fließt kein Strom in die LED. Sie bleibt dunkel
- Gate: Der Fototransistor bleibt aus, also hält der Pull-down-Widerstand das Gate auf 0V
- MOSFET: AUS — LOAD und − sind nicht verbunden
- Last: Ihr −-Draht hat keinen Weg zur Masse. Kein Strom, 0V an der Last
Zustand 2 — GPIO HIGH → Last EIN
- Code: analogWrite(MOSFET_PIN, 255) oder digitalWrite(MOSFET_PIN, HIGH)
- Optokoppler: Einige mA fließen in die LED und sie leuchtet (versteckt im Chip)
- Gate: Der Fototransistor leitet. Das Gate erhält etwa die Hälfte der Lastspannung — etwa 6V bei 12V
- MOSFET: Voll EIN, wie ein geschlossener Schalter. Der Widerstand beträgt einige mΩ (AOD4184, LR7843) oder etwa 0,2Ω (FR120N)
- Strompfad: Adapter + → + → Last → LOAD → MOSFET → − → Adapter −
- Last: Fast die vollen 12V, volle Leistung
- Warum 3,3V genug sind: Die LED braucht nur einen kleinen Strom. Ein 5V-Board funktioniert auch
Zustand 3 — PWM-Signal → Teilleistung
- Was der Pin macht: Er schaltet etwa 500–1000 Mal pro Sekunde zwischen LOW und HIGH
- Was der MOSFET macht: Er folgt jedem Wechsel — EIN im HIGH-Teil, AUS im LOW-Teil
- Was die Last erhält: 12V-Impulse. Mittlere Spannung und Leistung = Tastverhältnis × voller Wert
- Tastverhältnis: Der Zeitanteil, in dem der Pin HIGH ist. Bei analogWrite() gilt: Tastverhältnis = Wert / 255
Beispiel mit einer 12V-Versorgung:
| analogWrite()-Wert | Tastverhältnis | Zeit EIN | Mittlere Spannung | Leistung |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0% | Nie | 0V | Keine |
| 64 | 25% | 1/4 der Zeit | ca. 3V | Etwa 1/4 |
| 128 | 50% | Halbe Zeit | ca. 6V | Etwa 1/2 |
| 191 | 75% | 3/4 der Zeit | ca. 9V | Etwa 3/4 |
| 255 | 100% | Immer | 12V | Voll |
- LED-Streifen: Sieht dunkler aus. Das Flackern ist zu schnell für Ihre Augen
- Motor, Lüfter, Pumpe: Dreht langsamer. Die rotierende Masse glättet die Impulse
- Frequenz: Halten Sie sie bei etwa 500 Hz–1 kHz. Der PC817 ist langsam. Ist sie zu hoch, schaltet der MOSFET nicht voll durch, die Impulse werden unsauber und der MOSFET wird heiß
- Im Code unten: Die Leistung steigt in 10%-Schritten von 10% auf 100%
WARNING
- Die Last-Stromversorgung muss 6V oder mehr haben. Wegen des Gate-Spannungsteilers funktioniert eine 5V-Last-Stromversorgung nicht gut. Verwenden Sie 9V oder mehr, wenn die Last mehr als einige Ampere zieht.
- Nur DC. Schließen Sie niemals Netzspannung (AC) an dieses Modul an.
- Keine Freilaufdiode auf der Platine. Bei einem Motor, einer Pumpe, einem Magnetventil oder einer Relaisspule fügen Sie eine Diode (zum Beispiel 1N5819 oder 1N4007) parallel zur Last ein: Streifen (Kathode) an Last +, anderes Ende (Anode) an Last −.
- Schließen Sie niemals 12V an einen Pin des ESP32 C3 Super Mini an.
Schaltplan zwischen MOSFET-Modul und ESP32 C3 Super Mini
So schließen Sie das MOSFET-Modul an den ESP32 C3 Super Mini an:
| Von | Nach |
|---|---|
| ESP32 C3 Super Mini GPIO4 | Modul PWM |
| ESP32 C3 Super Mini GND | Modul GND |
| 12V-Adapter + (über DC-Buchse) | Modul + |
| LED-Streifen + | Modul + (gleiche Klemme wie Adapter +) |
| LED-Streifen − | Modul LOAD |
| 12V-Adapter − (über DC-Buchse) | Modul − |
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- Signalseite: Nur zwei kurze Jumper-Kabel
- Leistungsseite: Nur Schraubklemmen — kein 12V-Kabel berührt den ESP32 C3
- Andere Lasten? Siehe die Verdrahtungsbeispiele unten
Verdrahtungsbeispiele: Weitere 12V-Lasten
Der LED-Streifen ist nur eine Möglichkeit. So schließen Sie fünf weitere Lasten an.
Was für jede Last gleich bleibt:
- Seite des ESP32 C3: GPIO4 → PWM, GND → GND. Dieser Teil ändert sich nie
- Versorgung: Adapter + → Modul +, Adapter − → Modul −
- Last: Last + → Modul + (gemeinsam mit Adapter +), Last − → Modul LOAD
- Spannung: Adapterspannung = Lastspannung (12V-Last → 12V-Adapter). Nie unter 6V
- Strom: FR120N nur für kleine Lasten (etwa 2A, ohne Kühlkörper). AOD4184 oder LR7843 für größere Lasten
- Code: Keine Änderung. Bei einem Magnetventil lassen Sie das Ein- und Ausblenden weg und verwenden nur HIGH und LOW
Kurzer Überblick:
| Last | Freilaufdiode | Was PWM bewirkt |
|---|---|---|
| 12V-DC-Motor | Nötig | Drehzahl |
| 12V-Wasserpumpe | Nötig | Fördermenge |
| 12V-LED-Streifen (einfarbig) | Nicht nötig | Helligkeit |
| 12V-Magnetventil | Nötig | Nichts — nur EIN/AUS |
| 12V-Kühllüfter | Empfohlen | Drehzahl |
| 12V-Magnetschloss | Nötig | Nichts — nur EIN/AUS |
Diodenrichtung: Die gleiche wie im Warnkasten oben — Streifen (Kathode) am Last-+-Draht, Anode am Last-−-Draht.
DC-Motor (12V)
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- Drähte: Motor + → +, Motor − → LOAD
- Diode: Ja
- PWM: Stellt die Drehzahl ein
- Richtung: Nur eine Richtung. Zum Umkehren verwenden Sie einen Motortreiber wie den L298N
Wasserpumpe (12V)
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- Drähte: Pumpe + → +, Pumpe − → LOAD
- Diode: Ja
- PWM: Stellt die Fördermenge ein
- Vorsicht: Lassen Sie sie nicht ohne Wasser laufen
LED-Streifen, einfarbig (12V)
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- Drähte: Streifen + (oft mit 12V beschriftet) → +, Streifen − → LOAD
- Diode: Nicht nötig — es gibt keine Spule
- PWM: Stellt die Helligkeit ein
- Strom: Ein langer Streifen zieht mehr. Prüfen Sie das, bevor Sie ein Modul wählen
- Nicht geeignet für: RGB- oder adressierbare Streifen
Magnetventil, stromlos geschlossen (12V)
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- Drähte: Ventil + → +, Ventil − → LOAD
- Diode: Ja
- Steuerung: HIGH = offen, LOW = geschlossen. Kein PWM
Kühllüfter (12V)
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- Drähte: Rot → +, Schwarz → LOAD, Gelb (falls vorhanden) → frei lassen
- Diode: Empfohlen — billig und sicher
- PWM: Stellt die Drehzahl ein. Beginnen Sie über etwa 30%, denn manche Lüfter drehen bei niedrigem Tastverhältnis nicht
Magnetschloss (12V)
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- Drähte: Schloss + → +, Schloss − → LOAD
- Diode: Ja
- Steuerung: Nur 100% oder 0%, kein Dimmen
- Wärme: Schalten Sie es nur so lange EIN, wie zum Entriegeln nötig ist. Es wird heiß, wenn Sie es EIN lassen
Wie man den ESP32 C3 Super Mini für das MOSFET-Modul programmiert
Hier ist der Code, um eine Last mit dem MOSFET-Modul zu schalten und zu dimmen:
- Wählen Sie den GPIO, der zum PWM-Pin führt:
const int MOSFET_PIN = 4;
- Machen Sie ihn zum Ausgang und starten Sie mit ausgeschalteter Last:
pinMode(MOSFET_PIN, OUTPUT);
analogWrite(MOSFET_PIN, 0);
- Volle Leistung EIN (255 = 100% Tastverhältnis):
analogWrite(MOSFET_PIN, 255);
- Einen Leistungswert in Prozent einstellen:
int duty = map(percent, 0, 100, 0, 255);
analogWrite(MOSFET_PIN, duty);
- PWM-Frequenz: analogWrite() läuft auf dem ESP32 C3 standardmäßig mit 1 kHz. Das ist langsam genug für den PC817, also ist keine Änderung nötig.
- Nur einfaches EIN/AUS? digitalWrite(MOSFET_PIN, HIGH) und digitalWrite(MOSFET_PIN, LOW) funktionieren auch.
ESP32 C3 Super Mini Code - MOSFET-Modul
/*
* Dieser ESP32 C3 Super Mini Code wurde von newbiely.de entwickelt
* Dieser ESP32 C3 Super Mini Code wird der Öffentlichkeit ohne jegliche Einschränkung zur Verfügung gestellt.
* Für vollständige Anleitungen und Schaltpläne besuchen Sie bitte:
* https://newbiely.de/tutorials/esp32-c3/esp32-c3-super-mini-mosfet-module
*/
const int MOSFET_PIN = 4; // ESP32 C3 Super Mini GPIO4 connected to the PWM pin of the MOSFET module
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(MOSFET_PIN, OUTPUT);
analogWrite(MOSFET_PIN, 0); // start with the load OFF
}
void setLoad(int percent) {
int duty = map(percent, 0, 100, 0, 255); // convert 0-100% to 0-255
analogWrite(MOSFET_PIN, duty);
Serial.print("Load power: ");
Serial.print(percent);
Serial.println("%");
}
void loop() {
// turn the load fully ON, then fully OFF
Serial.println("Load: ON");
setLoad(100);
delay(2000);
Serial.println("Load: OFF");
setLoad(0);
delay(2000);
// increase the power step by step (PWM)
for (int percent = 10; percent <= 100; percent += 10) {
setLoad(percent);
delay(500);
}
// decrease the power step by step (PWM)
for (int percent = 90; percent >= 0; percent -= 10) {
setLoad(percent);
delay(500);
}
delay(1000);
}
Schnelle Schritte
Was dieser Code macht:
- Schaltet die Last für 2 Sekunden voll EIN
- Schaltet die Last für 2 Sekunden voll AUS
- Erhöht die Leistung alle 0,5 Sekunden in 10%-Schritten von 10% auf 100%
- Senkt die Leistung auf die gleiche Weise von 90% zurück auf 0%
- Wartet 1 Sekunde und wiederholt dann
- Gibt jeden Zustand mit 9600 Baud im Seriellen Monitor aus
- Neu bei diesem Board? Lesen Sie zuerst das Tutorial Erste Schritte mit dem ESP32 C3 Super Mini.
- Stellen Sie die Verdrahtung gemäß der Tabelle und dem Schaltplan oben her. Lassen Sie den 12V-Adapter vorerst ausgesteckt.
- Verbinden Sie den ESP32 C3 Super Mini über das USB-Type-C-Kabel mit Ihrem PC.
- Öffnen Sie die Arduino IDE. Wählen Sie das Board ESP32C3 Dev Module und den richtigen COM-Port.
- Kopieren Sie den Code und fügen Sie ihn in die Arduino IDE ein.
- Klicken Sie auf Upload.
- Wenn der Upload nicht startet, halten Sie die BOOT-Taste gedrückt, drücken und lassen Sie RESET los, lassen Sie dann BOOT los und versuchen Sie es erneut.
- Stecken Sie den 12V-Adapter ein.
- Öffnen Sie den Seriellen Monitor und stellen Sie 9600 Baud ein.
- Beobachten Sie den LED-Streifen: voll hell, dann dunkel, dann langsam heller, dann langsam dunkler.
Ausgabe im Seriellen Monitor
8
Serial.println("Hello World!");
Message (Enter to send message to 'ESP32C3 Dev Module' on 'COM15')
New Line
9600 baud
Load: ON
Load power: 100%
Load: OFF
Load power: 0%
Load power: 10%
Load power: 20%
Load power: 30%
Load power: 40%
Load power: 50%
Load power: 60%
Load power: 70%
Load power: 80%
Load power: 90%
Load power: 100%
Load power: 90%
Load power: 80%
Load power: 70%
Load power: 60%
Load power: 50%
Load power: 40%
Load power: 30%
Load power: 20%
Load power: 10%
Load power: 0%
Zusätzliches Wissen
Welches Modul sollten Sie kaufen?
- LR7843: Niedrigster Widerstand, bleibt bei hohem Strom am kühlsten. Am besten für 12V/24V-Lasten, die viel ziehen (helle LED-Streifen, große Motoren). Max. 30V.
- AOD4184: Ein guter Allrounder. Bis zu 40V bei hohem Strom. Passt für 12V-, 24V- und 36V-Lasten.
- FR120N: Höchste Spannung (bis zu 100V), aber höchster Widerstand. Verwenden Sie es nur für kleine Lasten, etwa 2A ohne Kühlkörper. Passt für kleine 24V/48V-Lasten.
- Zu den großen Zahlen: 50A und 161A sind Chip-Grenzen, keine Platinen-Grenzen. Auf dieser kleinen Platine ist die Wärme die echte Grenze. Berühren Sie den Chip nach einigen Minuten und fügen Sie einen Kühlkörper hinzu, wenn er heiß wird.
MOSFET-Modul oder Relais?
- MOSFET-Modul: leise, keine beweglichen Teile, sehr schnell, kann PWM, lange Lebensdauer — nur DC-Lasten
- Relais: klickt, nur voll EIN oder voll AUS, kann aber AC schalten. Siehe das Tutorial ESP32 C3 Super Mini - Relais.
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- ESP32 C3 Super Mini - LED - Dimmen — die gleiche PWM-Idee an einer kleinen LED