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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Mosfet - Versorgungsspannung schalten


Autor: Manuel R. (manuel_r)
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Hallo an alle Elektronik - Kollegen

Ich bin gerade dabei einen MOSFET - Schalter für die Versorgungsspannung 
zu konstruieren. Ich habe ein Gerät, dass per USB und per 12V Netzgerät 
versorgt wird. Es geht darum, die USB - Versorgungsspannung beim 
Vorhandensein der 12V Spannung abzuschließen, und wieder 
durchzuschalten, falls diese 12V Versorgung ausfällt bzw. entfernt wird.

Also ich habe mir das Ganze so gedacht: Es gibt 3 Szenarien wie die 
Dinge angeschlossen sein könnten.

1) nur USB Verbindung: Das Gate von Q1 wird über R2 auf Masse gezogen, 
die Source-Drain Strecke wird niederohmig und VUSB wird auf 5V 
durchgeschaltet.

2) nur 12 Volt: Über den Schaltregler werden die gebrauchten 5V 
Versorgung generiert.

3) beide Verbindungen: Der Transistor sperrt da über den Spannungsteiler 
5V (4,8 um genau zu sein) am Gate anliegt. Die USB Spannungsverbindung 
wird getrennt und der Schaltregler liefert die 5V Spannung.

Meine Frage ist jetzt, erstens funktioniert das Ganze so wie ichs mir 
vorstell, brauche ich Sperrdioden oder irgendwelche Vorwiderstände und 
zweitens, würde der Transistor auch ohne diesen Spannungsteiler 
funktionieren, oder muss die Gate Spannung immer geringer als die Source 
- Drain Spannung sein?

Ich bin dankbar für jede hilfreiche Antwort.

Liebe Grüße,
Manuel

Autor: Johannes (Gast)
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Ich würde vor den Linearregler noch eine Diode einbauen, es könnte 
nämlich sonst evtl. passieren, dass durch den Linearregler rückwärts ein 
Strom fließt und dadurch der MOSFET an geht. Die Spannungsreserve ist ja 
groß genug.

Und den Spannungsteiler so dimensionieren, dass die Gatespannung über 5V 
liegt, so dass der Mosfet auch zuverlässig sperrt, falls statt 12V 
Eingangsspannung mal nur 9 V vorne anliegen.

Autor: David Madl (md2k7)
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Du kannst das Gate direkt an die 12 V hängen, da die "absolute maximum 
ratings" für die Gate-Source Spannung +/- 20 V betragen (siehe 
Datenblatt), und das auch dann immer eingehalten wird.

Gedanken würde ich mir beim Schaltregler machen, nicht dass da evtl. 
(durch eine interne Diode) am Eingang die am Ausgang angelegten 5 V 
rauskommen, sonst wird es nicht funktionieren.

Gruß
David

Autor: Michael (Gast)
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So wie du den Transistor angeschlossen hast wird nimals funktionieren, 
der Transistor muss mit Source an 5V angeschlossen werden, sonst hat der 
Transistor kein Wirkung da die Body Diode immer leitet. Und zweitens das 
ist ein P-Kanaltransistor also ich würde Sagen du brauchst einen 
inverter!

Autor: MaWin (Gast)
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> So wie du den Transistor angeschlossen hast wird nimals funktionieren,
> der Transistor muss mit Source an 5V angeschlossen werden, sonst hat der
> Transistor kein Wirkung da die Body Diode immer leitet. Und zweitens das
> ist ein P-Kanaltransistor also ich würde Sagen du brauchst einen
> inverter!


Das dachte ich beim ersten Gucken auch, aber dann hab ich noch mal 
genauer geguckt....

Autor: Manuel R. (manuel_r)
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Hallo, danke für die raschen Antworten.

Ok das mit dem Schaltregler dachte ich mir. Ich habe einen mit Shutdown 
- Funktion gewählt und diesen so beschaltet, dass er bei fehlender 
Eingangsspannung den Ausgang komplett abriegelt (War im Datenblatt so 
beschrieben). Eine zusätzliche Sperrdiode  könnte ich trotzdem einbauen, 
da die sowieso nicht schadet, muss ich halt den Regler um die 
verlorengegangene Forward Spannung höher dimensionieren.

@Michael:
Der Transistor ist schon richtig eingebaut. Die Spannung kommt ja von 
der USB Buchse zu dem Ausgang vom Schaltregler. Der 5V Pfeil oben ist 
nur als Label definiert.

Noch eine Frage hätte ich bezüglich der MOSFETS. Bei einigen Schaltungen 
habe ich schon gesehen, dass 2 Transistoren antiparallel 
zusammengeschalten wurden, ohne dass in der Mitte der beiden ein Signal 
abgegriffen wird. Welchen Vorteil hätte diese Variante?

Autor: MaWin (Gast)
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> Welchen Vorteil hätte diese Variante?

Die eingebauten Dioden blockieren sich gegenseitig,

du würdest den an USB hängenden PC nicht mit 5V aus deinem Netzteil 
verorgen.

Autor: Manuel R. (manuel_r)
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Ahh oki, danke.
Das wäre dann wahrscheinlich nur der Fall, wenn die 5V des Schaltreglers 
ein wenig höher (mehr als Forward V der Diode) sind als die des USB 
Anschlusses.
Auf jedenfall is sicher antiparallel schöner und eleganter gelöst.

Autor: MaWin (Gast)
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> Das wäre dann wahrscheinlich nur der Fall, wenn die 5V des Schaltreglers
> ein wenig höher (mehr als Forward V der Diode) sind als die des USB
> Anschlusses.

Das ist immer der Fall, wenn der PC ausgeschaltet ist und dein Netzteil 
nicht.

Mit etwas Glück läuft dann der PC aus deinem Netzteil versorgt weiter.

Autor: Manuel R. (manuel_r)
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Das stimmt. Daran hab ich nicht gedacht. Darf ich halt den PC nie 
ausschalten :).

Und wie wäre es anstatt eines zweiten Transistors einfach einer 
Sperrdiode in Richtung USB versorgung, dass die 5V des Reglers nicht den 
PC versorgen.

Autor: Martin (Gast)
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Unter Umständen fließt - bei abgeschaltetem Transistor - ein Strom durch 
die Bodydiode. Dies verhindert man durch das antiserielle 
zusammenschalten von zwei Transistoren.

Autor: Martin (Gast)
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... Und wie wäre es anstatt eines zweiten Transistors einfach einer 
Sperrdiode in Richtung USB versorgung, dass die 5V des Reglers nicht den 
PC versorgen ...

Transistor plus Diode geht auch, aber über den beiden Transistoren liegt 
(bei geeigneter Auswahl der Transistoren, RDSon) eine geringere 
Spannung, als über Transistor plus Diode.

Autor: Manuel R. (manuel_r)
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Oki, dann wirds die antiserielle Methode mit geeigneten Transistoren, 
ist wohl die eleganteste und verlustarmste. Danke für eure Antworten 
habt mir sehr geholfen.

Autor: Manuel R. (manuel_r)
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Hi Leute,

jetzt muss ich den Thread noch mal hervorholen, da ich noch ein paar 
Fragen klären möchte.

Ich habe die Transistoren für die Abschaltung der USB Spannung jetzt wie 
besprochen antiseriell zusammengeschaltet. Leider fließt ein Strom jetzt 
rückwärtig in den Schaltregler (also in den Ausgang). Hattest also doch 
recht David Madl :), die Abschaltung durch den SHDN Pin des 
Schaltreglers funktioniert nur Eingangsseitig. Zuerst dachte ich an eine 
einfache Sperrdiode am Ausgang, jedoch muss ich den Regler dann höher 
dimensionieren wegen der Forward Spannung und kann keine "Fixed Output" 
- Version nehmen.

Jetzt dachte ich mir, ich löse dieses Problem auch mit einem FET, der 
bei angeletem Akku leitet und sonst nicht. Wie im Anhang zu sehen ist, 
habe ich den FET im Prinzip verkehrt herum eingebaut, der (positive) 
Strom fließt also von Drain nach Source. Dies muss so sein, da ja sonst 
die interne Diode falsch rum sitzt und diese bei sperrenden FET leitet 
und wieder Strom in den Schaltregler lässt.

Meine Fragen sind jetzt
1. Würde das ganze so funktionieren

2. Warum funktioniert das eigentlich, dass ich den FET verkehrt einbauen 
kann und er trozdem voll leitet

3. Um wieviel niedriger bzw. höher muss jetzt die Gate Spannung 
gegenüber der Source Spannung sein, damit der FET ganz druchsteuert. In 
manchen Erklärungen steht 10V niedriger, jedoch funktioniert meine 
Antiserielle Version gut und da ist die Spannung nur 5V niedriger.

4. Würde es mit einem n-kanal fet auch funktionieren (dann könnte ich 
mir den inverter sparen), wenn ich das Gate z.B.: direkt an den Akku 
hänge, ohne Spannungsteiler.

Zur Info.
Versorgung Inverter 5V.
Akkuspannung 11,5V - 13V

Danke für eure Antworten,
habt Nachsicht, ich hab einfach noch nie FETs gebraucht, daher gibt es 
da soviele Unwissenheiten.

lg,
Manuel

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